管材液压胀形高度影响因素分析和有限元模拟.pdf

· 现代设计与先进制造技术 · 侯军明 李胜祗 管材液压胀形高度影响因素分析与有限…… 35 管材液压胀形高度影响因素分析与有限元模拟 侯军明 一，李胜祗0 (1．南京工程学院先进制造技术工程 中心，江苏 南京 211167) (2．先进数控技术江苏省高校重点建设实验室，江苏 南京 211167) (3．安徽工业大学 材料科学与工程学院，安徽 马鞍山 243002) 摘要：为了评价管材液压胀形的成形性能，通过理论分析并采用有限元模拟的方法对管材液压胀 形高度的影响因素进行了研究，发现在一定范围内随着应变硬化指数 咒值和各 向异性指数r值的 增大，材料胀形高度升高；而摩擦 系数_厂值越小，则材料的胀形成形性能越好。 关键词：液压胀形；胀形高度；有限元模拟 中图分类号：TG394 文献标识码 ：A 文章编号：1672—1616(2010)17—0035一O3 液压胀形 (Hydroforming)也称为液压成形或 固定板和底座对管端形成摩擦力 ，防止管端在成形 者液力成形，是利用液体压力使工件成形的一种塑 过程中脱离。通过向管腔输入液体来达到模拟增 性加工工艺。德 国和美 国已经将该成形技术用于 压泵提高管腔 内液体压力的目的。装置简化后如 机械零件的制造，其成形压力一般大于 400MPa， 图1所示 。图中的坐标系定义为：X轴为管的轴 有时超过 1O00MPa。国内主要用类似方法加工三 向，y轴和Z轴正向为管件 的径 向，坐标原点取在 通管、波纹管等管件 ，但成形压力较低 ；用内高压成 管件左侧端面圆心处。 形制造汽车、飞机等机器零件还是空 白[1l。液压 胀形的理论研究还不够成熟，在成形机理和成形性 能等方面还有许多问题有待进一步研究。所以通 过有限元模拟的方法对管材的胀形高度进行分析， 在评价管材的成形性能和预防缺陷等方面具有理 论和实际意义。 1 建立模型 在对胀形成形本质不失真和计算结果的准确 性影响不大且原理不变的前提下对有限元模拟模 型进行简化：(1)成形模具假设为刚体，忽略在胀形 过程中模具的弹性变形；(2)由于液压成形是冷变 形，所以不考虑在胀形过程中由于摩擦和变形等引 起的温度变化。 通过 PAMSTAMP有限元软件对管样液压胀 图 1 有限元模拟装置模型图 形过程进行模拟。有限元数值模拟模型中，主要包 通过对装置的分析可知，管样端部在胀形过程 括固定板、底座和管件 3部分，固定板和底座均视 中受到模具的径向约束，中间部分不受模具约束， 为恒温刚性体，管件设置为变形体。采用外径 由液压力作用产生 自由变形，即固定板和底座设置 32mm，长度 109mm，壁厚 3mm 的20#无缝钢管作 为X，y，z方向不发生位移同时也不旋转，管件设 为液压胀形模拟的管样 ，建立模型并且划分网格 ， 置为x，y，z3个方向位移不做约束。 收稿 日期 ：2010—04—14 基金项 目：安徽省教育厅科研计划重点项 目(2005kjO39ZD) 作者简介：侯军明(1982一)，男 ，山东文登人，南京工程学院助教 ，主要从事模具及液压胀形的研究工作。 36 2010年9月 中国制造业信息化 第 39卷 第 17期 2 理论分析 压胀形时管内液体压力的变化曲线。对图3进行 管样在液体压力作用下的胀形过程中，成形主 分析可知管内液体压力迅速升高，当达到峰值压力 要靠管坯壁厚的变薄和轴向的自然收缩来完成，其 后，液体压力逐渐降低。对材料的应力应变 曲线分 胀形变形区主要承受双向拉应力的平面应力状态 析可知，材料在液体压