[发明专利]一种金属内高压成形件尺寸控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种金属内高压成形件尺寸控制方法及系统。所述控制方法包括：获取目标管件内腔体积以及管坯内腔体积；在超高压条件下，向所述管坯内注入液体，根据所述目标管件内腔体积确定液体体积压缩补偿量；根据所述目标管件内腔体积、所述管坯内腔体积以及所述液体体积压缩补偿量确定液体体积增量‑目标管件圆角半径关系；根据所述液体体积增量‑目标管件圆角半径关系确定液体体积增量；根据所述液体体积增量控制金属管件的尺寸，以成形金属管件。采用本发明所提供的控制装置、控制方法及系统能够在金属管件成形过程中，提高该金属内高压成形件尺寸的控制精度。

技术领域

本发明涉及金属成形制造技术领域，特别是涉及一种金属内高压成形件尺寸控制方法及系统，主要用于控制内高压成形件圆角尺寸精度。

背景技术

结构轻量化是汽车、航空、航天等运载工具节能减排的主要途径之一。对于承受弯扭载荷为主的零件，采用空心变截面构件取代实心等截面构件，既可充分利用材料强度又可实现轻量化；而内高压成形件即可实现以空心代替实心、封闭截面代替焊接截面、以变截面代替等截面，在相同条件下，不仅可大幅提高零件的刚度和疲劳强度，而且零件质量也比相应的冲压焊接件减少30％以上。鉴于以上特点，内高压成形件在汽车、航空、航天等工业领域得到广泛应用。

现有的内高压成形件尺寸精度控制方法是通过控制管坯腔内液体压力大小来控制成形件尺寸精度，尤其是矩形或异形截面过渡圆角半径。内高压成形过程可分为成形和整形两个阶段，在成形阶段，管坯大部分已经贴靠模具，截面的长宽尺寸已经达到要求，只有过渡圆角区域未贴模；在整形阶段，提高压力使圆角贴靠模具，使得圆角半径达到要求的设计值，因此，圆角尺寸精度控制是内高压成形的难题。成形阶段的压力较低，整形阶段压力很高，内压在成形过程中的加载路径按照成形阶段与整形阶段设定，需要在成形过程中对内压进行实时精确控制，但是内压这一变量难于快速精确控制，如3～5s内上升200MPa液压，内压值会发生波动；对于整形阶段，内压的精确控制尤为重要，内压值的波动不可以被忽略，波动值使得内压过高或过低都会对成形件圆角尺寸精度产生影响；整形阶段需要很高的内压使得圆角贴靠模具，但如果内压过高则会导致管件破裂，而内压较低，尺寸会小于设计值，使得尺寸分散大及精度差，导致废品率高。针对内高压成形件尺寸精度控制方面的问题，国内外研究人员提出了以下方法：

1.采用自适应仿真法在避免成形管壁出现起皱的情况下确定合理加载路径以保证成形件尺寸精度，起皱的测量采用了斜率法和体积法，但斜率法只能判断起皱的发生，不能判断其严重程度；体积法设定起皱件体积大于设计体积，但起皱通常发生在贴模前的自由胀形阶段，该阶段的起皱件体积可能小于设计体积，固该方法不能准确地保证成形件的尺寸精度。

2.基于内压力与轴向推力联合控制内高压成形件尺寸精度的方法，给出了各成形阶段内压力及轴向推力与时间的关系曲线，各阶段均采用一次线性关系进行拟合，但结果表明一次线性的控制模型对成形件尺寸精度的控制存在一定的偏差。

3.基于内压控制成形过程的思想，并给出了基于内压控制的内高压成形流程图，但并未涉及成形件尺寸精度控制的相关细节。

由于现有技术所采用的内高压成形件尺寸控制方法均无法避免内压为变量的这一特性对成形件尺寸的影响，因此，通过上述控制方法所成形的成形件的尺寸精度低。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属内高压成形件尺寸控制方法及系统，以解决现有的基于压力控制的内高压成形技术存在的成形件尺寸精度低、分散大等问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种金属内高压成形件尺寸控制方法，通过注入管坯的液体体积控制管件尺寸精度，工艺过程包括：

获取目标管件内腔体积以及管坯内腔体积；

在超高压条件下，向所述管坯内注入液体，根据所述目标管件内腔体积确定液体体积压缩补偿量；