管材液壓成形技術具有工序少、材料利用率高、零件剛度高、重量輕及模具成本低等優點，在汽車、航空航天、船舶等領域有著廣泛的應用。

　　但是，在應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的失效形式，對此，有哪些處理方法呢？

　　一、變量代入準則法

　　在液壓成形中，管材的受力復雜，目前尚未建立有效的破裂預測準則。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則的預測方法分析管材液壓成形的破裂，對相應的準則進行簡化，得到管材液壓成形的破裂預測方法 。

　　比如，用 MSC-AutoForge 軟件對管材液壓成形過程進行數值模擬，再應用 Cockroft 和 Latham 斷裂準則來預測管材的破裂。還有利用以連續介質力學為基礎的分散性失穩 Swift 準則和集中性失穩 Hill 準則來預測極限應變值。

　　管材液壓成形破裂準則的建立，對于預測管材的成形性能有著重要的指導意義，但計算過程比較復雜。

　　二、加載路徑控制法

　　管材液壓成形是在內壓力和軸壓力的共同作用下，成形所需零件的一種復雜成形過程。在液壓成形中，如果內壓力過高，會引起管材的過度減薄甚至出現破裂，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，不易準確控制。在液壓成形中常用軸向進給量與內壓力的匹配關系，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，管材發生破裂和起皺缺陷的內壓力和補料量的關系，并獲取管材失效和安全區域。

　　三、成形極限圖法

　　在液壓成形過程中管材的成形規律復雜，由于受到應力和應變的共同作用，成形極限圖對管材液壓成形極限的預測受到很大的限制，而變形中的應力只與應變的最終狀態有關，因此，基于應力基礎的管材成形極限圖被提出來。

　　在實際生產中應力的測量比較困難，但基于應力應變的塑性關系，可以方便地從應變轉換為應力，得到以應力為基礎的成形極限圖。

　　四、基于超聲探傷的模糊模式識別法

　　該方法利用人工標準損傷的方式，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，產生的回波信號強弱也不一樣。

　　對產生的回波，通過 A／D數模轉換，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，通過發射超聲波獲取信號，然后與建立的模糊子集對比，預測缺陷發生的趨勢。

　　此方法可以避免復雜的理論計算，過程也相對簡單，但是需要區分破裂是管材自身原因導致的還是成形過程中的缺陷導致的，這是關鍵的環節。

　　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 )，模擬網格測量方法，采用雙目測量散斑的圖像識別技術，測量板材上的散斑以及所選應變點在試驗后的分布，按照 ISO 標準的擬合算法進行數據處理，實時觀察板材在成形時所選應變點變化情況，并繪制成板材應變的成形極限圖。

　　在線實時測量金屬材料應變點的變化情況，其實驗結果的可靠性較高，能夠準確的預測板材發生破裂的趨勢。而管材是板材的特殊形式，所以用此方法預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、毛獻昌。

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