礦山機(jī)械：Y型三通管液壓脹形工藝分析及有限元數(shù)值模擬
2023-04-20【作 者】 張彥敏;張學(xué)賓;宋志真
【前 言】
管材液壓脹形是一種以液體為傳力介質(zhì)，利用高壓液體壓力和軸向推力的共同作用使管坯變形成為具有三維形狀零件的柔性加工技術(shù)[1]。與傳統(tǒng)的沖壓工藝相比，管材內(nèi)高壓脹形由于模具數(shù)量較少且能一次成形，產(chǎn)品的成形精度高，表面質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)成為一種新的成形工藝，同時(shí)隨著能源短缺，減重成為汽車等機(jī)械行業(yè)的首要任務(wù)，因此，管材內(nèi)高壓脹形技術(shù)已經(jīng)逐步成為塑性加工領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。
國(guó)外已有不少汽車、電氣等零部件實(shí)現(xiàn)了“以空代實(shí)”[2-3]，國(guó)內(nèi)目前仍然多處于研究階段[1-5]。由于內(nèi)高壓成形是內(nèi)壓和軸向進(jìn)給聯(lián)合作用的復(fù)雜成形過程。內(nèi)壓力大小和軸壓進(jìn)給量需要有良好的匹配。內(nèi)壓過高、軸壓進(jìn)給不足，管坯易出現(xiàn)過度減薄甚至破裂；反之，如果軸向進(jìn)給過大，又會(huì)引起管坯屈曲、起皺等缺陷，使得該項(xiàng)技術(shù)的推廣與應(yīng)用還有諸多難題，而確定合理的加載軌跡是成形該類零件的關(guān)鍵因素之一[6]。
本文采用Φ12mmx1mm的紫銅管坯，對(duì)夾角60o的Y三通管液壓脹形進(jìn)行分析研究，在理論解析的基礎(chǔ)上確定初始工藝參數(shù)及加載軌跡，采用有限元數(shù)值模擬為主要手段分析內(nèi)壓，軸壓進(jìn)給量隨時(shí)間的變化對(duì)成形質(zhì)量的影響，不同內(nèi)壓和軸壓進(jìn)給量下支管成形高度，不同內(nèi)壓對(duì)零件壁厚分布的影響，以及初始管坯長(zhǎng)度選擇等問題，以確定Y型三通管內(nèi)高壓成形合適的加載軌跡和初始毛坯長(zhǎng)度選擇。
【展 望】
加載軌跡決定了管件的變形狀態(tài)和變形過程，因此決定了管件的成形質(zhì)量，尤其是管件軸壓脹形變形過程中內(nèi)壓、軸向進(jìn)給量、平衡力的相互協(xié)調(diào)與影響使得加載軌跡復(fù)雜且不易控制數(shù)值模擬技術(shù)逐漸成熟對(duì)成形工藝參數(shù)的制定起到了很大的指導(dǎo)作用，為生產(chǎn)中工藝分析和模具設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)，并縮短試模周期，但是采用數(shù)值模擬技術(shù)根據(jù)人的經(jīng)驗(yàn)有限次的比較不同工藝參數(shù)下的成形情況，很難達(dá)到最優(yōu)的工藝狀況。當(dāng)數(shù)值模擬技術(shù)發(fā)展到一定階段后，和最優(yōu)化理論與算法相結(jié)合，通過建立優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，讓計(jì)算機(jī)“自動(dòng)”的尋找滿足一定約束條件的最優(yōu)設(shè)計(jì)變量取值，從而有經(jīng)驗(yàn)型向科學(xué)型轉(zhuǎn)變將是一種可取的研究方法。
以下是正文：
