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新聞資訊

【汽車輕量化】三通管內(nèi)高壓成形的應(yīng)用及現(xiàn)狀

2018-05-18
摘要:? 隨著人類社會(huì)的進(jìn)步,人們對(duì)現(xiàn)代制造技術(shù)提出了更高的要求,其中減輕零件重量、降低成本、提高生產(chǎn)效率便是其中要求之一。 ? 特別是進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來(lái),考慮到能源和材料成本以及對(duì)廢氣排放更加嚴(yán)格的法律法規(guī),汽車結(jié)構(gòu)的輕量化是一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)。   ? 對(duì)于飛機(jī)和航天器,減重也是人們長(zhǎng) […]
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隨著人類社會(huì)的進(jìn)步,人們對(duì)現(xiàn)代制造技術(shù)提出了更高的要求,其中減輕零件重量、降低成本、提高生產(chǎn)效率便是其中要求之一。

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特別是進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來(lái),考慮到能源和材料成本以及對(duì)廢氣排放更加嚴(yán)格的法律法規(guī),汽車結(jié)構(gòu)的輕量化是一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)。

 

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對(duì)于飛機(jī)和航天器,減重也是人們長(zhǎng)期追求的目標(biāo)。

 

減重有兩個(gè)主要的途徑:

一,是采用輕體材料,如用鋁合金、鎂合金、鈦合金和復(fù)合材料等材料;

二,是在結(jié)構(gòu)上采用“以空代實(shí)”,即對(duì)于承受以彎曲或扭轉(zhuǎn)載荷為主的構(gòu)件,采用空心結(jié)構(gòu),這樣即可以減輕重量節(jié)約材料又可以充分利用材料的強(qiáng)度和剛度。

 

內(nèi)高壓成形正是適應(yīng)這樣的要求而提出來(lái)的一種新工藝,內(nèi)高壓成形件具有重量輕、剛度好、零件數(shù)量少、可減少后續(xù)機(jī)械加工和組裝焊接量等優(yōu)點(diǎn),因此可以減少模具,降低生產(chǎn)成本,縮短加工周期??梢杂糜谥圃炱嚒⒑娇?、航天等行業(yè)中使用的各類輕體構(gòu)件。

 

采用內(nèi)高壓技術(shù)成形的多通管接頭是各種管路系統(tǒng)中不可缺失的管件之一,廣泛應(yīng)用于電力、化工、石油、船舶、機(jī)械等行業(yè)中。在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)、自行車車架、衛(wèi)生潔具制造等領(lǐng)域運(yùn)用的比較多。

 

采用液壓脹形生產(chǎn)三通管和形狀簡(jiǎn)單的管路配件可以追溯到 19 世紀(jì) 40 年代,但那時(shí)的成形壓力比較小,零件精度不高。近年來(lái),由于液壓伺服控制系統(tǒng)和高壓源等問(wèn)題的解決,內(nèi)高壓成形技術(shù)廣泛的運(yùn)用到汽車的輕量化中,其成形壓力已達(dá)到 400MPa,有的超過(guò) 1000MPa。

 

在國(guó)內(nèi),內(nèi)高壓技術(shù)還不是很成熟,大力發(fā)展內(nèi)高壓成形技術(shù)對(duì)提升我國(guó)的制造業(yè)水平有重大的意義。

 

內(nèi)高壓成形工藝

 

內(nèi)高壓成形原理及工藝分類?
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內(nèi)高壓成形原理是通過(guò)內(nèi)部加壓和軸向加力補(bǔ)料把管坯壓入到模具型腔使其成形,成形時(shí)內(nèi)壓和軸向進(jìn)給按事先給定的匹配關(guān)系,由計(jì)算機(jī)精確控制。

 

其基本工藝過(guò)程是先將管坯放入下模,閉合模具,用左右水平?jīng)_頭密封管坯,然后在管坯內(nèi)充滿液體,通過(guò)高壓系統(tǒng)向管坯內(nèi)加壓,在加壓的同時(shí)管坯兩端的沖頭按與內(nèi)壓一定的匹配關(guān)系向內(nèi)送料使管坯成形,成形過(guò)程如圖 1-1所示。

?圖1-1內(nèi)高壓成形原理

 

