T型管內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T型管內高壓成形過程進行仿真分析，探究軸向進給量速率、內壓力加載速率對管件成形質量的影響規律。

關鍵詞：DYNAFORM；T型管；內高壓成形；仿真分析

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

1 引言

內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]等對隨機框架下提高T型管成形穩定性方面進行研究。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，起皺和破裂的發生概率越高的結論。本文基于Dynaform相關軟件建立有限元模型，以壁厚最大值、最小值為成形質量研究目標，研究內壓力加載速率和軸向進給速率對T型三通管件成形質量的影響規律。

2 有限元模型

通過仿真對內高壓脹形分析，對產生的缺陷進行預測、優化，獲得較好成形質量的制件。

2.1 管坯及模具

管坯材料選用不銹鋼SS304，材料參數選用Dynaform材料庫中對應參數設置。密度為7.93g/cm3，物理性能中一般抗拉強度為520MPa，屈服強度205N/mm2。楊氏模量為207GPa，泊松比為0.28。管坯尺寸長度為114mm，外徑為22mm，壁厚為1.5mm。

2.2 有限元模擬

T型管內高壓脹形整個模具如圖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劃分網格。其中管坯單元個數為1938個，模具單元總個數為2991個。在Dynaform中管坯按照SS304測定的參數值進行設定，將模具設定為剛體，兩者之間的摩擦系數按照標準鋼選用0.125。

2.3 加載方式

內高壓脹形分為兩個階段，第一階段為合模階段，第二階段為液壓脹形階段，為了研究軸向進給和內壓力的加載速率對成形質量的影響規律，加載路徑設定如圖2（a）、（b）所示：

3 結果與討論

3.1 軸向進給速率的影響規律

按照圖2（a）中加載路徑對T型三通管脹形進行內高壓脹形仿真分析，獲取三組加載路徑下脹形結果。圖3為厚度最大值及最小值隨時刻變化的曲線圖，三組加載路徑下，加載路徑c厚度最大值增長量較大，可能是由于進給速率過快，導致材料的堆積，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，可能是因為加載路徑b、c進給速率較快，導致材料產生堆積，增大了材料流向支管的難度。由此可知，在內壓力采用單線性加載方式時，為了獲得厚度較小的增大量和較小的減少量，應選擇較為緩慢的進給速率。

3.2 內壓力加載速率的影響規律

按照圖2（b）中加載路徑對T型三通管件進行內高壓脹形仿真分析，獲取三組加載路徑下脹形仿真結果。圖4為厚度最大值及最小值隨時刻變化的曲線圖，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，可能是由于后期內壓力加載過快，材料進給量不能滿足支管的脹高，后期壓力過高，摩擦增大，增加了向支管補料的難度。由此可知，在軸向進給量均采用單線性加載下，后期應減緩內壓力加載的速率，有助于獲得較小減薄量的T型件。

4 結論

本文對內高壓脹形過程進行仿真分析，研究軸向進給速率以及內壓力加載速率對脹形結果的影響規律，得出如下結論：

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

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

參考文獻：

[1]蘇嵐，王先進，唐荻，范光堯.T型管液壓成形過程的有限元分析[J].北京科技大學學報，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