锻压技术：大径厚比不锈钢弯管内胀冷推弯成形数值模拟及实验研究
2023-09-06【作 者】杨东;徐雪峰;范玉斌;伍世天
【前 言】
气体、液体的输送管路等对管材弯曲件的需求量较大，尤其是在现代先进飞行器和动力装置上，大量使用薄壁类小弯曲半径管件作为管路连接构件［1－2］。这种整体成形的薄壁类小弯曲半径管可有效节省整个管路系统的使用空间［3］。然而管材的中空结构会使其在弯曲变形时受力复杂及易失稳，尤其是在对大径厚比 ( t /D＜0. 05，其中 t、D 分别为管材壁厚和直径) 管材进行弯曲成形时发生缺陷的可能性较大，如外侧减薄、破裂，内侧增厚、起皱，以及横截面畸变等成形缺陷［4－6］。
由于不锈钢良好的耐腐蚀性及高强度使得其应用广泛，故对不锈钢弯管的研究具有重要意义。然而现有的小弯曲半径推弯成形主要研究弯曲角度为 90°的弯管，本文对弯曲角度为118. 5°、弯曲半径为80 mm 的Φ70 mm×2mm 不锈钢管材的内胀冷推弯过程进行研究，利用ABAQUS 有限元数值模拟，分析管坯结构、聚氨酯填块填充方式、反推力及润滑方式对弯管成形质量的影响，并通过推弯试验进行验证。
【结 论】
(1) 管坯采用两端平端头结构时，在切向压应力作用下材料间相互挤压容易引起弯曲内侧材料堆积，导致起皱现象发生; 采用补偿端头时，对内侧材料进行了切除，有效抑制了弯曲内侧材料堆积增厚，降低了弯曲内侧的起皱风险。
(2) 聚氨酯填块的厚度及排列顺序会影响支撑力的传递，填块厚度全部为 15 mm 时，由于与冲头相接触的填块无法提供足够的支撑力而引起管端起皱，将与冲头接触的填块换成厚度为 30 mm 时可有效避免上述缺陷产生。
(3) 反推力大小影响管坯内压及模具与管件的摩擦力，该摩擦力会影响材料流动。当反推力过小时，管坯内压不足以使弯曲内侧贴模，从而导致起皱; 当反推力过大时，摩擦力相应增大，阻碍管壁材料流动，引起弯曲内侧材料堆积而导致起皱。
(4) 内胀冷推弯成形过程中管壁材料的流动性对其受到的摩擦力大小较为敏感。对管坯外壁进行分区域润滑，内侧变形区采取较小的摩擦因数，有利于材料的流动，能降低材料堆积起皱的风险，并增大直端推出量; 外侧变形区采取较大的摩擦因数，有利于减缓弯曲外侧减薄。
以下是正文：