管材的內(nèi)高壓成形根據(jù)軸向進(jìn)給可以分為有軸向進(jìn)給成形和無(wú)軸向進(jìn)給成形。同時(shí)根據(jù)成形零件形狀又可分為三種工藝類型:直線零件成形(如圖1-2)、帶凸臺(tái)或枝杈零件成形(如圖1-3)、曲線零件成形(如圖1-4)。帶凸臺(tái)或枝杈零件成形時(shí)需要三個(gè)沖頭,管端兩個(gè)沖頭按給定加載路徑向內(nèi)送料,凸臺(tái)或枝杈上的沖頭按與內(nèi)壓一定的匹配關(guān)系向后退出,以保證枝杈不脹破或起皺。對(duì)于軸線為曲線的零件,先在數(shù)控彎管機(jī)上彎曲到要求的形狀(見(jiàn)圖1- 4a),再放到模具內(nèi)加壓成形(見(jiàn)圖1-4b)。

 

?圖1-2直線零件成形

 

?圖1-3帶凸臺(tái)或枝杈零件成形

 

? ? ? ? ? a.彎曲 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? b.內(nèi)高壓成形圖
圖1-4曲線零件成形

內(nèi)高壓成形工藝的優(yōu)點(diǎn)

內(nèi)高壓成形作為近期發(fā)展起來(lái)的一種新工藝,其優(yōu)點(diǎn)非常突出,和傳統(tǒng)的沖壓焊接工藝相比,內(nèi)高壓成形的工件主要有如下優(yōu)點(diǎn):

 

1.減輕重量,節(jié)約材料。采用內(nèi)高壓技術(shù)的生產(chǎn)的零件可以由管材一次脹形得到,和機(jī)加工相比較減輕重量 40%-50%,節(jié)約材料可達(dá) 75%。

 

2.減少零件和模具數(shù)量,節(jié)約成本。內(nèi)高壓成形件通常只需要一套模具,而沖壓件通常需要多套模具。如采用內(nèi)高壓成形,副車架的組成零件由 6個(gè)減少到 1 個(gè)。

 

3. 提高強(qiáng)度與剛度。以散熱器支架為例,垂直方向剛度提高 39%,水平方向剛度提高 50%。

 

4.可減少后續(xù)機(jī)械加工和組裝焊接量。以散熱器支架為例,散熱面積增加43%,焊點(diǎn)由 174 個(gè)減少到 20 個(gè),裝備工序由 13 道減少到 6 道,生產(chǎn)率提高66%。

 

5.提高成形零件的精度。

 

 

枝杈管件的內(nèi)高壓成形工藝

 

枝杈管件一般可按形狀分為十字型四通管、直三通管(T 形管)、斜三通管(Y 形管)等三類,各種管件的形狀如圖 1-5。

 

 


圖 1-5 各種枝杈管件

 

對(duì)于枝杈類管件的內(nèi)高壓成形,為了得到較大的枝管高度,除了水平軸向補(bǔ)料沖頭外還需要反推沖頭對(duì)枝管施加一定的推力。Y 型三通管的內(nèi)高壓成形原理如圖 1-6。

 

成形過(guò)程為在一定內(nèi)壓下,左右沖頭按與內(nèi)壓一定的匹配關(guān)系向內(nèi)補(bǔ)料;中間沖頭置于模具右側(cè)圓角與枝管的交界處,在成形的初期保持不動(dòng),等管坯貼上中間反推沖頭后,中間反推沖頭隨著枝管的長(zhǎng)高向后退,后退時(shí)中間反推沖頭要對(duì)枝管施加一定的推力。

 

圖 1-6 ?Y 型三通管內(nèi)高壓成形原理

 

 

內(nèi)高壓成形件在汽車排氣系統(tǒng)中的應(yīng)用

目前內(nèi)高壓成形件在汽車領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,主要有:

①排氣系統(tǒng)異型管件;

②副車架總成;

③底盤構(gòu)件、車身框架、座椅框架及散熱器支架;

④前軸、后軸及驅(qū)動(dòng)軸;

⑤安全構(gòu)件等。

 

圖 1-7 所示為德國(guó)某公司采用內(nèi)高壓技術(shù)生產(chǎn)的汽車用輕體件。

 

 

圖 1-7 汽車用輕體件

 

 

采用內(nèi)高壓技術(shù)國(guó)外已經(jīng)生產(chǎn)出了多種排氣歧管,如圖 1-8。其中枝杈類管件如 T 型三通管和 Y 型三通管在排氣系統(tǒng)中運(yùn)用的比較多。

