塑性工程學(xué)報(bào)：不銹鋼三通管脈動(dòng)液壓成形工藝參數(shù)優(yōu)化
2023-07-11【作 者】陳明;劉永進(jìn);徐勇;夏亮亮;王云;張士宏
【引 言】
管材液壓成形是指利用液體作為傳力介質(zhì)或模具使空心構(gòu)件成形的一種先進(jìn)塑性加工技術(shù)。 在高壓液體和推頭共同作用下, 使金屬管坯與模具型腔貼合, 能夠獲得特定三維形狀的零件[1-4]。 該技術(shù)具有成形極限高、 結(jié)構(gòu)輕量化以及實(shí)時(shí)精確可控等優(yōu)點(diǎn), 被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)工業(yè)和航空航天制造領(lǐng)域[5-8]。
液壓成形工藝影響因素眾多, 除材料固有特性外, 加載方式對(duì)零件成形性能的影響也非常重要[9]。 內(nèi)壓力過(guò)小, 軸向推頭持續(xù)補(bǔ)料, 會(huì)導(dǎo)致管材起皺嚴(yán)重; 內(nèi)壓力過(guò)大, 軸向推頭補(bǔ)料不及時(shí), 支管容易發(fā)生破裂危險(xiǎn)[10]。 內(nèi)壓力和軸向進(jìn)給等關(guān)鍵因素通常使用線(xiàn)性方式加載, 但其結(jié)果會(huì)使得成形高度受限, 且減薄速率快。 有關(guān)研究表明, 脈動(dòng)液壓加載方式既能使得變形區(qū)壁厚分布更加均勻, 又能充分提高零件的成形性[11-13]。MORI K 等[14-15]提出了脈動(dòng)加載方式, 有效地抑制或消除了管材的缺陷, 提高了成形的貼模度。YANG L F 等[16-17]建立了脈動(dòng)加載對(duì)材料塑性硬化的作用規(guī)律的多項(xiàng)式關(guān)系。 XU Y 等[18-20] 研究發(fā)現(xiàn), 通過(guò)脈動(dòng)加載能夠增強(qiáng)材料的相變誘導(dǎo)塑性( Transformation Induced Plasticity, TRIP) 效應(yīng), 從而顯著改善奧氏體不銹鋼成形能力。 然而, 先前研究多是針對(duì)脈動(dòng)加載方式對(duì)液壓成形機(jī)理及成形性影響方面展開(kāi), 而對(duì)脈動(dòng)成形工藝參數(shù)優(yōu)化的研究卻少有報(bào)道。
本文借助有限元模擬, 重點(diǎn)研究了脈動(dòng)加載方式的振幅和頻率對(duì)不銹鋼三通管零件成形性的影響規(guī)律, 再結(jié)合響應(yīng)面法, 對(duì)脈動(dòng)液壓成形關(guān)鍵工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化, 根據(jù)分析優(yōu)化后的結(jié)果開(kāi)展驗(yàn)證試驗(yàn), 最終獲得優(yōu)異的工藝方案。
【結(jié) 論】
(1) 通過(guò)有限元模擬, 探究了脈動(dòng)加載方式對(duì)三通管液壓成形的影響規(guī)律。 采用響應(yīng)面法對(duì)相關(guān)參數(shù)優(yōu)化展開(kāi)研究, 最終試驗(yàn)的成形效果良好。 脈動(dòng)加載方式的振幅和頻率對(duì)支管成形性均存在影響,一定范圍內(nèi), 隨著振幅增大, 頻率減小, 支管的成形性明顯提高。
(2) 借助響應(yīng)面法獲得了三通管成形的最佳工藝參數(shù): 振幅為 5 MPa, 頻率為 0. 8 Hz, 軸向進(jìn)給量為 70 mm。
(3) 參考數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)目標(biāo)件進(jìn)行加工, 其總高度為 95 mm, 最大減薄率為 19. 76%, 與優(yōu)化前結(jié)果相比, 成形高度增加了 13. 10%, 驗(yàn)證了響應(yīng)面模型具有極高的可靠性。
以下是正文：
