管材內(nèi)高壓脹形的實驗研究與數(shù)值模擬

1、模具工業(yè)2005.No.5總291!21沖模技術!E-mail tianzknpu收稿日期：2004-10-13管材內(nèi)高壓脹形的實驗研究與數(shù)值模擬田仲可（青島科技大學，山東青島266061）摘要：介紹了管材無模軸壓脹形的實驗，研究表明，適度的褶皺有助于提高成形極限。有限元數(shù)值模擬顯示，隨著內(nèi)壓軸壓匹配模式的改變，內(nèi)壓增長率對褶皺的演化表現(xiàn)出不同的影響效果。針對管坯分別從實驗和有限元數(shù)值模擬兩方面進行了研究。模具間摩擦對T型管復合脹形成形性的影響，關鍵詞：管材；內(nèi)高壓脹形；褶皺；摩擦；有限元數(shù)值模擬中圖分類號：文獻標識碼：文章編號：TG386.43B1001-2168(2005)05-0021-

2、05ExperimentalStudyandNumericalSimulationofTubeHydroformingTIANZhong*+,-./ng01o2n/3,45/67o89:/,n:,;T,:hno?A=Bh/n1CAbstractDI6h15E,n,FG,4/H,n617/n0/:16,06h16Ho0,416,I4/n+,I/H1+,1:on64/EJ6/on6o,nh1n:/ng6h,8o4H1E/67o86h,0/,556JE,h704o8o4H/ngKLMN9/HJ16/on5hoI56h166h,/n*:4,15/ng416,o86h,/n6,4n1h/ghG4,55J

3、4,F,4650/88,4,n6/n8J,n:,5on6h,I4/n+,O5,3o3,H,n6I/6h6h,:h1ng,o86h,:oHE/n16/onHo0,o8/n6,4n1G4,55J4,1n01F/1G4,55J4,KTh,88,:6o86h,84/:6/onE,6I,n6h,6JE,1n06h,0/,on6h,h704o8o4H/ng8o4H1E/67o86,6JE,5h1515oE,n,FGo4,04,5G,:6/3,76h4oJgh,FG,4/H,n651n0E7LMN5/HJ16/onKKeywordsD6JE,H16,4/1Ph704o8o4H/ngPI4/n+,P84/:6

4、/onPLMN9/HJ30%彈性模量/GPa210硬度/HB230密度(20)/kg(m3)-17900熱膨脹系數(shù)(201000)/-119.510-6熱傳導率/W(mK)-115實驗所使用管坯的幾何尺寸為：長度Lo=200.0+0.02mm，外徑Do=38.0mm，壁厚to=1.25mm。脹形前，管坯外表面噴涂潤滑劑MoS2。脹形過程中，軸壓和徑向反壓分別與內(nèi)壓保持線性匹配關系。該管復合脹形合理加載區(qū)域的實驗結果如圖12所示。!此外，通過測量支管高度，發(fā)現(xiàn)石蠟的潤滑效果要比MoS2的差。與這一結果相關聯(lián)的實驗數(shù)據(jù)列于表3中（實驗條件：內(nèi)壓最大值140MPa，軸壓初值30kN，軸壓線性載荷因子

5、1.8，徑向反壓初值0kN，徑向反壓線性載荷因子0.4）。3.2數(shù)值模擬為進一步明確管坯模具間摩擦對T型管復合脹形支管高度的影響效果，同時考慮到結構上的對稱性，建立了如圖13所示的有限元分析模型。其中，模具工業(yè)2005.No.5總29125圖12管材DIN1.4828的復合脹形實驗結果潤滑效果比較潤滑劑類型支管高度/mm19.64M0S219.8420.0016.00石蠟16.3016.84采用四結點四面體單元C3D4對模具進行了非均勻網(wǎng)格剖分；采用四結點雙曲通用殼元S4R對管坯進行了剖分；采用三結點剛性殼元R3D3對徑向反壓柱塞進行了建模。選取加速因子為104，利用ABAQUSExplici

6、tVersion5.8針對不同的摩擦因數(shù)圖14摩擦因數(shù)管坯-模具對支管高度的影響高壓脹形的成形極限。從力學本質(zhì)上探討褶皺“發(fā)生發(fā)展消解”的演化機理，具有重要的理論意義。但出于對控制實現(xiàn)的考慮，還需要將內(nèi)壓軸壓的匹配關系轉換為內(nèi)壓軸向壓縮位移的匹配關系。摩擦因數(shù)管坯-模具對管材有模內(nèi)高壓脹形的成形性影響顯著。準確描述實際脹形過程中摩擦因數(shù)管坯-模具對T型管復合脹形進行了一系列的數(shù)值模擬，結果如圖14所示。管坯-模具的變化情形，對于提高管材有模內(nèi)高壓脹形數(shù)值模擬的質(zhì)量具有關鍵性的作用。參考文獻：1EDoege,RKsters,MRotarescu,etal.NeueM!glichkeitenderBerechnungvonProzessparameternfrdieInnenhochdruck-umformungvonrohrfrmigenBauteilen!J.UmformenTrennenFgen,2001(1) 47.2圖13T型管復合脹形數(shù)值模擬有限元模型34HLcke,ChHartl,TAbbey.HydroformingJ.JournalofMaterialsProcessingTechnology,2001,115 8791.田仲可,馬澤恩.基于DASYLab的管材軸壓脹形的加