管材液壓成形技術(shù)具有工序少、材料利用率高、零件剛度高、重量輕及模具成本低等優(yōu)點，在汽車、航空航天、船舶等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

　　但是，在應(yīng)用中管材成形性能容易受加載路徑、摩擦條件、管材性能等多種因素影響而產(chǎn)生屈曲、起皺、破裂等缺陷。其中，破裂是管材液壓成形中最容易出現(xiàn)的失效形式，對此，有哪些處理方法呢？

　　一、變量代入準(zhǔn)則法

　　在液壓成形中，管材的受力復(fù)雜，目前尚未建立有效的破裂預(yù)測準(zhǔn)則。而管材液壓成形是板材液壓成形的一種特殊形式，因此，可以借助板材液壓成形的破裂準(zhǔn)則的預(yù)測方法分析管材液壓成形的破裂，對相應(yīng)的準(zhǔn)則進行簡化，得到管材液壓成形的破裂預(yù)測方法 。

　　比如，用 MSC-AutoForge 軟件對管材液壓成形過程進行數(shù)值模擬，再應(yīng)用 Cockroft 和 Latham 斷裂準(zhǔn)則來預(yù)測管材的破裂。還有利用以連續(xù)介質(zhì)力學(xué)為基礎(chǔ)的分散性失穩(wěn) Swift 準(zhǔn)則和集中性失穩(wěn) Hill 準(zhǔn)則來預(yù)測極限應(yīng)變值。

　　管材液壓成形破裂準(zhǔn)則的建立，對于預(yù)測管材的成形性能有著重要的指導(dǎo)意義，但計算過程比較復(fù)雜。

　　二、加載路徑控制法

　　管材液壓成形是在內(nèi)壓力和軸壓力的共同作用下，成形所需零件的一種復(fù)雜成形過程。在液壓成形中，如果內(nèi)壓力過高，會引起管材的過度減薄甚至出現(xiàn)破裂，因此，只有合理地控制管材在液壓成形過程中的加載路徑，才能有效地防止管材的破裂。

　　管材在液壓成形過程中由于受摩擦力及其他因素的影響，作用于管材兩端的軸壓力，不易準(zhǔn)確控制。在液壓成形中常用軸向進給量與內(nèi)壓力的匹配關(guān)系，來控制加載路徑。

　　比如，可以用LS—DYNA軟件對管材進行軸壓成形仿真研究，得到在不同的線性加載路徑下，管材發(fā)生破裂和起皺缺陷的內(nèi)壓力和補料量的關(guān)系，并獲取管材失效和安全區(qū)域。

　　三、成形極限圖法

　　在液壓成形過程中管材的成形規(guī)律復(fù)雜，由于受到應(yīng)力和應(yīng)變的共同作用，成形極限圖對管材液壓成形極限的預(yù)測受到很大的限制，而變形中的應(yīng)力只與應(yīng)變的最終狀態(tài)有關(guān)，因此，基于應(yīng)力基礎(chǔ)的管材成形極限圖被提出來。

　　在實際生產(chǎn)中應(yīng)力的測量比較困難，但基于應(yīng)力應(yīng)變的塑性關(guān)系，可以方便地從應(yīng)變轉(zhuǎn)換為應(yīng)力，得到以應(yīng)力為基礎(chǔ)的成形極限圖。

　　四、基于超聲探傷的模糊模式識別法

　　該方法利用人工標(biāo)準(zhǔn)損傷的方式，在管材正常部位劃出矩形 、U 形和 V 形截面缺陷，再利用超聲探傷方法測量通過缺陷時的回波強度。由于不同的截面形狀形成不同的缺陷，產(chǎn)生的回波信號強弱也不一樣。

　　對產(chǎn)生的回波，通過 A／D數(shù)模轉(zhuǎn)換，采樣信息，建立模糊識別的物理模型，對采集的信息進行合理分類，建立模糊子集。在成形過程中，通過發(fā)射超聲波獲取信號，然后與建立的模糊子集對比，預(yù)測缺陷發(fā)生的趨勢。

　　此方法可以避免復(fù)雜的理論計算，過程也相對簡單，但是需要區(qū)分破裂是管材自身原因?qū)е碌倪€是成形過程中的缺陷導(dǎo)致的，這是關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。

　　五、基于雙目測量散斑的圖像識別法

　　該方法通過在板材上噴涂隨機斑點(散斑 )，模擬網(wǎng)格測量方法，采用雙目測量散斑的圖像識別技術(shù)，測量板材上的散斑以及所選應(yīng)變點在試驗后的分布，按照 ISO 標(biāo)準(zhǔn)的擬合算法進行數(shù)據(jù)處理，實時觀察板材在成形時所選應(yīng)變點變化情況，并繪制成板材應(yīng)變的成形極限圖。

　　在線實時測量金屬材料應(yīng)變點的變化情況，其實驗結(jié)果的可靠性較高，能夠準(zhǔn)確的預(yù)測板材發(fā)生破裂的趨勢。而管材是板材的特殊形式，所以用此方法預(yù)測管材破裂上也是可靠的。

　　綜合來看，前三種是比較典型的研究方法，不過理論計算和試驗過程比較復(fù)雜，后面兩種方法相對簡單很多，對于研究管材的破裂缺陷有著重要意義。

　　資料 | 《液壓氣動與密封》2012年第3期-《管材液壓成形破裂缺陷的研究方法》，作者是陶中南、楊連發(fā)、毛獻昌。

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