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内高压成形工艺在管材胀形基础上引入轴向力,提高了管坯的成形性。但是内高压成形时,管坯受较大环向拉应力开裂仍是主要的失效形式。如果在管坯外侧施加可控的外压,则可以在管坯的外侧形成三向压应力状态,从而提高管坯的成形性。由于带外压管材内高压成形时,内压、外压与轴向力三者互相耦合,变形过程复杂,因此本文首先开展了薄壁铝合金管双向液压胀形研究,并进行了恒定外压数值下的管坯的成形实验与数值模拟。 由于实验所需外压的最大数值为100MPa,需要采用增压器进行加载,因此首先改造了实验设备,在1000吨内高压成形机上外接一个增压器,内压与外压均由增压器提供。加载时内压与外压按照预设曲线同时上升,当外压达到设定数值后保持不变,内压继续升高,直至管材发生破裂。 采用外径63mm,壁厚1mm与2mm的薄壁5A02铝合金管材进行了双向液压胀形实验,测量了不同外压下管材的膨胀率和壁厚分布。实验结果表明,随着双向液压胀形实验中外压数值的增大,管材的膨胀率逐渐增大,管材发生破裂时的壁厚逐渐减小。壁厚1mm和2mm管材实验结果基本相同,外压对1mm管坯膨胀率的提高稍大于2mm管材的提高。 采用ABAQUS进行了薄壁5A02铝合金管材双向液压胀形的数值模拟,模具为刚体单元,管材为实体单元。分析了不同外压下薄壁铝合金管材胀形过程中的应力应变的变化规律以及成形后管件的外径和壁厚分布。数值模拟结果表明相同时刻下,外压高的管材环向应力和轴向应力均较小。环向应变逐渐增大,厚向应变逐渐减小,轴向应变为0且几乎保持不变。外压的存在减小了管材环向应力,外压高的情况下管坯可以获得更大的变形量而不发生破裂,因此提高了成形性。