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回转壳体制件,如三通(四通)管接头、自行车中轴、波纹管、波形套、汽车桥壳等,广泛用于机械、电子、航空航天、交通运输等部门。目前,有关回转壳体正负成形理论的研究,有些方面(如壳体的推压缩径——负成形的机理)不完善,有些方面(如壳体的复合胀形——正成形的机理)还未涉及,而生产实践却迫切需要理论的深入研究。 本文针对汽车桥壳复合液压胀形(该工艺是指选择适当尺寸的管坯首先进行机械缩径将其端部直径减至零件图要求,再进行轴向压缩复合液压胀形将中间部分扩张成形)的试验研究中存在的问题,对回转壳体的正负成形理论进行了探讨;基于研究成果,形成了汽车桥壳液压胀形的工艺技术,并经实验研究得以完善。 本文分析了回转壳体正负成形的力学模型,基于应力屈服条件对回转壳体的变形进行了分类;提出了壳体变形的应变屈服条件,给出了极限成形应变的应变轨迹解法;分析了壳体自由推压缩径变形(负成形),求解了缩径应力,给出了极限推压缩径成形系数的求解公式;推导出壳体缩径时等效应变与Lode应力参数β的关系式,给出了缩径后的几何参数与β的关系表达式;推导出壳体复合胀形(正成形)极限成形应变的解析公式,提出了胀形力参量的匹配构想,确定了经向应变与纬向应变的比值范围;研究了纬向小圆角复合胀形(正成形)的机理,推导出小圆角处的应力平衡方程,给出了胀形力参量的匹配条件;分析了回转壳体复合缩径—胀形(正负成形)工艺,推导出变形区的应力平衡方程,给出了应力场的求解公式。 本文提出广义滑移线的概念,将经典滑移线的概念从塑性变形体内最大剪应力的迹线拓展到变形体内某一平面上主剪应力的迹线;推导出轴对称变形问题的广义滑移线方程及已知一个主应力时三维变形问题的广义滑移线方程,将仅能求解塑性平面变形问题和部分平面应力问题的经典滑移线法拓展到能求解一般轴对称问题和部分三维变形问题;基于推导的广义滑移线方程,求解了汽车桥壳复合液压胀形时的塑性应力场和弹性应力场。 基于回转壳体正负成形理论的研究成果,指导了汽车桥壳的复合液压胀形工艺实践,确定了桥壳端部缩径及中间部分复合液压胀形的成形方案,设计了推压缩径模具和滑动式复合胀形模具;制定了桥壳端部缩径成形的工艺参数和中部复合液压胀形的工艺参数,并通过实验研究得以完善。研究成果已用于生产实践。 对回转壳体正负成形理论的探讨,完善了壳体的推压缩径(负成形)机理,填补了壳体复合胀形(正成形)理论研究上的空白,研究成果除用于汽车桥壳的复合液压胀形外,推广到汽车波形套复合缩径—胀形工艺实践。 研究液压胀形汽车桥壳成形技术,用先进的、科学的液压胀形新工艺制造汽车桥 燕山大学工学博士学位论文壳,将引起桥壳制造技术上的变革,有助于我国汽车行业在加入WTO后处于有利的竞争地位,同时会产生显著的经济和祉会效益。