河北喜利得管道设备有限公司

管材轴压成形虽然拥有许多优点，但还是一个相对较新的工业技术，现仍存在一些关键性技术问题有待进一步研究。国标三通管材的轴压胀形成形过程与很多因素有关，如模具的圆角、管材与模具间的摩擦、管材的几何尺寸、管材的材料特性、施加在管材内压力与轴向进给量、反向压力之间的匹配关系等等。加载轨迹对于轴压胀形成形过程至关重要。由于在胀形中内压力、轴向进给以及反压进给三者之间的匹配不当会引起成形缺陷的出现如起皱、破裂等。因此，为避免成形缺陷的产生，获得壁厚分布均匀和支管高度较高的高质量的国标三通管，必须对碳钢三通管轴压胀形的加载轨迹进行优化。
目前各国的研究者都在努力寻求各种方法来优化轴压胀形的加载轨迹，并对内压力、轴向进给量和上冲头的加载进行优化。文献中的一些研究者基于理论计算和反复实验的方法探寻其成形工艺的最优加载轨迹，但这种方法不仅昂贵费时而且还不准确。随着计算机的快速发展和有限元法的完善，还有一些研究者采用有限元模拟和实验相结合的方法对管材胀形进行模拟分析，确实减少了实验工作量，减缩了时间，比以前单纯用实验方法更能直观地反映出成形过程，预报出成形缺陷，探索出工艺参数对成形质量的影响。但根据理论计算和实际经验从有限次数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。如何让计算机能自动寻找最优值，是大多数研究者一直探索的问题。
本文在国标碳钢三通管轴压胀形的加载轨迹的优化方面，需要应用最优化的理论和算法，实现计算机自动寻找最优值，就必须将有限元仿真和最优化理论和算法结合起来引入到管件轴压胀形研究中，以研究管坯的成形性能及轴压胀形的加载轨迹优化。因此，将优化理论和算法引入到管件轴压胀形研究中，开发应用几何建模、有限元仿真和最优化理论与算法集成技术成为有限元数值模拟的发展趋势，对管材轴压胀形的理论研究和此技术的发展具有重要意义。
国内外三通成形工艺的研究成果
结合国内外无缝三通件、温挤压及镁合金变形规律和成形工艺的研究成果，针对目前汽车、摩托车上的发动机碳钢三通件及自行车车架的三叉接头存在的问题，论证了镁合金AZ31三通件，可以大大减轻车体的重量，采用等温挤压成形，降低了金属的变形抗力，减轻了模具损耗，减少了成形工序，提高了金属的可成形性，这可为镁合金热成形技术的开发研究提供借鉴，具有的普遍意义。
本文以有限元仿真制造软件MSC一SuperForm2005为平台，进行了三维有限元数值模拟。分析了国标碳钢三通件等温挤压多向加载整体成形方式一多向同步加载、多向分步加载、多向顺序加载，分别对其加载时间一速度图、金属流动速度矢量图、等效应变图及载荷一行程曲线进行了数值模拟，通过比较，得出多向分步加载，为较合理、省力的工艺方案。
针对多向分步加载，着重讨论了不同的变形温度、变形速度和摩擦条件对变形过程等效应变、等效应力以及挤压力一行程曲线的影响，得出在温度3500C，摩擦因子0.O1，挤压速度100mm/s的条件下成形性较好，达到制造高精度三通件的目的。
根据以上的模拟结果，结合本零件的结构特点，在分析了国标无缝三通件工艺难点的基础之上，制定了较好的工艺方案。根据此方案选择了合理的毛坯形状、加热温度、润滑剂及挤压力，对此进行了模具设计，并选定了成形设备，达到了预期的目的。
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