 

圖 1-8 排氣系統(tǒng)的內(nèi)高壓成形件
(Schafer 公司提供)

 

汽車排氣歧管3D示意圖

 

目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)排氣岐管的方法主要有整體鑄造成形、沖壓組焊成形、內(nèi)高壓成形出枝杈管然后跟管件連接成形。各種工藝成形的排氣管件如圖 1-9。

 

圖1-9 各種工藝生產(chǎn)的排氣歧管

 

興迪源機(jī)械研發(fā)生產(chǎn)的汽車排氣歧管(一出二)實(shí)物圖

 

采用整體鑄造工藝制造的排氣歧管壁厚大、質(zhì)量大。

 

采用內(nèi)高壓技術(shù)成形的排氣管件與鑄件相比,其優(yōu)點(diǎn)為:

質(zhì)量減輕 30%-40%;

壽命提高 2-3 倍;

研制周期縮短 60%。

 

采用內(nèi)高壓技術(shù)成形的排氣管件與傳統(tǒng)的沖壓焊接成形件相比,其優(yōu)點(diǎn)為:

減少制造工序;

焊接量小,產(chǎn)品可靠性好;

焊縫減少,內(nèi)表面光滑,排氣阻力?。?/p>

成本可降低 20%左右。

 

 

枝杈類管件內(nèi)高壓成形技術(shù)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

 

枝杈管件的研究早在 20 世紀(jì) 60 年代就已經(jīng)開(kāi)展了,那時(shí)液壓脹管技術(shù)已用于生產(chǎn)三通管,但零件精度不高,成形壓力小于 30MPa。進(jìn)入 20 世紀(jì) 90年代以來(lái),由于液壓伺服控制系統(tǒng)和高壓源等問(wèn)題的解決,對(duì)內(nèi)高壓成形技術(shù)的研究進(jìn)入了新的階段。

同時(shí)由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展,大量的商業(yè)軟件如LS-DYNA、PAM-STAMP、DYNAFORM 被用來(lái)對(duì)成形過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬研究并對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行初步的預(yù)測(cè)和指導(dǎo),這大大降低了成本,縮短了研發(fā)周期。

 

早期對(duì)枝杈管件內(nèi)高壓成形的研究主要集中在直三通管,后來(lái)陸續(xù)擴(kuò)展到十字接頭、斜三通管。十字型四通管屬于對(duì)稱類零件,T 型三通管和 Y 型三通管屬于非對(duì)稱零件,其中 Y 型三通管成形難度最大。

 

十字型四通管的現(xiàn)狀

 

十字型四通管是完全對(duì)稱的零件,成形的難度比 T 型三通管和 Y 型三通管都要低,對(duì)它開(kāi)展的研究也比較少。愛(ài)爾蘭都柏林大學(xué)的 B.J.Mac Donald 等人通過(guò)模擬研究了有無(wú)補(bǔ)料兩種加載條件、摩擦系數(shù)、管坯厚度對(duì)枝管高度、應(yīng)力分布、壁厚分布的影響。

 

他們還用性能與鉛接近的固體壓力介質(zhì)進(jìn)行了模擬,模擬結(jié)果表明,采用固體介質(zhì),成形零件的枝管高度更大,枝管頂部減薄更小,零件應(yīng)力更小。通過(guò)對(duì)模具的應(yīng)力狀態(tài)和變形進(jìn)行分析,結(jié)果表明選擇合適的圓角半徑對(duì)此類模具設(shè)計(jì)相當(dāng)重要。愛(ài)爾蘭的 P.Ray, B.J.MacDonald 對(duì)退火的銅管內(nèi)高壓成形十字型四通管進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬的研究, 并通過(guò)實(shí)驗(yàn)成形出了十字型四通管,如圖 1-13。

 

實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬的結(jié)果在壁厚分布、枝管高度上吻合的比較好。他們還研究了初始管材長(zhǎng)度、模具圓角半徑、摩擦、加載路徑對(duì)成形的影響,并指出對(duì)于十字型四通管成形時(shí)十字交叉處容易產(chǎn)生起皺和破裂的缺陷。

 

國(guó)內(nèi)北京科技大學(xué)的楊海波等人對(duì)異徑四通管的液壓成形工藝過(guò)程進(jìn)行了模擬分析。

 

