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液压冲孔是利用液体压力的支撑作用作为冲孔模具的冲头或凹模,实现冲孔过程的一项新技术。该技术可与内高压成形技术相结合,在内高压成形结束管件保持一定内压时将管壁多种不同形状孔同时加工出来,具有减少工序、提高效率、定位精度高、断口质量好等优点,因此成为内高压成形技术实现工业化应用的关键技术之一。本文通过理论分析、实验和数值模拟研究了由外向内液压冲孔过程,揭示了液压冲孔弹性变形、塑性变形和断裂分离的应力应变历史,分析了液压冲孔质量的影响因素,为液压冲孔技术的应用奠定了理论和技术基础。 本文设计了三孔同步液压冲孔实验装置,用三种不同材料进行实验研究。得出了液压冲孔过程内压及冲孔力的变化,以及内压对冲孔质量的影响。研究表明,冲孔时内压越大,则孔口塌陷的深度和宽度越小,而光亮带的比例明显增加,撕裂带尺寸减小,即断口质量明显提高;另一方面,内压越大,获得的孔口直径越小于公称直径。同时,由于液压冲孔时管件轴向和径向尺寸相差较大,对圆孔孔型有一定影响,表现为孔径沿管件轴向略大,而沿管材径向略小,获得孔型为椭圆形。 根据力学分析,得到了液压冲孔变形区及邻域的应力状态,通过数值模拟获得了孔周围材料的运动情况以及分析了液压冲孔明显提高零件抗疲劳断裂能力的原因。结合数值模拟和实验研究分析了液压冲孔过程裂纹的形成机理,即:在冲头刃口附近管件外表面处,等效应力与等效应变的数值及梯度较大,存在着较为明显的应力集中区,该部位的材料首先产生裂纹,继而向管内扩展。并获得了内压对断口质量的影响、冲头直径以及材料壁厚对断裂过程的影响。结果表明:冲头直径增加、材料壁厚增加以及内压降低时,塌陷深度和塌陷宽度都明显加大。根据研究对冲孔力计算公式进行了修正,能够比较准确地计算液压冲孔冲头推力。