河北喜利得管道设备有限公司

国标碳钢三通管材胀形技术是一种减重、节材、节能、具有广泛应用前景的空心轻体结构件的新型制造技术。管是非轴对称件，其成形过程非常复杂，影响成形质量的因素众多。在T型三通管轴压胀形成形过程中，内压力和左右两端轴向进给的合理匹配是成形技术的关键。为了能保证成形质量和避免成形缺陷(起皱和破裂)的产生，就必须对T型三通管轴压胀形的加载轨迹进行优化。
本文基于ABAQUS软件，针对材料模型、网格划分和边界条件的设置等参数的选择分别进行了讨论，并建立了有限元模型，分析了国标三通成形件的壁厚分布规律与应力应变状态，研究了成形工艺参数(内压力P与轴向进给量S)和上冲头的初始位置对支管成形高度和壁厚分布的影响。结果表明：在进给量不变的情况下，支管的有效高度和壁厚差随着内压力的增大而增大，但支管的高度增高不明显，支管顶端区域最小壁厚明显变薄；同样，当内压力不变时，随着轴向进给量的增大，支管的有效高度明显变高，壁厚分布明显得到改善；在内压力和轴向进给量确定情况下，上冲头的初始位置距管坯越远，成形件的壁厚分布就越不均匀，支管顶端的最小壁厚就越薄。
利用数值模拟的方法从有限次的模拟结果中选择出的最优参数并不是真正意义的科学的最优参数，不是计算机完全自动寻找的最优值。本文基于最优化理论和算法，通过编写批处理命令、脚本文件和宏命令文件在有限元模拟程序和优化算法程序(软件)之间建立了有关数据传输接口(有限元模拟结果数据接口、设计变量传递接口、调用有限元程序接口等)，完成了有限元软件和优化软件的无缝连接，进而实现了计算机自动完成整个优化过程的功能。在此基础上，利用优化软件iSIGHT建立了T型三通管轴压胀形的优化数学模型，在正交试验基础上建立了二阶响应面近似模型，完成了国标碳钢三通管轴压胀形的加载轨迹优化。优化结果表明：要得到支管高度较高和壁厚分布均匀的管坯，内压力的加载过程是先迅速加载，然后再缓慢加载或保持一定值不变，轴向的加载是先缓慢补料后再加快补料。经过优化后的碳钢三通管的成形件的支管高度更能满足要求，壁厚分布更加均匀。
国内三通研究概况
九十年代，哈尔滨工业大学液力成形课题组开始研究内高压成形理论、工艺和设备，研制出首台15OMPa内高压成形机，该设备在计算机的控制下，按规定的加载路径严格控制内压力和轴向进给加工管类零件。哈工大的苑世剑等人研究了胀形成形中的起皱行为，并利用数值模拟和力学理论对圆角处的应力分布和变形规律进行了研究。
清华大学的雷丽萍和燕山大学的周磊等对后延臂、副车架和汽车桥壳的胀形工艺进行了数值模拟研究。合肥工业大学的薛克敏、周林等分别建立汽车前梁胀形成形的有限元模型，国标碳钢三通分析了主要成形工艺参数如内压力、轴向进给量和摩擦系数等对其成形结果的影响规律，结果表明采用低压合模、高压整形双线性加载路径时，能显著控制起皱、破裂缺陷的产生。青岛科技大学的田仲可讨论了薄壁管无模胀形中的内压和轴压的加载控制稳定性问题，并进行了数值模拟和实验分析，结果表明适度的起皱有助于提高薄壁管胀形成形的成形极限。西北工业大学的余心宏和翟江波采用LS-DYNA软件建立轴压胀形的有限元模型，根据内压及径向压力的变化情况设计出了五种不同的加载路径，并对其在危险截面的壁厚变化、应变变化规律进行了分析比较，结果表明提高初始内压上升速度及采用泄后及减缓径向反压施加的加载路径更易获得支管较高、质量更好的国标无缝三通管件。梁海成等采用有限元分析软件MSC。Marc分析成形零件基本变形特征和壁厚分布规律，给出了不同最大内压力下壁厚分布规律，讨论了最大压力对成形的影响，分析表明最大内压对内压成形国标三通管有重要的影响。上海交通大学的宋忠财对T型三通管轴压胀形建立了有限元数值模拟模型，并采用正交试验设计法分析了内压力的加载路径、模具过渡圆角半径、管件与模具接触表面间的摩擦系数和支管平衡冲头平衡力等主要工艺参数对三通管液压成形性能的影响规律，结果表明摩擦系数影响最大，其次是圆角半径和内压力，平衡力影响不明显。其中管件与模具接触表面之间的摩擦力是影响碳钢三通管胀形成形质量的不利因素。南京航天航空大学的孙显俊等利用有限元模拟方法研究液压胀形过程中双金属复合管件的成形性能，分析了内压和摩擦对复合三通管件减薄率分布的影响，并比较了纯铁层和纯铝层之问的壁厚减薄率分布差异。同时根据数值模拟计算的结果，对Fe/Al双金属复合管进行成形实验研究。结果表明成形过程中纯铁层和纯铝层之间结合良好，通过调节摩擦系数和内压力大小可以控制Fe/Al双金属复合碳钢三通管件的成形质量。
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