首先應(yīng)用相似理論推導(dǎo)脹形過(guò)程工藝參數(shù)的量綱為一方程,然后采用正交試驗(yàn)方法建立了模擬方案。利用非線性有限元軟件 MARC/AutoForge 對(duì)成形過(guò)程進(jìn)行了大量的模擬,并分析了內(nèi)壓、摩擦系數(shù)、沖頭運(yùn)動(dòng)速、模具圓角半徑對(duì)零件各處壁厚分布的影響,給出了零件成形的最佳工藝參數(shù)。

 

T型三通管的現(xiàn)狀

 

國(guó)外對(duì) T 型三通管的研究開(kāi)展的比較早。早在 20 世紀(jì) 40 年代,美國(guó)的J.E.Grey 等人就對(duì)無(wú)縫銅管成形 T 型三通管進(jìn)行了研究,他們首次使用內(nèi)壓和軸向力共同作用的方法來(lái)成形。60 年代,Ogura、Ueda 等人對(duì)低碳鋼、中碳鋼管材內(nèi)高壓成形 T 型三通管進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,并成形出了形狀各異、枝管數(shù)目不同的各種零件。

 

70 年代,Limb 等人通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了 T 型三通管內(nèi)高壓成形過(guò)程中摩擦的影響,指出了潤(rùn)滑對(duì)枝管高度和枝管頂部的影響。同時(shí)他們還以油為壓力介質(zhì),分別對(duì)銅、鋁、低碳鋼的管材內(nèi)高壓成形 T 型三通管進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,根據(jù)獲得的枝管高度對(duì)潤(rùn)滑劑、材料性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

 

近些年來(lái),德國(guó)的 Paderborn 大學(xué)和美國(guó)的俄亥俄州立大學(xué)在內(nèi)高壓成形T 型三通管上做了大量的研究。

 

德國(guó) Paderborn 大學(xué)的 F.Volerstern 等人總結(jié)了 T 型三通管內(nèi)高壓成形的各工藝參數(shù)估算公式。具體給出了合模力、軸向進(jìn)給力、反推沖頭力、整形壓力的估算公式;同時(shí)還給出了估算成形中破裂和起皺臨界壓力的計(jì)算公式,給出了頸縮的應(yīng)變判據(jù)和枝管的最大脹形高度。而且他們還用矩形管坯內(nèi)高壓成形 T 型三通管進(jìn)行了研究,指出了由于內(nèi)外圓角半徑過(guò)小和摩擦的原因阻礙了金屬的流動(dòng),使底部增厚枝管頂部減薄;他們指出可以通過(guò)局部熱處理的方式來(lái)對(duì)管坯進(jìn)行處理,使成形時(shí)有利于金屬的流動(dòng)。

 

德國(guó) Paderborn 大學(xué)的 F.dohmann? 等人經(jīng)過(guò)研究后指出:由于摩擦的影響,在成形過(guò)程中軸向力總會(huì)有所損失。在 T 型三通管內(nèi)高壓成形補(bǔ)料的過(guò)程中,當(dāng)水平?jīng)_頭的軸向推力超過(guò)一個(gè)臨界水平,壓縮失穩(wěn)就會(huì)在管坯不規(guī)則的壓縮變形處產(chǎn)生。他們給出了一個(gè)實(shí)例來(lái)說(shuō)明補(bǔ)料段管長(zhǎng)對(duì)可獲得的枝管高度的影響,如圖 1-10。經(jīng)過(guò)理論的推導(dǎo)計(jì)算,得到了出現(xiàn)失穩(wěn)狀態(tài)的判據(jù)。

 

圖 1-10 補(bǔ)料段長(zhǎng)度對(duì)可獲得枝管高度的影響

 

 

美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)的 M. Ahmetoglu 等人對(duì)低碳鋼焊接管材內(nèi)高壓成形 T 型三通管進(jìn)行了模擬和實(shí)驗(yàn)研究。模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果都表明:枝管高度過(guò)高將使枝管頂部減薄嚴(yán)重而出現(xiàn)破裂。他們還研究了焊縫位置的不同對(duì)成形的影響, 研究結(jié)果表明不同的焊縫位置對(duì)成形影響較小,三種不同的焊縫位置如圖 1-11。他們還研究了內(nèi)高壓成形中摩擦的摩擦問(wèn)題,研究結(jié)果表明:在壓力不高時(shí),摩擦力滿足庫(kù)侖定律;在接觸壓力接近管坯金屬流動(dòng)應(yīng)力時(shí),需要引入純剪應(yīng)力模型。

