鍛壓技術：大徑厚比不銹鋼彎管內脹冷推彎成形數值模擬及實驗研究
2023-09-06【作 者】楊東;徐雪峰;范玉斌;伍世天
【前 言】
氣體、液體的輸送管路等對管材彎曲件的需求量較大，尤其是在現代先進飛行器和動力裝置上，大量使用薄壁類小彎曲半徑管件作為管路連接構件［1－2］。這種整體成形的薄壁類小彎曲半徑管可有效節(jié)省整個管路系統(tǒng)的使用空間［3］。然而管材的中空結構會使其在彎曲變形時受力復雜及易失穩(wěn)，尤其是在對大徑厚比 ( t /D＜0. 05，其中 t、D 分別為管材壁厚和直徑) 管材進行彎曲成形時發(fā)生缺陷的可能性較大，如外側減薄、破裂，內側增厚、起皺，以及橫截面畸變等成形缺陷［4－6］。
由于不銹鋼良好的耐腐蝕性及高強度使得其應用廣泛，故對不銹鋼彎管的研究具有重要意義。然而現有的小彎曲半徑推彎成形主要研究彎曲角度為 90°的彎管，本文對彎曲角度為118. 5°、彎曲半徑為80 mm 的Φ70 mm×2mm 不銹鋼管材的內脹冷推彎過程進行研究，利用ABAQUS 有限元數值模擬，分析管坯結構、聚氨酯填塊填充方式、反推力及潤滑方式對彎管成形質量的影響，并通過推彎試驗進行驗證。
【結 論】
(1) 管坯采用兩端平端頭結構時，在切向壓應力作用下材料間相互擠壓容易引起彎曲內側材料堆積，導致起皺現象發(fā)生; 采用補償端頭時，對內側材料進行了切除，有效抑制了彎曲內側材料堆積增厚，降低了彎曲內側的起皺風險。
(2) 聚氨酯填塊的厚度及排列順序會影響支撐力的傳遞，填塊厚度全部為 15 mm 時，由于與沖頭相接觸的填塊無法提供足夠的支撐力而引起管端起皺，將與沖頭接觸的填塊換成厚度為 30 mm 時可有效避免上述缺陷產生。
(3) 反推力大小影響管坯內壓及模具與管件的摩擦力，該摩擦力會影響材料流動。當反推力過小時，管坯內壓不足以使彎曲內側貼模，從而導致起皺; 當反推力過大時，摩擦力相應增大，阻礙管壁材料流動，引起彎曲內側材料堆積而導致起皺。
(4) 內脹冷推彎成形過程中管壁材料的流動性對其受到的摩擦力大小較為敏感。對管坯外壁進行分區(qū)域潤滑，內側變形區(qū)采取較小的摩擦因數，有利于材料的流動，能降低材料堆積起皺的風險，并增大直端推出量; 外側變形區(qū)采取較大的摩擦因數，有利于減緩彎曲外側減薄。
以下是正文：
