薄壁铜管无芯模钢球旋压缩径实验与有限元模拟.pdfVIP

２卷第１３期２０１２年５月科学技术与工程Ｖｏ１．１２Ｎｏ．１３Ｍａｙ２０１２

１６７１—１８１５（２０１２）１３—３０９４—０６ＳｃｉｅｎｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ⑥２０１２Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ｅｎｇｒｇ．

矿冶技术

薄壁铜管无芯模钢球旋压缩径实验与

有限元模拟

何挺李勇何成彬曾志新陈创新

（华南理工大学机械与汽车工程学院，广州５１０６４０；Ｆ－东新创意专利发展有限公司，广州５１０６１０）

摘要通过实验和有限元模拟的方法，研究了薄壁微小型铜管无芯模钢球旋压缩径过程中，铜管的成形特征和应力应变分

布。结果表明，随着进给比的增加，已成形表面依次出现金属切向堆积和表面波纹等现象，缩径后铜管壁厚随之增加。旋压

缩径后铜管金相组织呈现明显的分层现象，内层稀疏，外层致密，且外表面由于金属流动形成剧烈变形层。等效应力应变均

大致呈层状分布，三向主应力均在钢球与铜管接触处达到压应力最大值。

关键词无芯模旋压缩径薄壁铜管有限元模拟

中图法分类号ＴＧ３０６；文献标志码Ａ

薄壁微小型铜管是制造微热管和高性能空调轴对称管件缩径旋压成形的影响。已有的研究主

两器的核心管材。工业中薄壁微小型铜管的制造要针对的是带有芯模或芯轴钢球旋压工艺，而针对

可以采用固定模拉拔成形工艺，也可采用钢球旋压无芯模的旋压主要集中在旋轮旋压，对于薄壁铜管

成形工艺Ｉ２Ｊ。一般的钢球旋压均带有芯模或芯的无芯轴旋压缩径工艺的研究却未见有相关文献

轴，以成型管材内壁结构，或实现管材壁厚的变薄。报道。

对此，国内外专家已进行了大量的研究。Ｒｏｔａｒｅｓ—本文主要通过实验的方法，针对微热管生产中

ｃｕ对钢球旋压进行了理论分析，探讨了钢球旋压广泛使用的ＴＰ２铜管，对无芯模钢球旋压缩径成形

中各参数之间的关系；Ｚｈａｎｇ等通过有限元模拟的过程和加工参数进行了分析研究，并使用有限元模

方法分析在铜管内表面成型微翅片的缺陷产生机拟的方法加以论证，以优化旋压缩径工艺，提高缩

理；薛克敏等通过实验的方法研究了在薄壁筒形径质量。

件内壁旋压成型纵向内筋；Ｌｉ＿６等通过实验的方法

１无芯模钢球旋压缩径原理

研究了钢球旋压工艺的参数选取；李勇等研究了

在铜热管内壁旋压成型微沟槽的工艺；ＪＩＡＮＧ＿８等无芯模钢球旋压缩径原理和工件及钢球参数

对薄壁管的钢球旋压进行了力学分析。而无芯模如图１所示，钢球支承模环上装有若干个钢球，旋压

的旋压则多见于旋轮旋压。夏琴香＿９等使用数值外套内设有锥面，钢球支承模环和钢球安装在旋压

模拟方法对无芯模旋压收口工艺进行了研究；程秀外套的两个锥面之间，使钢球的中心保持在同一平

全等通过实验的方法研究了工艺参数对三维非面上，并且使得钢球之间有一定的问距。通过调节

旋压外套之间的相对位置，可调节钢球与铜管之间

２０１２年２月２９日收到国家自然科学基金项目的距离，从而得到不同的旋压直径。当由钢球、钢

资助球支承模环和旋压外套组成的旋压模具作高速旋

第一作者简介：何挺（１９８６一），男，硕士研究生，研究方向：微细加

转时，铜管作轴向进给运动，使未成形的金属不断

工及成形技术研究。Ｅ