管材径压胀形的加载路径与成形性的研究

本项目针对管材径压胀形技术，系统地研究其加载路径与成形性的关系。具体内容包括：研究恒压加载路径、线性加载路径对径压胀形时管材成形性的影响规律，建立起两种加载方式下壁厚减薄率、最小填充圆角与临界载荷的关系；研究在液压力与径向载荷耦合作用下的管材起皱、破裂的几何、力学特征及产生条件，提出管材径压胀形时"有益起皱"与"有害起皱"的界定方法，并建立起皱缺陷值、破裂缺陷值与临界载荷的关系；研究管材径压胀形时成形裕度图的结构特点，提出"有害起皱"、破裂、壁厚减薄率、最小填充圆角四条成形极限曲线的确定方法，探索以成形性指标为目标的折线加载路径的优化方法；研究脉动液压加载方式对四条成形极限曲线的影响规律，探索确定合理的脉动液压参数的方法。该项目的实施将为合理评价管材径压胀形的成形性、优化其加载路径、提高零件精度及质量等奠定理论和技术基础；将为管材胀压胀形的产品设计、工艺设计及模具设计提供理论依据。

本项目针对管材径压胀形技术（THFRC），系统地研究其加载路径与成形性的关系：对THFRC的成形特点及变形规律、起皱行为及破裂形态、成形裕度图的构建及加载路径的优化、脉动液压加载方式对管材成形性的影响规律几个方面开展了系统、深入的研究。.研究工作取得了较大进展和成果：.（1）开发了一个新型的THFRC试验平台，提出一种管材塑性变形时摩擦系数的测量新方法。（2）描述了THFRC的主要力学特征，证实了THFRC具有更加优良的成形性能，发现了摩擦条件、管端条件、合模速度及材料性能对THFRC的成形性能的影响规律。（3）推导出管材自由胀形阶段初始屈服、复合胀形阶段再次屈服的临界载荷公式；分析了THFRC失效形式，从力学角度推测了凹陷失效的原因；通过对THFRC起皱现象的观测及起皱特性的分析，提出了起皱识别指标，指出了人眼可识别起皱临界值；找到了起皱发生的潜在位置，结合THFRC起皱特点提出了有益起皱判别的几何条件；取得了在线性加载和恒压加载情况下THFRC的起皱分布规律；分析了THFRC破裂形态、潜在位置及演变规律。（4）根据不同加载路径下THFRC成形性能差异并考虑工程实用性，确定了THFRC最优加载路径的基本类型；提出了在THFRC数值模拟中判别失效的方法，并据此建立了THFRC的成形裕度图；采用遗传算法和二分法来共同构建THFRC加载路径的复合优化策略，并基于成形质量指标权重排序，构建了加载路径优化的多目标函数，对THFRC的折线加载路径进行了优化；提出一种新型折线加载路径，其充分利用THFRC的“有益起皱”来显著地提高成形件截面形状精度及壁厚均匀性。（5）开发了一套管材脉动液压成形试验系统，分析了THFRC在脉动液压加载过程中的起皱现象，对比了脉动液压加载与折线液压加载下THFRC的成形性，获得了脉动振幅和脉动频率对THFRC的成形性的影响规律。.通过三年的研究工作，已完成项目的计划内容，研究工作基本上按任务书的计划进行。至提交此结题报告为止，已经取得了如下的研究成果：出版专著1部，获得授权发明专利2项，发表英文论文19篇。.本项目研究成果为合理评价THFRC的成形性、优化加载路径、提高零件精度及质量等奠定了专业理论和技术基础；将为THFRC的产品设计、工艺设计及模具设计提供理论依据，并对将来更深入研究和开发THFRC有良好的借鉴作用。