起源于20世紀(jì)40年代末的管材液壓脹形技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，在理論、試驗(yàn)、數(shù)值模擬等方面的研究都取得了較大突破，為該技術(shù)的推廣應(yīng)用奠定了良好的理論基礎(chǔ)和試驗(yàn)依據(jù)。本文興迪源機(jī)械帶來(lái)金屬薄壁管液壓脹形技術(shù)的成形方式研究現(xiàn)狀。

　　根據(jù)液壓脹形過(guò)程中合模時(shí)間節(jié)點(diǎn)、內(nèi)壓、軸向壓力等加載方式的不同，將其分為典型液壓脹形、徑向脹形和脈動(dòng)液壓脹形。

　　一、典型液壓脹形的方式原理及研究現(xiàn)狀：

　　典型液壓脹形包括自然脹形、軸壓脹形和擠脹成形。其成形方法示意圖如圖1-3所示：

圖1-3典型液壓脹形方法

　　(a)自然脹形：(b)軸壓脹形；(c)擠脹成形

　　(a)自然脹形：僅依靠其內(nèi)部液壓力P的作用使管材發(fā)生塑性變形，該方法主要適用于簡(jiǎn)單變徑管的脹形；

　　(b)軸壓脹形：在自然脹形的基礎(chǔ)上，同時(shí)對(duì)管坯施加軸向壓力，使管材在內(nèi)壓P和軸向壓力Fa的共同作用下成形，其主要適用于較復(fù)雜變徑管、小長(zhǎng)徑比(長(zhǎng)度與直徑之比)的脹形；

　　(c)擠脹成形：在軸壓脹形基礎(chǔ)上對(duì)管坯脹形區(qū)施加徑向反壓力F＇以實(shí)現(xiàn)管材的復(fù)雜成形，主要適用于多通管(如T、Y、X型)的成形。

　　典型液壓脹形都是在模具完全閉合之后，往管坯內(nèi)腔注入高壓液體(或施加軸壓Fa和徑向反壓F＇)來(lái)完成塑形，管坯的變形主要取決于內(nèi)壓P的大小，因此對(duì)內(nèi)壓提出了極高的要求，如穩(wěn)定高效的外部供壓源、防止高內(nèi)壓下管坯破裂失效等；再者，對(duì)于長(zhǎng)徑比較大或管端導(dǎo)向區(qū)較長(zhǎng)的脹形件，軸向補(bǔ)料不僅不能有效解決管坯破裂失效問(wèn)題，反而容易引起管端導(dǎo)向區(qū)起皺失效現(xiàn)象。

　　為了降低成形所需內(nèi)壓、提高大長(zhǎng)徑比脹形件的成形性能和成形質(zhì)量，研究者們開始了對(duì)THF新技術(shù)的探索。

　　二、徑壓脹形的方式原理及研究現(xiàn)狀：

　　徑壓脹形（tube hydroforming with radial crushing）是利用管坯內(nèi)部液壓力與模具徑向合模力共同作用使管材成形的一種復(fù)合液壓脹形方法。其原理如圖1-4所示：首先，往安裝定位好的管坯內(nèi)部注入高壓液體，使之在內(nèi)壓P作用下發(fā)生自由脹形，徑向尺寸達(dá)到某設(shè)定值Da;保持當(dāng)前內(nèi)壓，啟動(dòng)運(yùn)行按鈕使模具實(shí)現(xiàn)徑向合模運(yùn)動(dòng)，管坯在徑向合模力和內(nèi)部液壓力的共同作用下發(fā)生塑性變形，填充模具型腔。徑壓脹形具有成形壓力小和無(wú)需軸向補(bǔ)料等優(yōu)點(diǎn)，適用于大長(zhǎng)徑比液壓脹形件的成形場(chǎng)合。

　　圖1-4徑壓脹形原理

　　(a)成形前；(b)自由脹形；(c)復(fù)合脹形；(d)成形

　　Hwang等分別采用自然脹形與徑壓脹形方法對(duì)圓形管材脹形進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，結(jié)果表明：徑壓脹形所需的最大成形壓力和最大鎖模力僅為自然脹形的5%和7%，而且零件壁厚分布更加均勻，材料填充性更好。

　　Kang等對(duì)圓形管材徑壓脹形成復(fù)雜截面零件的成形過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析了管材尺寸對(duì)徑壓脹形成形性的影響。楊連發(fā)等基于徑壓脹形原理及其變形規(guī)律，構(gòu)建了管材液壓脹形區(qū)摩擦因素的新模型。Li等借助 LS-DYNA探索了模具分型面、管材直徑及加載路徑對(duì)徑壓脹形過(guò)程及成形零件的影響規(guī)律。