 

圖 1-11 焊縫位置不同的零件(低碳鋼)

 

Muammer Koc 等人指出對(duì)于 T 型三通管內(nèi)高壓成形時(shí),為了使枝杈管的高度更高,需要引入反推沖頭,并給出了反推沖頭力的計(jì)算公式。運(yùn)用該公式對(duì)材料為 SS409,壁厚為 1.65mm 的 T 型三通管反推沖頭力進(jìn)行了計(jì)算,計(jì)算的結(jié)果和數(shù)值模擬值很接近。

 

除了德國(guó)和美國(guó)外,國(guó)外其它國(guó)家也對(duì) T 型三通管展開(kāi)了一些研究。

 

在日本,H.Mizukoshi,H.Okada 等人研究了材料的延伸率、n 值及補(bǔ)料量對(duì)鋁合金 T 型三通管枝管高度的影響,給出了零件成形后的壁厚分布和零件表面的應(yīng)變分布。韓國(guó)對(duì) T 型三通管展開(kāi)了數(shù)值模擬方面的研究,他們提出了一種新的有限元方法來(lái)預(yù)測(cè)成形過(guò)程中可能出現(xiàn)的缺陷,并把該方法運(yùn)用到其它內(nèi)高壓成形件中。

 

法國(guó)和意大利對(duì)T型三通管研究主要集中在數(shù)值模擬方面。法國(guó)Franche-Comte大學(xué)O.Ghouti、M.baida等人提出了一套算法,這套算法可以為后繼的模擬過(guò)程提供優(yōu)化的加載路徑。

 

意大利Palermo大學(xué)的N. Alberti,L. Fratini對(duì)材料是AISI1015鋼,壁厚為1mm的T型三通管進(jìn)行了有無(wú)反推沖頭的數(shù)值模擬研究。研究結(jié)果表明采用反推沖頭后三通管減薄更小,壁厚更均勻。

 

愛(ài)爾蘭的學(xué)者對(duì)銅管內(nèi)高壓成形 T 型三通管進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬的研究,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)成形出了 T 型三通管,如圖 1-12。實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬的結(jié)果在壁厚分布、枝管高度上吻合的比較好。通過(guò)大量的數(shù)值模擬,結(jié)果表明枝管部分要得到比較好的壁厚分布必須要有合適的管坯長(zhǎng)度、模具圓角半徑和潤(rùn)滑條件。通過(guò)實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明壓力相對(duì)于軸向補(bǔ)料增加的過(guò)快會(huì)在成形過(guò)程中產(chǎn)生破裂的缺陷;軸向補(bǔ)料相對(duì)于壓力增加的過(guò)快則會(huì)產(chǎn)生起皺的缺陷。

 

圖 1-12 銅T 型三通管

 

在國(guó)內(nèi),我國(guó)學(xué)者對(duì) T 型三通管成形進(jìn)行了大量的研究。以前由于存在壓力控制和密封的難題成形 T 型三通管主要是以聚氨酯為傳力介質(zhì)。隨著壓力控制和密封問(wèn)題的解決,近些年來(lái)運(yùn)用液體作為傳力介質(zhì)的研究越來(lái)越多。國(guó)內(nèi)學(xué)者進(jìn)行的研究主要有沖頭力、反推沖頭力和脹形力的計(jì)算,三通管的模具結(jié)構(gòu)和管坯內(nèi)液壓力對(duì)成形的影響,液壓成形中的密封等問(wèn)題。

 

上海交通大學(xué)的洪慎章等分析了T型三通管液壓擠脹成形工藝的三個(gè)變形階段,介紹了液壓擠脹成形模具結(jié)構(gòu),分析了造成制件缺陷的主要原因。他們還給出了直三通管成形中零件應(yīng)力、脹形壓力、沖頭力及反推沖頭力的計(jì)算公式。

 

燕山大學(xué)的劉慶國(guó)等人采用主應(yīng)力法推導(dǎo)了T型三通管液壓擠脹力計(jì)算公式,并運(yùn)用該公式進(jìn)行了實(shí)例計(jì)算,所得結(jié)果與實(shí)測(cè)值吻合較好,能夠用于工程上的估算。

 

