液壓脹形金屬薄壁管的材料特性

前言

　　管材液壓脹形技術是生產(chǎn)截面形狀復雜的中空薄壁整體結構件的一種先進、特殊、精密（半精密）的凈成形技術，具有工序集成度高、工藝簡單、廢品率低、零件剛度高、質量輕及模具成本低等特點，在汽車、航空、航天、船舶、家電等領域得到了越來越廣泛的應用，特別是汽車工業(yè)對于高剛度、輕質量零件的需求，推動了THF的迅速發(fā)展。美國、日本、德國等汽車工業(yè)發(fā)達國家都將THF作為實現(xiàn)“車身輕量化”的有效途徑，競相投人大量人力、物力和財力加以研究和推廣應用?！　HF技術始于20世紀40年代，當時主要是用來成形T形管接頭。到70年代末期，德國開始對THF技術進行基礎性研究，并于90年代初期率先將其應用到汽車結構件的生產(chǎn)中。目前，一些學者從成形機理、管材選用、摩擦特性、預成形設計、成形工藝、模具材料及其涂覆處理等方面對THF開展了大量的研究工作。其中，金屬薄壁管的材料特性（如力學性能、本構關系、成形性能、流動特性、脹裂機理等）在THF中起著極其重要的作用，對THF的產(chǎn)品精度、成形極限、載荷大小及模具壽命等有很大的影響，常常關系到THF的成敗。所以，在實施THF工藝前，材料特性的確定是一項極其重要的工作?；赥HF的材料特性的研究近年來比較活躍，主要集中在如下幾個熱點問題：基于THF環(huán)境的管材塑性本構關系的構建、針對THF應用的管材性能參數(shù)測試技術、有縫管材料特性及其FEM模擬技術、材質不均勻管材的THF成形性能及脹裂斷口分析等。

內容概要

本書是關于金屬薄壁管在液壓脹形(tube hydroforming，THF)技術中的材料特性的一本專業(yè)書，從材料學、塑性力學、靜水力學、斷口學等角度對液壓脹形薄壁管材料特性中的幾個熱點問題及研究方法進行了闡述，內容包括THF技術概況、THF材料特性的研究現(xiàn)狀、液壓脹形試驗平臺及管材性能參數(shù)測試裝置、管材力學性能測試及液壓脹形試驗方法、基于THF環(huán)境的管材塑性本構關系的構建方法、有縫管材料特性及其液壓脹形FEM數(shù)值模擬方法、管材THF成形性能及材質不均勻的影響規(guī)律、管材斷口分析及THF宏觀脹裂機理探討等。    本書對從事金屬塑性加工、材料加工工程及其相關專業(yè)的讀者有一定的參考價值，也可供相關專業(yè)的研究生作為專業(yè)參考書。

作者簡介

楊連發(fā)，男，1965年生，漢族。貴州黎平人，工學博士，教授。1986年、1989年分別從哈爾濱工業(yè)大學學士、碩士畢業(yè)，2006年從西安交通大學博士畢業(yè)。2005—2006年曾赴日本橫濱國立大學(Yokohama  National University)、日本豐橋技術科學大學(Toyohashi  University  of Technology)作訪問學者?，F(xiàn)在桂林電子科技大學工作，主要研究領域為液壓成形技術、塑性加工及裝備、模具CAD/CAM/CAE技術等。近五年來，先后主持國家自然科學基金課題、廣西壯族自治區(qū)自然科學基金課題、企業(yè)橫向課題等20多項課題；在國內外重要學術期刊發(fā)表學術論文54篇，其中7篇被SCI收錄，22篇被EI收錄；獲得授權發(fā)明專利3項，實用新型專利4項。

書籍目錄

第1章  緒論  1.1  管材液壓脹形技術  1.2  THF技術的優(yōu)勢及應用背景  1.3  THF技術的發(fā)展趨勢  1.4  THF材料特性的研究現(xiàn)狀  1.5  THF材料特性的科學核心問題第2章  液壓脹形試驗平臺及管材性能參數(shù)測試裝置  2.1  概述  2.2  外控充液增壓式試驗平臺  2.3  管材THF性能參數(shù)測試裝置  2.4  本章小結第3章  管材力學性能測試及液壓脹形試驗方法  3.1  概述  3.2  單向拉伸試驗  3.3  液壓脹形試驗  3.4  液壓脹形后管件變形的測量  3.5  破裂形態(tài)及斷口形貌觀測  3.6  焊縫及熱影響區(qū)顯微硬度測量  3.7  本章小結第4章  基于THF環(huán)境的管材塑性本構關系的構建方法一  4.1  概述  4.2  脹形輪廓形狀與壁厚分布的關系  4.3  管材塑性本構關系的構建新方法  4.4  本構關系構建新方法的精度檢驗  4.5  本構關系構建新方法的適用性及特點  4.6  本章小結第5章  有縫管材料特性及其液壓脹形FEM數(shù)值模擬方法  5.1  概述  5.2  焊縫材料特性的確定  5.3  有縫管HAZ材料本構關系的確定  5.4  有縫管THF成形過程數(shù)值模擬及結果分析  5.5  本章小結第6章  管材THF成形性能及材質不均勻的影響規(guī)律  6.1  概述  6.2  管材THF成形性能  6.3  確定極限載荷及成形極限的新方法  6.4  材料特性不均勻的影響規(guī)律  6.5  初始壁厚不均勻的影響規(guī)律  6.6  初始形狀不均勻的影響規(guī)律  6.7  本章小結第7章  管材斷口分析及THF宏觀脹裂機理探討  7.1  概述  7.2  單向拉伸與液壓脹形時的材料特性  7.3  THF中管材的宏觀脹裂機理  7.4  管材在拉伸及脹形時材料特性不同的原因  7.5  本章小結第8章  總結與展望  8.1  總結  8.2  展望參考文獻后記

章節(jié)摘錄

　　對于金屬材料，通常裂尖附近存在著一個塑性區(qū)，如圖7-25（a）所示。由于材料的加工硬化效應，裂紋擴展的阻力隨著裂紋的擴展而提高，即只有增大應力，裂紋才可能繼續(xù)擴展。也就是說，裂紋開始擴展，并不會立即導致失穩(wěn)而斷裂。所以材料的加工硬化指數(shù)n值越大，則裂紋不容易擴展。此外，由于材料發(fā)生塑性變形，會使塑性區(qū)應力重新分布而引起應力松弛現(xiàn)象使得裂紋擴展能力下降：裂尖處的應力下降，塑性區(qū)擴大及塑性區(qū)的應力分布趨于均勻。即所謂的裂紋鈍化現(xiàn)象。微孔裂紋與塑性應變量有關，其斷裂并非由最高應力產(chǎn)生，而是在最大應變處，即從裂紋尖端處開始。所以，若材料的塑性越佳即總伸長率越大，則在裂尖附近的塑性區(qū)材料可以承受較大的塑性變形而不會很快失穩(wěn)擴展，即裂紋的擴展受到抑制，斷裂受到推遲，破裂前允許的整體變形程度就大?！　」懿脑谝簤好浶芜^程中，由于受到雙向拉應力的繃緊作用及液壓力的均勻作用，再加上材料的加工硬化效應，使得材料的變形盡量趨于均勻（見第6章的壁厚偏差管及形狀偏差管的液壓脹形），從而延緩了裂紋的擴展，這就是THF中變形的均勻化效應。這種效應在單向拉伸中卻遜色得多。

圖書封面

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