【摘要】：工藝參數(shù)對(duì)雙層波紋管液壓脹形回彈有重要影響。為提高波紋管成形的精度,基于ABAQUS平臺(tái),對(duì)雙層波紋管液壓脹形及回彈過程進(jìn)行仿真分析,研究了內(nèi)壓力、模具行程和擠壓速度對(duì)不同膨脹比波紋管回彈后的長度、波高和波厚的影響。結(jié)果表明,內(nèi)壓力和模具行程增大時(shí),波紋管長度變化量、波高變化量和波厚變化量均基本呈線性增大趨勢,且長度和波厚的變化量遠(yuǎn)大于波高變化量;內(nèi)壓力對(duì)回彈的影響大于模具行程的影響;回彈量對(duì)工藝參數(shù)的敏感性隨膨脹比的增大而增大。對(duì)于膨脹比為1.47的波紋管,內(nèi)壓力增大150%時(shí),波紋管長度、波高和波厚變化量分別增大了119%,175%和167%。模具行程增大20%時(shí),波紋管長度、波高和波厚變化量分別增大了26%,18%和29%。
【圖文】：

致波形輪廓改變，進(jìn)而影響其使用性能。波紋管回彈量受脹形工藝參數(shù)影響較大，尤其是對(duì)于雙層波紋管，層與層之間的接觸和約束行為使得波紋管回彈過程更加復(fù)雜。因此，掌握工藝參數(shù)對(duì)雙層不銹鋼波紋管液壓脹形回彈的影響規(guī)律和實(shí)現(xiàn)雙層波紋管精確成形具有重要意義。圖1波紋管液壓脹形示意圖Fig.1Schematicdiagramofhydroformingprocessforbellow對(duì)波紋管液壓脹形的研究方法主要有實(shí)驗(yàn)、理論分析和數(shù)值模擬方法［3－5］，其中數(shù)值模擬方法由于可以快速實(shí)現(xiàn)和全面系統(tǒng)地分析成形過程而得到廣泛應(yīng)用。文獻(xiàn)［6］～文獻(xiàn)［9］對(duì)單層波紋管液壓脹形仿真模型的建立進(jìn)行了研究，解決了建模中幾何、摩擦、材料、求解等關(guān)鍵問題。由于波紋管液壓脹形的模型為軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，采用1/2或1/4模型進(jìn)行模擬;采用庫倫摩擦模型描述模具和管坯之間的摩擦;對(duì)焊接管坯的帶材單向拉伸試驗(yàn)獲得材料參數(shù);采用顯式時(shí)間積分算法分析成形過程，隱式算法分析回彈過程。多層波紋管液壓脹形建模與單層管相區(qū)別的是層與層之間接觸和約束條件的處理，劉靜等［10］采用面－面接觸的方式定義了管坯之間的接觸，采用綁定約束實(shí)現(xiàn)多層管坯端部與沖頭的連接。文獻(xiàn)［11］～文獻(xiàn)［13］對(duì)波紋管液壓脹形過程的回彈行為進(jìn)行了分析。LeeSW［11］和FarajiG等［12］研究了內(nèi)壓力和模具行程S對(duì)薄壁單層波紋管液壓脹形回彈的影響，發(fā)現(xiàn)回彈后波紋管軸向伸長遠(yuǎn)大于徑向尺寸的減小，波峰頂點(diǎn)的位移隨內(nèi)壓力的增大呈對(duì)數(shù)增大趨勢。劉靜等［13］對(duì)比了雙層波紋管與單層波紋管在液壓脹形過程中的回彈，發(fā)現(xiàn)雙層波紋管回彈后尺寸變化大于單層管。然而上述成形參數(shù)影響研究均為針對(duì)單層波紋管液壓脹形，尚未見關(guān)于工藝參數(shù)對(duì)雙層波紋管液壓脹形回彈影響的報(bào)道。本

3］對(duì)比了雙層波紋管與單層波紋管在液壓脹形過程中的回彈，發(fā)現(xiàn)雙層波紋管回彈后尺寸變化大于單層管。然而上述成形參數(shù)影響研究均為針對(duì)單層波紋管液壓脹形，尚未見關(guān)于工藝參數(shù)對(duì)雙層波紋管液壓脹形回彈影響的報(bào)道。本文基于ABAQUS軟件對(duì)雙層304不銹鋼波紋管液壓脹形及回彈過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，研究獲得了工藝參數(shù)對(duì)波紋管液壓脹形回彈的影響規(guī)律，為實(shí)現(xiàn)雙層金屬波紋管的精確成形奠定了基矗1有限元模型的建立及驗(yàn)證基于ABAQUS有限元平臺(tái)，建立了雙層304不銹鋼波紋管液壓脹形及回彈全過程三維有限元模型，如圖2所示。圖2雙層波紋管液壓脹形(a)及回彈(b)有限元模型Fig.2FEmodelsofhydroforming(a)andspringback(b)forbi-layeredbellow液壓脹形和回彈分為兩個(gè)步驟。首先對(duì)雙層波紋管液壓脹形過程進(jìn)行模擬，為提高計(jì)算效率，考慮到模型的軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，采用1/4模型，對(duì)稱面上施加對(duì)稱約束;用殼單元S4Ｒ離散管坯，剛性單元Ｒ3D4離散模具;采用動(dòng)態(tài)顯示算法分析脹形過程;管坯與模具以及管坯與管坯接觸面之間的摩擦滿足庫倫摩擦模型，外層管坯與模具間的摩擦系數(shù)為0.1，管坯與管坯間的摩擦系數(shù)為0.3;材料的屈服行為滿足Hill厚向異性屈服準(zhǔn)則。脹形過程計(jì)算完成后，將波紋管導(dǎo)入到回彈模型中，將預(yù)定義場變量(包含波紋管成形后的應(yīng)力嘗應(yīng)變場和位移場)施加到變形體上，，為防止回彈計(jì)算中波紋管的剛性平動(dòng)，在初始狀態(tài)約束其一端的自由度;采用第6期劉靜等:工藝參數(shù)對(duì)雙層304不銹鋼波紋管液壓脹形回彈的影響71
【作者單位】： 西安石油大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院;西北工業(yè)大學(xué)凝固技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;南京晨光東螺波紋管有限公司;
【基金】：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51405386) 陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目(2014JQ7237) 陜西省教育廳專項(xiàng)科研計(jì)劃項(xiàng)目(14JK1565) 凝固技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(西北工業(yè)大學(xué))開放課題(SKLSP201403) 西安石油大學(xué)青年科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)資助項(xiàng)目(2015QNKYCXTD02)
【分類號(hào)】：TG306

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本文編號(hào)：2520662