精密成形工程：某型號(hào)汽車波紋管液壓脹形工藝參數(shù)優(yōu)化研究
2022-11-29【作 者】劉蕾;周金朝;郭遠(yuǎn)東;劉超;李萍
金屬波紋管是一種具有波紋結(jié)構(gòu)的圓柱形薄壁結(jié)構(gòu)，在軸向、徑向等方向變形的情況下具有很高的柔性，此外，它還具有優(yōu)良的膨脹吸收和機(jī)械運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償性能。因此，金屬波紋管常用于柔性連接元件，在汽車、航空航天和核工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，并逐漸向高壓、大直徑、多層方向發(fā)展[1-4]。
在目前的金屬波紋管生產(chǎn)技術(shù)中，常用工藝有軋制、液壓成形等[5-7]，許多學(xué)者對(duì)這些不同工藝方法成形過(guò)程中的應(yīng)力-應(yīng)變狀態(tài)進(jìn)行了研究[8-10]。其中，液壓成形是利用油或水等液體介質(zhì)在管坯內(nèi)部施加一定程度的壓力，同時(shí)在管坯的一個(gè)或者兩個(gè)端部利用特定形狀的模片進(jìn)行軸向進(jìn)給，使管坯在徑向產(chǎn)生所需塑性變形的一種成形工藝。影響波紋管液壓成形質(zhì)量的工藝參數(shù)涉及多個(gè)方面，如模片的軸向進(jìn)給位移、液體介質(zhì)的成形內(nèi)壓、管坯自身尺寸等，這些影響因素控制不當(dāng)，易在液壓成形過(guò)程中產(chǎn)生起皺、壁厚不均、破裂等缺陷。
Li 等[10]和李慧芳等[11]對(duì)多層多波 ? 形波紋管的液壓成形過(guò)程進(jìn)行了仿真，主要分析了成形后的應(yīng)力和應(yīng)變場(chǎng)、峰值處壁厚減薄率和各層圓度。李凱[12]對(duì)小直徑薄壁 U 型波紋管內(nèi)壓成形過(guò)程進(jìn)行了模擬，獲得了應(yīng)力-應(yīng)變以及壁厚減薄率的分布演變規(guī)律。郭煜敬等[13]則主要通過(guò)模擬分析了軸向加載路徑和成形內(nèi)壓對(duì)薄壁波紋管壁厚減薄率的影響行為。這些研究都是針對(duì)特定的金屬波紋管的成形過(guò)程進(jìn)行分析，因此為了獲得高質(zhì)量的產(chǎn)品，研究所需波紋管的成形特性并探索合適的成形參數(shù)是至關(guān)重要的。
文中需要使用 304 不銹鋼管坯成形出具有特定形狀的波紋管，其形狀是在 U 形波紋頂部具有直徑更小的另一個(gè) U 形波紋，如圖 1 所示，這對(duì)成形內(nèi)壓以及軸向進(jìn)給的調(diào)控要求比普通 U 形管更高。
【結(jié) 論】
1）根據(jù)正交試驗(yàn)，確定了成形參數(shù)影響顯著性排序及影響規(guī)律。軸向進(jìn)給路徑是模擬結(jié)果中對(duì)成形高度和減薄率最主要的影響因素。其他因素里，成形內(nèi)壓及保壓力越大，成形高度越高，減薄也越嚴(yán)重。成形初期快速進(jìn)給有利于減小波紋管的減薄率，但是同時(shí)成形初期會(huì)出現(xiàn)褶皺，最終波紋管波高比較低。
2）通過(guò)正交試驗(yàn)后的數(shù)據(jù)分析，確定了模擬實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)的最佳成形工藝參數(shù)。通過(guò)綜合評(píng)分法中的排隊(duì)評(píng)分法，對(duì)成形高度和減薄率 2 個(gè)指標(biāo)綜合衡量，得到的優(yōu)化參數(shù)為成形內(nèi)壓為 2 MPa，保壓力為1.25 MPa，軸向進(jìn)給路徑在前 0.1 s 進(jìn)給 5 mm、后 0.9 s勻速進(jìn)給至模具閉合。此時(shí)綜合成形質(zhì)量較高。
以下是正文：
