T型管内高压成形仿真分析研究

摘 要：本文借助于非线性有限元软件DYNAFORM对T型管内高压成形过程进行仿真分析，探究轴向进给量速率、内压力加载速率对管件成形质量的影响规律。

关键词：DYNAFORM；T型管；内高压成形；仿真分析

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.06.014

1 引言

内高压是一种管形制件的新型加工工艺[1]。2013年A.Ben Abdessalem、E.Pagnacco[2]等对随机框架下提高T型管成形稳定性方面进行研究。2015年吴磊、郎利辉[3]得出支管直径越小，其充液成形的难度越大，起皱和破裂的发生概率越高的结论。本文基于Dynaform相关软件建立有限元模型，以壁厚最大值、最小值为成形质量研究目标，研究内压力加载速率和轴向进给速率对T型三通管件成形质量的影响规律。

2 有限元模型

通过仿真对内高压胀形分析，对产生的缺陷进行预测、优化，@得较好成形质量的制件。

2.1 管坯及模具

管坯材料选用不锈钢SS304，材料参数选用Dynaform材料库中对应参数设置。密度为7.93g/cm3，物理性能中一般抗拉强度为520MPa，屈服强度205N/mm2。杨氏模量为207GPa，泊松比为0.28。管坯尺寸长度为114mm，外径为22mm，壁厚为1.5mm。

2.2 有限元模拟

T型管内高压胀形整个模具如图1所示，包含上模具、下模具、管坯、左右推头及背压头。选用四边形薄壳单元来划分网格。其中管坯单元个数为1938个，模具单元总个数为2991个。在Dynaform中管坯按照SS304测定的参数值进行设定，将模具设定为刚体，两者之间的摩擦系数按照标准钢选用0.125。

2.3 加载方式

内高压胀形分为两个阶段，第一阶段为合模阶段，第二阶段为液压胀形阶段，为了研究轴向进给和内压力的加载速率对成形质量的影响规律，加载路径设定如图2（a）、（b）所示：

3 结果与讨论

3.1 轴向进给速率的影响规律

按照图2（a）中加载路径对T型三通管胀形进行内高压胀形仿真分析，获取三组加载路径下胀形结果。图3为厚度最大值及最小值随时刻变化的曲线图，三组加载路径下，加载路径c厚度最大值增长量较大，可能是由于进给速率过快，导致材料的堆积，厚度最大值变化明显。三组加载路径下，初期厚度最小值变化均较为平缓，后期加载路径a厚度最小值平缓的变化，加载路径b、c减薄幅度增大，可能是因为加载路径b、c进给速率较快，导致材料产生堆积，增大了材料流向支管的难度。由此可知，在内压力采用单线性加载方式时，为了获得厚度较小的增大量和较小的减少量，应选择较为缓慢的进给速率。

3.2 内压力加载速率的影响规律

按照图2（b）中加载路径对T型三通管件进行内高压胀形仿真分析，获取三组加载路径下胀形仿真结果。图4为厚度最大值及最小值随时刻变化的曲线图，三组加载路径下，厚度最大值变化基本一致，初期厚度最小值变化基本一致，后期加载路径c下的厚度最小值变化较为平缓，减薄量也较少，加载路径a、b下减薄比较明显，可能是由于后期内压力加载过快，材料进给量不能满足支管的胀高，后期压力过高，摩擦增大，增加了向支管补料的难度。由此可知，在轴向进给量均采用单线性加载下，后期应减缓内压力加载的速率，有助于获得较小减薄量的T型件。

4 结论

本文对内高压胀形过程进行仿真分析，研究轴向进给速率以及内压力加载速率对胀形结果的影响规律，得出如下结论：

（1）当内压力采用单线性加载方式增压，降低轴向进给速率有助于减少厚度增厚量和减薄量。

（2）当轴向进给量采用单线性加载方式进给，在胀形后期降低内压力增高速率，有助于获得更小的减薄量。

参考文献：

[1]苏岚，王先进，唐荻，范光尧.T型管液压成形过程的有限元分析[J].北京科技大学学报，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]吴磊，郎利辉，李奎，张容静，林俐菁，张艳峰.支管直径大小对T型三通管充液成形的影响[J].精密成形工程，2015（05）：86-92.

作者简介：辛艳峰（1991-），男，山东德州人，硕士研究生在读，研究方向：汽车轻量化。

*为通讯作者