　　Xu等運(yùn)用有限元分析對(duì)自然脹形和徑壓脹形成形梯形截面管成形性能、破裂、起皺等進(jìn)行了研究，進(jìn)一步驗(yàn)證了徑壓脹形的成形優(yōu)勢(shì)。Liu等針對(duì)三角形截面徑壓脹形過(guò)程中的凹陷失效進(jìn)行了研究，總結(jié)出了加載條件對(duì)凹陷失效的影響規(guī)律。Tao等n運(yùn)用數(shù)值模擬方法分析了徑壓脹形成形裕度圖的構(gòu)建方法，為管材成形劃定了安全區(qū)域。Yang等采用遺傳算法和二分法對(duì)徑壓脹形的加載路徑進(jìn)行了研究,提出了一種徑壓脹形最優(yōu)加載路徑。

　　三、脈動(dòng)液壓脹形的方式原理及研究現(xiàn)狀：

　　為了進(jìn)一步提高管材液壓脹形壁厚均勻性,增加最大脹形高度，延緩管材破裂的產(chǎn)生,國(guó)內(nèi)外學(xué)者在加載路徑方面進(jìn)行了深入研究, 先后提出了諸如恒壓加載、線性加載、折線加載等多種加載方式。

　　2001年日本學(xué)者 Rikimaru發(fā)現(xiàn):在管材液壓脹形中,采用較小的 脈動(dòng)循環(huán)方式加載內(nèi)壓可獲得較大的脹形量,并且壁厚分布更加均 勻,極大程度延緩了破裂的產(chǎn)生。這種通過(guò)脈動(dòng)液壓加載使金屬薄壁管成形的液壓脹形技術(shù)稱為管材脈動(dòng)液壓脹形。

　　圖1-5脈動(dòng)液壓脹形加載路徑

　　該新技術(shù)一經(jīng)出現(xiàn),立即引起了學(xué)者們的高度關(guān)注。Hama 等通過(guò)試驗(yàn)與有限元分析,證實(shí)了脈動(dòng)載荷作用能顯著提高管材的成形性能。Mori等m采用攝像機(jī)全程記錄管材脈動(dòng)液壓脹形過(guò)程,詳細(xì)分析了微小起皺隨脈動(dòng)載荷的作用不斷交替出現(xiàn)和撫平的現(xiàn)象,并通過(guò)直線與脈動(dòng)加載方式的對(duì)比試驗(yàn)和仿真發(fā)現(xiàn):脈動(dòng)加 載可以有效抑制管材破裂、起皺等失效形式。

　　Mousavi等通過(guò) 對(duì)脈動(dòng)載荷作用下的T型管成形件的壁厚和圓角填充規(guī)律的分析, 證明了脈動(dòng)液壓脹形可以有效防止壁厚分布不均,并且能提高填充性。袁安營(yíng)等和 Zhang等通過(guò)對(duì)不同液壓加載方式的仿真試 驗(yàn)表明:脈動(dòng)液壓加載提高了管材變形均勻性,抑制了壁厚局部減

　　薄。 Mousavi等研究了單層管、雙層管在脈動(dòng)液壓載荷作用下的 成形性能及優(yōu)化方法,并分析了脈動(dòng)液壓振幅和頻率對(duì)管材成形性能的影響。

　　Xu等以汽車支架為研究對(duì)象,對(duì)金屬管材在脈動(dòng)液 壓成形過(guò)程中的壁厚分布、表面成形質(zhì)量和橫截面形狀等進(jìn)行了分 析,結(jié)果表明:較大的脈動(dòng)振幅條件下成形的管材壁厚分布更加均勻,貼模性更好。

　　楊連發(fā)等3對(duì)線性和脈動(dòng)加載下的管材液壓脹 形進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究與數(shù)值模擬分析,結(jié)果表明:脈動(dòng)液壓加載得到的成形件的壁厚更加均勻,成形精度更高。

　　目前,管材液壓脹形的成形均依賴高性能的外部供液源提供合適的脹形內(nèi)壓,從而導(dǎo)致成形難度大、效率低、成本高,一定程度上影 響了管材液壓脹形技術(shù)的推廣,因此,研究新型的管材液壓成形技術(shù)具有重要的意義。

　　【興迪源機(jī)械液壓成形設(shè)備優(yōu)勢(shì)】

　　興迪源機(jī)械是先進(jìn)輕量化成形技術(shù)的提供者，從產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)備生產(chǎn)、模具研制、方案定制，直至最終交付及提供增值服務(wù)，我們?yōu)榭蛻籼峁┑牟粌H僅是一臺(tái)設(shè)備，而是一整套智能制造成形方案。

　　興迪源機(jī)械經(jīng)過(guò)十?dāng)?shù)年的生產(chǎn)和不斷地創(chuàng)新研發(fā)，已獲得發(fā)明專利和實(shí)用新型專利超過(guò)二十項(xiàng)，并以每年2~4項(xiàng)的新增速度不斷增加。其中自主研發(fā)了“一種榫式結(jié)構(gòu)大型液壓機(jī)機(jī)架”用于大型液壓機(jī)機(jī)架的設(shè)計(jì)制造;俗稱“板材充液成形設(shè)備”也是由本公司自主研發(fā)的國(guó)際首臺(tái)產(chǎn)品，并獲得了發(fā)明專利和實(shí)用新型專利。