T型管內(nèi)高壓成形仿真分析研究

辛艷峰　李健　梁鵬　劉邦雄

摘 要：本文借助于非線性有限元軟件DYNAFORM對(duì)T型管內(nèi)高壓成形過(guò)程進(jìn)行仿真分析，探究軸向進(jìn)給量速率、內(nèi)壓力加載速率對(duì)管件成形質(zhì)量的影響規(guī)律。

關(guān)鍵詞：DYNAFORM；T型管；內(nèi)高壓成形；仿真分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.014

1 引言

內(nèi)高壓是一種管形制件的新型加工工藝[1]。2013年A.Ben Abdessalem、E.Pagnacco[2]等對(duì)隨機(jī)框架下提高T型管成形穩(wěn)定性方面進(jìn)行研究。2015年吳磊、郎利輝[3]得出支管直徑越小，其充液成形的難度越大，起皺和破裂的發(fā)生概率越高的結(jié)論。本文基于Dynaform相關(guān)軟件建立有限元模型，以壁厚最大值、最小值為成形質(zhì)量研究目標(biāo)，研究?jī)?nèi)壓力加載速率和軸向進(jìn)給速率對(duì)T型三通管件成形質(zhì)量的影響規(guī)律。

2 有限元模型

通過(guò)仿真對(duì)內(nèi)高壓脹形分析，對(duì)產(chǎn)生的缺陷進(jìn)行預(yù)測(cè)、優(yōu)化，獲得較好成形質(zhì)量的制件。

2.1 管坯及模具

管坯材料選用不銹鋼SS304，材料參數(shù)選用Dynaform材料庫(kù)中對(duì)應(yīng)參數(shù)設(shè)置。密度為7.93g/cm3，物理性能中一般抗拉強(qiáng)度為520MPa，屈服強(qiáng)度205N/mm2。楊氏模量為207GPa，泊松比為0.28。管坯尺寸長(zhǎng)度為114mm，外徑為22mm，壁厚為1.5mm。

2.2 有限元模擬

T型管內(nèi)高壓脹形整個(gè)模具如圖1所示，包含上模具、下模具、管坯、左右推頭及背壓頭。選用四邊形薄殼單元來(lái)劃分網(wǎng)格。其中管坯單元個(gè)數(shù)為1938個(gè)，模具單元總個(gè)數(shù)為2991個(gè)。在Dynaform中管坯按照SS304測(cè)定的參數(shù)值進(jìn)行設(shè)定，將模具設(shè)定為剛體，兩者之間的摩擦系數(shù)按照標(biāo)準(zhǔn)鋼選用0.125。

2.3 加載方式

內(nèi)高壓脹形分為兩個(gè)階段，第一階段為合模階段，第二階段為液壓脹形階段，為了研究軸向進(jìn)給和內(nèi)壓力的加載速率對(duì)成形質(zhì)量的影響規(guī)律，加載路徑設(shè)定如圖2（a）、（b）所示：

3 結(jié)果與討論

3.1 軸向進(jìn)給速率的影響規(guī)律

按照?qǐng)D2（a）中加載路徑對(duì)T型三通管脹形進(jìn)行內(nèi)高壓脹形仿真分析，獲取三組加載路徑下脹形結(jié)果。圖3為厚度最大值及最小值隨時(shí)刻變化的曲線圖，三組加載路徑下，加載路徑c厚度最大值增長(zhǎng)量較大，可能是由于進(jìn)給速率過(guò)快，導(dǎo)致材料的堆積，厚度最大值變化明顯。三組加載路徑下，初期厚度最小值變化均較為平緩，后期加載路徑a厚度最小值平緩的變化，加載路徑b、c減薄幅度增大，可能是因?yàn)榧虞d路徑b、c進(jìn)給速率較快，導(dǎo)致材料產(chǎn)生堆積，增大了材料流向支管的難度。由此可知，在內(nèi)壓力采用單線性加載方式時(shí)，為了獲得厚度較小的增大量和較小的減少量，應(yīng)選擇較為緩慢的進(jìn)給速率。

3.2 內(nèi)壓力加載速率的影響規(guī)律

按照?qǐng)D2（b）中加載路徑對(duì)T型三通管件進(jìn)行內(nèi)高壓脹形仿真分析，獲取三組加載路徑下脹形仿真結(jié)果。圖4為厚度最大值及最小值隨時(shí)刻變化的曲線圖，三組加載路徑下，厚度最大值變化基本一致，初期厚度最小值變化基本一致，后期加載路徑c下的厚度最小值變化較為平緩，減薄量也較少，加載路徑a、b下減薄比較明顯，可能是由于后期內(nèi)壓力加載過(guò)快，材料進(jìn)給量不能滿足支管的脹高，后期壓力過(guò)高，摩擦增大，增加了向支管補(bǔ)料的難度。由此可知，在軸向進(jìn)給量均采用單線性加載下，后期應(yīng)減緩內(nèi)壓力加載的速率，有助于獲得較小減薄量的T型件。

4 結(jié)論

本文對(duì)內(nèi)高壓脹形過(guò)程進(jìn)行仿真分析，研究軸向進(jìn)給速率以及內(nèi)壓力加載速率對(duì)脹形結(jié)果的影響規(guī)律，得出如下結(jié)論：

（1）當(dāng)內(nèi)壓力采用單線性加載方式增壓，降低軸向進(jìn)給速率有助于減少厚度增厚量和減薄量。

（2）當(dāng)軸向進(jìn)給量采用單線性加載方式進(jìn)給，在脹形后期降低內(nèi)壓力增高速率，有助于獲得更小的減薄量。

參考文獻(xiàn)：

[1]蘇嵐，王先進(jìn)，唐荻，范光堯.T型管液壓成形過(guò)程的有限元分析[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2002（05）：537-540.

[2]Abdessalem A B，Pagnacco E，El-Hami A.Increasing the stability of T-shape tube hydroforming process under stochastic framework[J].The International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2013，69（05）：1343-1357.

[3]吳磊，郎利輝，李奎，張容靜，林俐菁，張艷峰.支管直徑大小對(duì)T型三通管充液成形的影響[J].精密成形工程，2015（05）：86-92.

作者簡(jiǎn)介：辛艷峰（1991-），男，山東德州人，碩士研究生在讀，研究方向：汽車輕量化。

*為通訊作者