三通管內高壓成形仿真分析研究

朱書建++常雪++蘇海迪++吳量

摘 要：三通管的液壓脹形是通過金屬材料的軸向補償脹出支管的一種成形工藝，影響其成形效果的因素主要有：內壓力、左右進給量、摩擦系數等，本文通過建立有限元模型對三通管內高壓成形過程進行仿真分析，探究內壓力、左右進給量、摩擦系數對三通管的影響規律。

關鍵詞：三通管；內高壓成形；仿真分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.008

1 引言

近年來，隨著汽車行業快速發展，人們對零部件提出質量輕，強度高等要求[1]。基于內高壓成形技術具有減輕質量、節約材料；減少零件和模具的數量，降低模具費用；提高強度與剛度等優點能滿足人們的要求[2]，故內高壓成形技術得到快速發展。三通管內高壓成形中內壓力、左右進給量、摩擦系數，對其成形效果有很大的影響，故本文首先建立T型三通管的有限元模型，利用DYNAFORM非線性有限元軟件對T型三通管內高壓成形效果影響較大因素進行研究。

2 有限元模型

原始管坯長為114mm，外徑為22mm，管坯厚度為1.5mm，支管直徑為22mm，管坯主管與支管相貫處圓角半徑為8mm，如圖1所示。模具、沖頭和管材均采用殼單元，下模四邊形單元有1551個，上模四邊形單元有1020個，左沖頭、右沖頭、下沖頭四邊形單元均有140個，模型中上模、下模、下沖頭、左右沖頭均設定為剛體。管坯材料為DQSK，泊松比為0.28，楊氏模量為207GPa，抗拉強度是440MPa。

3 仿真分析

3.1 內壓力影響

仿真中摩擦系數采用標準鋼的摩擦系數0.125，進給量為11mm，內壓力分別為25、30、35、40、45MPa的加載路徑進行仿真，三通管脹形高度和最小壁厚的仿真結果如圖2所示。

從圖2中可以看錯，隨著內壓力的增加脹形高度也隨之升高，而最小壁厚卻逐漸減小，這是由于在補料量不變的情況下，而內壓力增加可使得材料能更多補送到脹形區，則脹形高度升高；但內壓力增加使材料補送增加卻不能滿足脹形高度所需的材料，故最小壁厚在隨之減小。

3.2 進給量影響

仿真中采用摩擦系數為0.125，內壓力為40MPa，進給量分別為14、16、18、20、22、24mm的加載路徑進行仿真，三通管的脹形高度和最小壁厚的仿真結果如圖3所示。

從圖3中可以看出，隨著進給量的增加脹形高度逐漸升高，最小壁厚也隨之增加。這是因為在內壓力不變的情況下，進給量增加使得更多材料能補送到脹形區，則整形高度升高；進給量增加使得補送到脹形區的材料也增加，而內壓力不變，則使得最小壁厚也在增大。

3.3 摩擦系數影響

仿真中采用內壓力為40MPa，進給量為14mm，摩擦系數分別為0.06、0.08、0.10、0.12、0.14、0.16的加載路徑進行仿真，其結果如圖4所示。

從圖中可以看出，隨著摩擦系數的增加脹形高度在降低，而最小壁厚逐漸升高。這是由于在內壓力及進給量不變的情況下，摩擦系數增加使得摩擦阻力增加，無法將更多的材料補送到脹形區，則表現為脹形高度降低，進而最小壁厚隨之增大。

4 結論

本文對T型三通管內高壓成形過程進行仿真分析，對影響三通管成形效果影響較大的參數進行研究，得到：隨著內壓力的增加三通管的脹形高度隨之升高，而最小壁厚減小；進給量增加則脹形高度隨之升高，最小壁厚也增大；摩擦系數增大則脹形高度降低，而最小壁厚增大。

參考文獻：

[1]菅小栓，邢小麗.關于汽車變速器箱體結構強度的分析與優化設計[J].中國科技投資，2017（15）.

[2]林俊峰，苑世劍.汽車輕量化中的管件液壓成形技術[J].鍛造與沖壓，2005（04）：58-59.

作者簡介：朱書建（1990-），男，山東濟寧人，碩士研究生在讀，研究方向：汽車輕量化。