中國(guó)船舶重工集團(tuán)洛陽(yáng)船舶材料研究所對(duì)T型三通管液壓脹形的研究比較多。主要介紹了液壓脹形三通管件的特性,探討了工藝參數(shù)設(shè)計(jì)、脹形機(jī)工作性能調(diào)節(jié)、模具設(shè)計(jì)加工、設(shè)備性能保養(yǎng)等因素對(duì)T型三通管質(zhì)量的影響,而且指出使用二硫化鉬作潤(rùn)滑劑最好。同時(shí)還研究了T型三通管液壓脹形過(guò)程中管端密封方法,給出了三種密封方式。

 

西安重型機(jī)械研究所為洛陽(yáng)船舶材料研究所設(shè)計(jì)了專用的液壓脹形機(jī),以生產(chǎn)用于海軍潛水艇動(dòng)力裝置的Φ325*4的T型三通管。但該脹形機(jī)在實(shí)際中的

 

應(yīng)用效果卻不理想,在生產(chǎn)厚壁碳鋼管件時(shí),成品率僅接近62%。經(jīng)過(guò)改進(jìn)脹形力控制系統(tǒng)后,成品率和產(chǎn)品質(zhì)量都得到了較大的提高。

 

華中科技大學(xué)的夏巨諶等人對(duì)T型管的內(nèi)高壓成形做了比較多的數(shù)值模擬研究,他們根據(jù)T型三通管成形雙重非線性的特點(diǎn),建立了動(dòng)力分析有限元方程,開(kāi)發(fā)了HP715/50工作站上運(yùn)行的程序軟件SFMT。利用該軟件,分析了T 型三通管的成形過(guò)程、應(yīng)力應(yīng)變及壁厚變化分布、成形力的大小及相互匹配關(guān)系對(duì)成形的影響,有限元分析結(jié)果和實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果吻合較好。他們還提出并采用“應(yīng)變樣條”法建立了擠壓力、脹形力、反推沖頭力間的數(shù)學(xué)表達(dá)式,并? 運(yùn)用自己開(kāi)發(fā)的軟件模擬分析和計(jì)算了這3個(gè)力的大小及相互匹配關(guān)系對(duì)成形的影響。

上海交通大學(xué)的楊兵等人以304不銹鋼為材料,運(yùn)用數(shù)值模擬研究了T型三通管內(nèi)高壓成形時(shí)r值、n值、摩擦系數(shù)和加載路徑對(duì)成形的影響,并對(duì)某一個(gè)模擬結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

 

Y型三通管的現(xiàn)狀

 

目前國(guó)外對(duì)Y型三通管的研究才剛剛起步,大部分是通過(guò)數(shù)值模擬手段來(lái)研究然后通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。國(guó)外有學(xué)者通過(guò)數(shù)值模擬給出了一些工藝參數(shù)對(duì)成形的影響,指出了壓力過(guò)低會(huì)使軸向起皺如圖1-13。

 


圖1-13 壓力對(duì)成形的影響

 

 

美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)的學(xué)者對(duì) Y 型三通管內(nèi)高壓成形進(jìn)行了深入的研究。他們討論了如何對(duì)內(nèi)高壓成形 Y 型三通管的工藝參數(shù)進(jìn)行估算,這些參數(shù)包括成形壓力、軸向補(bǔ)料量、原始管坯長(zhǎng)度,給出了一些計(jì)算公式。然后通過(guò) FEA 模擬對(duì)估算的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,確定了合適的加載路徑,用外徑為 50.5mm, 壁厚為 1.5mm 的管坯進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),并在德國(guó) Aalen 的 SPS 研究中心成形出了枝杈夾角為 60°的 Y 型三通管,如圖 1-14。成形零件的壁厚分布和模擬得到的壁厚分布吻合比較好,如圖 1-15。通過(guò)實(shí)驗(yàn),還研究了在沒(méi)有反推沖頭作用時(shí)管坯長(zhǎng)度對(duì)枝管高度的影響,結(jié)果表明在軸向進(jìn)給量相同的情況下,管坯長(zhǎng)度越小,脹起的枝杈高度越大。

 

圖 1-14 SS304 不銹鋼斜三通管
圖 1-15 模擬和實(shí)驗(yàn)的壁厚分布結(jié)果對(duì)比

 

摘自《Y 型三通管內(nèi)高壓成形工藝優(yōu)化及實(shí)驗(yàn)研究》
作者:楊華(哈爾濱工業(yè)大學(xué))
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