微型管件轴向补料液压成形工艺研究

作     者：戴震宇 

作者单位：南京理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨晨

授予年度：2017年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：微型管件 管件摩擦 GTN模型 轴向补料 液压成形 

摘      要：在微机电、医疗器械等领域,对微型异形管件的需求正逐渐上升。液压成形能够高效生产微型异形管件,成为研究的重点。由于零件尺寸与晶粒大小接近,微型管件产生了尺度效应问题,成形能力降低,制约了其发展。轴向补料工艺能够提高管件成形能力,已在常规异形管件生产中广泛应用。为了提高微型管件成形能力,本文将轴向补料工艺引入微型管件液压成形中,进行了相关研究。首先,对微型管件液压成形导向区内的摩擦特性进行了研究。采用自行开发的实验装置,通过测定初始摩擦力与总推力,并根据内压大小以及其它尺寸参数,即可计算出摩擦系数。分别对外径2mm与1mm的304不锈钢微型管件进行实验,结果发现随着尺寸缩小,摩擦系数显著上升。造成微型管件摩擦尺度效应的主要原因在于管件外表面为曲面,曲率半径的缩小导致模具表面相对凹凸不平程度减低,使液体润滑剂存储困难,摩擦力增大。其次,对轴向补料工艺进行了数值与实验分析。利用GTN细观损伤模型,直接将外径2mm,壁厚0.15mm的304不锈钢微型管件的流动应力引入到材料属性当中,对微型管件进行建模;同时,基于大量的轴向补料自由胀形实验,通过在线性加载路径条件下获得的破裂点压力值,考察补料量对成形能力的影响。模拟与实验结果表明,轴向补料工艺能够提高微型管件液压成形能力,但由于尺度效应问题,实际成形能力受到多种因素影响,从而表现出显著的工艺分散性。最后,为了考察微型管件实际成形能力,对不同尺寸的304不锈钢微型管件,在不同补料量的条件下,进行了 30%胀形率的成形实验以及等径T形三通管液压成形实验。成形实验的结果发现,两种管件在不同补料量条件下都能实现成形。T形管液压成形实验发现,两种管件成形后支管最大高度过低,不足以形成完整的支管,这是由于尺度效应使材料的应变延伸率下降。数值模拟的结果则表明,增大补料量能够改善壁厚减薄,提高成形能力,但由于摩擦力的影响,导致管件两端壁厚显著增厚。