塑性工程学报：不锈钢三通管脉动液压成形工艺参数优化
2023-07-11【作 者】陈明;刘永进;徐勇;夏亮亮;王云;张士宏
【引 言】
管材液压成形是指利用液体作为传力介质或模具使空心构件成形的一种先进塑性加工技术。 在高压液体和推头共同作用下, 使金属管坯与模具型腔贴合, 能够获得特定三维形状的零件[1-4]。 该技术具有成形极限高、 结构轻量化以及实时精确可控等优点, 被广泛应用于汽车工业和航空航天制造领域[5-8]。
液压成形工艺影响因素众多, 除材料固有特性外, 加载方式对零件成形性能的影响也非常重要[9]。 内压力过小, 轴向推头持续补料, 会导致管材起皱严重; 内压力过大, 轴向推头补料不及时, 支管容易发生破裂危险[10]。 内压力和轴向进给等关键因素通常使用线性方式加载, 但其结果会使得成形高度受限, 且减薄速率快。 有关研究表明, 脉动液压加载方式既能使得变形区壁厚分布更加均匀, 又能充分提高零件的成形性[11-13]。MORI K 等[14-15]提出了脉动加载方式, 有效地抑制或消除了管材的缺陷, 提高了成形的贴模度。YANG L F 等[16-17]建立了脉动加载对材料塑性硬化的作用规律的多项式关系。 XU Y 等[18-20] 研究发现, 通过脉动加载能够增强材料的相变诱导塑性( Transformation Induced Plasticity, TRIP) 效应, 从而显著改善奥氏体不锈钢成形能力。 然而, 先前研究多是针对脉动加载方式对液压成形机理及成形性影响方面展开, 而对脉动成形工艺参数优化的研究却少有报道。
本文借助有限元模拟, 重点研究了脉动加载方式的振幅和频率对不锈钢三通管零件成形性的影响规律, 再结合响应面法, 对脉动液压成形关键工艺参数进行优化, 根据分析优化后的结果开展验证试验, 最终获得优异的工艺方案。
【结 论】
(1) 通过有限元模拟, 探究了脉动加载方式对三通管液压成形的影响规律。 采用响应面法对相关参数优化展开研究, 最终试验的成形效果良好。 脉动加载方式的振幅和频率对支管成形性均存在影响,一定范围内, 随着振幅增大, 频率减小, 支管的成形性明显提高。
(2) 借助响应面法获得了三通管成形的最佳工艺参数: 振幅为 5 MPa, 频率为 0. 8 Hz, 轴向进给量为 70 mm。
(3) 参考数值模拟结果对目标件进行加工, 其总高度为 95 mm, 最大减薄率为 19. 76%, 与优化前结果相比, 成形高度增加了 13. 10%, 验证了响应面模型具有极高的可靠性。
以下是正文：
