推頭對三通管成形效果影響的仿真研究

常雪++朱書建++蘇海迪++吳量

摘 要：本文基于DYNAFORM有限元軟件對三通管內高壓成形過程進行仿真，研究不同形式的推頭對三通管成形的影響以及不同加載路徑對成形結果的影響，為實際生產提供依據。

關鍵詞：三通管 ；內高壓成形；推頭

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.253

1 引言

近些年，隨著汽車行業的迅速發展對零部件的需求量越來越大，要求也越來越高。而內高壓成形工藝，可用一個管狀件替代多個沖壓零件的焊接組合件，可大幅度提高生產效率，降低生產成本，受到越來越多的生產廠商的重視[1-3]。三通管作為汽車管類零件的典型代表，近些年國內外進行了許多的研究，發現三通管的內高壓成形受到多方面的影響，而推頭形式對三通管件成形效果具有重要影響，所以有必要對其進行研究[4]。

2 推頭形式及有限元模型建立

2.1 推頭形式

圖1所示是三通管件在內高壓成形過程中所采用的兩種不同形式的推頭及其尺寸。A推頭為圓柱形，其端部上表面與管坯端部直接接觸；B推頭為階梯軸形式，端部細端周向表面與管坯內表面接觸[4]。

2.2 有限元模型

如圖2所示，每套模型都包括上模具、下模具、原始管件、左推頭、右推頭、上推頭六部分，初始管件長114mm，直徑為22mm，壁厚1.5mm，模具主管的直徑及支管的直徑均為22mm，主管與支管過渡圓角半徑為8mm。管件材料選用T2紫銅，經拉伸實驗測得屈服極限=325MPa。模具與管坯之間的摩擦系數為0.15，模具及管件設為殼體，均采用單位為2的平面四邊形進行劃分，網格單元總數分別為6600個和6694個。為了獲得合理的加載路徑，分別使用A、B推頭在圖3所示加載條件下進行仿真，進給量為15mm，支管上推頭勻速后退20mm。

3 結果與討論

3.1 脹形力對管件成形的影響

成形結果如表1所示。無論是使用A推頭成形的管件還是使用B推頭成形的管件，在使用相同推頭成形的條件下，隨著脹形力的增加管件的最小壁厚有明顯減小的趨勢。當脹形力為40MPa時，使用A模具成形的三通管最小壁厚為1.109mm，最大壁厚為1.755mm，支管高度超過在30MPa，35MPa下成形的三通管，達到16.527mm；使用B模具成形的三通管最小壁厚為1.226mm，最大壁厚為1.760mm，支管高度超過在30MPa，35MPa下成形的三通管，達到17.114mm。因此，在脹形力達到40MPa時，可獲得較好的成形效果。

3.2 推頭形式對管件成形的影響

在找到合理的加載路徑基礎上，分析推頭形式對管件成形的影響，沿三通管軸向從中間剖切按圖4所示測量點分布對管件壁厚進行測量、統計結果如圖5所示。從圖5可以看出，在主管與支管過渡圓角（測量點2，3，4，12，13，14）處出現壁厚的明顯增加，而在直邊與圓角過渡區（測量點5，6，7，9，10，11）則出現壁厚的明顯減小。這是因為在脹形過程中，送料區的材料是在軸向進給的推動下，向過渡區流動，由軸向推力內壓力共同作用下流入脹形區，促使管件進行脹形。但是受到管坯與模具間摩擦作用的影響，管坯材料不易流入脹形區而是堆積在過渡區產生明顯的壁厚增加[5]。而在直邊與圓角過渡區壁厚的減小則是因為在內高壓成形中從直邊區的中點到直邊區與圓角區的過渡點受到的等效應力逐漸增大，在過渡點達到最大值，從而直邊與圓角過渡區最容易滿足塑性屈服條件，而發生劇烈減薄。

對比兩者壁厚分布可以看出，沿軸向中間剖切的管件，使用A推頭的管件最大壁厚為1.76mm，最小壁厚為1.12mm，使用B推頭的管件最大壁厚為1.8mm，最小壁厚為1.25mm，明顯的使用B推頭成形的三通管壁厚分布均勻，且從表1可以看出，使用B推頭成形的三通管成形高度明顯高于使用B推頭成形的三通管，由此說明B推頭的形式更加適合T2紫銅三通管的成形。

3 結論

本文研究不同形式的推頭及不同加載路徑對成形結果的影響：

（1）在T2紫銅材質的三通管內高壓成形過程中，隨著脹形力的增加壁厚減薄程度也有所增加。

（2）階梯軸形式推頭比圓柱形推頭更適用于三通管的內高壓成形。

參考文獻：

[1]邱先拿.汽車零件生產用成形技術之新發展與應用[J].金屬工業，

1999，33（0l）：65.

[2]苑世劍，郎利輝，王仲仁.內高壓成形技術研究與應用進展[J].哈爾濱工業大學學報，2000，32（05）：60.

[3]蘇嵐，王先進，唐荻等.汽車行業中管件液壓成形技術的新進展[J].金屬成形工藝，2002，20（0l）：1.

[4]郭訓忠，陶杰，李鳴.模具型面及沖頭對304不銹鋼三通成形效果影響研究[J].中國機械工程， 2010（15）：1875-1878.

[5]周林.異形截面空心結構件內高壓成形工藝研究[D].合肥工業大學，2008.

作者簡介：常雪（1992-），女，山東淄博人，碩士研究生在讀，研究方向：汽車輕量化。endprint