[发明专利]一种建立薄壁管材成形极限图的方法和装置

说明书

本发明公开了一种建立薄壁管材成形极限图的方法和装置，本方法是在目标管材表面开设对称的孔，在内层承压管材内部液压的作用下同时发生胀形，通过改变孔的形状、大小和位置，可以获得目标管材从单向拉伸到双向等拉范围内所有应力状态下的成形极限；在内层承压管材内部液压的作用下，目标管材和内层承压管材同步发生膨胀，两管材之间的摩擦作用较小，目标管材不会因为摩擦的影响而导致结果失准；本测试方法相比在轴向施加压力或拉力的方法较为简单，不需要内压与轴向力的闭环伺服控制，只要合理设计孔的形状、大小和位置，并选择合适的内层承压管材作为支撑即可实现。

技术领域

本发明涉及管材液压成形领域，尤其涉及一种建立薄壁管材成形极限图的方法和装置。

背景技术

板料的成形极限表示在不发生塑性失稳前可以达到的最大变形量，板料主要的失稳模式有颈缩、断裂和起皱等。多年来，成形极限图（Forming Limit Diagram，FLD）被广泛用来描述板料的成形性，目前有几种不同的实验方法来建立平面板材的成形极限图。通过对板材进行单向拉伸，可以研究拉-压应变区域（FLD的左侧）的成形极限，当拉伸试样的宽度较宽时，可能实现平面应变状态的变形，所以单向拉伸仅仅适用于FLD左侧区域成形极限的测量。拉-拉应变区域（FLD的右侧）的成形极限可以通过两种方式获得：第一，利用圆形模具液压胀形得到双向等拉应力状态下的成形极限，平面应变到双向等拉范围内的成形极限通过改变钢模拉伸中的试样形状获得；第二，同样利用圆形模具液压胀形得到双向等拉应力状态下的成形极限，但平面应变到双向等拉范围内的成形极限通过在椭圆形模具上进行液压胀形的方法来实现，通过改变椭圆模口的长短轴比例，可以实现拉-拉区域不同的应变状态。国际IDDRG工作组已经根据Nakazima和Marciniak测试方法制定了板材成形极限图的标准建立方法（ISO 12004）。

薄壁管材主要有两种形式：一种是将板材进行卷曲，然后焊接成管材，对于此类管材，可以利用原始板材根据上述方法建立其成形极限图来近似代替卷焊后管材的成形极限；另外一种是通过轧制、挤压或拉拔的无缝管材，这种管材由于其特殊的结构而无法使用上述方法来建立其成形极限图。目前在管材成形领域建立管材成形极限图的方法主要有两种。一种是通过改变管材胀形区长度来获得不同的应力状态，但是这种方法只能建立FLD的右侧，管材从变形开始到结束都是从平面应变的方式逐渐向双向拉应力的方式进行转变，而对于一些塑性较低的管材，应变路径偏离平面应变状态非常小时就已经发生破裂，且单向拉应力状态需要通过轴向试样的单向拉伸进行获得，实际上应该通过环向试样的单向拉伸来获取。第二种方法是在管材内部施加液压的同时在管材的两端施加轴向压力或拉力，然而这样的实验装置实现起来较为困难，尤其是对于轴向拉力的情况，实验装置非常复杂。此外轴向的载荷只能通过位移来体现，很难通过力进行控制。所以，到目前为止，管材成形极限图的实验测量还很不完善，还没有一种简单有效的方法得到单拉到双向等拉范围内所有应变路径下管材的成形极限。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种建立薄壁管材成形极限图的方法和装置。

本发明的目的可以通过采用如下的技术措施来实现，设计一种建立薄壁管材成形极限图的方法，包括：在目标管材表面绘制网格，在指定位置按预设进行切孔，同时在目标管材内部装载内层承压管材；其中，内层承压管材的外径等于目标管材的内径，长度等于目标管材的长度；将目标管材和内层承压管材两端通过封闭物固定封闭，并在其中一端的封闭物上设置一连通内层承压管材内部的通道；通过通道向内层承压管材内部注入高压介质，同时向两端的封闭物施加轴向压力，使内层承压管材带动目标管材同步膨胀变形，直至目标管材破裂失稳；对目标管材破裂裂口附近区域进行极限应变的测量，得到目标管材在一种应力状态下的成形极限应变；多次改变目标管材上的切孔位置及孔的大小形状，重复前述步骤，得到目标管材在不同应力状态下的成形极限应变，并在以环向应变和轴向应变为坐标的坐标系中形成成形极限图。