【摘要】：工藝參數(shù)對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,對雙層波紋管液壓脹形及回彈過程進行仿真分析,研究了內(nèi)壓力、模具行程和擠壓速度對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,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大于波高變化量;內(nèi)壓力對回彈的影響大于模具行程的影響;回彈量對工藝參數(shù)的敏感性隨膨脹比的增大而增大。對于膨脹比為1.47的波紋管,內(nèi)壓力增大150%時,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,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雜。因此，掌握工藝參數(shù)對雙層不銹鋼波紋管液壓脹形回彈的影響規(guī)律和實現(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對波紋管液壓脹形的研究方法主要有實驗、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現(xiàn)和全面系統(tǒng)地分析成形過程而得到廣泛應用。文獻［6］～文獻［9］對單層波紋管液壓脹形仿真模型的建立進行了研究，解決了建模中幾何、摩擦、材料、求解等關鍵問題。由于波紋管液壓脹形的模型為軸對稱結(jié)構(gòu)，采用1/2或1/4模型進行模擬;采用庫倫摩擦模型描述模具和管坯之間的摩擦;對焊接管坯的帶材單向拉伸試驗獲得材料參數(shù);采用顯式時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，采用綁定約束實現(xiàn)多層管坯端部與沖頭的連接。文獻［11］～文獻［13］對波紋管液壓脹形過程的回彈行為進行了分析。LeeSW［11］和FarajiG等［12］研究了內(nèi)壓力和模具行程S對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大于徑向尺寸的減小，波峰頂點的位移隨內(nèi)壓力的增大呈對數(shù)增大趨勢。劉靜等［13］對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)影響研究均為針對單層波紋管液壓脹形，尚未見關于工藝參數(shù)對雙層波紋管液壓脹形回彈影響的報道。本

3］對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)影響研究均為針對單層波紋管液壓脹形，尚未見關于工藝參數(shù)對雙層波紋管液壓脹形回彈影響的報道。本文基于ABAQUS軟件對雙層304不銹鋼波紋管液壓脹形及回彈過程進行了數(shù)值模擬，研究獲得了工藝參數(shù)對波紋管液壓脹形回彈的影響規(guī)律，為實現(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證基于ABAQUS有限元平臺，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步驟。首先對雙層波紋管液壓脹形過程進行模擬，為提高計算效率，考慮到模型的軸對稱結(jié)構(gòu)，采用1/4模型，對稱面上施加對稱約束;用殼單元S4Ｒ離散管坯，剛性單元Ｒ3D4離散模具;采用動態(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厚向異性屈服準則。脹形過程計算完成后，將波紋管導入到回彈模型中，將預定義場變量(包含波紋管成形后的應力嘗應變場和位移場)施加到變形體上，，為防止回彈計算中波紋管的剛性平動，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】： 西安石油大學材料科學與工程學院;西北工業(yè)大學凝固技術國家重點實驗室;南京晨光東螺波紋管有限公司;
【基金】：國家自然科學基金資助項目(51405386) 陜西省自然科學基礎研究計劃項目(2014JQ7237) 陜西省教育廳專項科研計劃項目(14JK1565) 凝固技術國家重點實驗室(西北工業(yè)大學)開放課題(SKLSP201403) 西安石油大學青年科研創(chuàng)新團隊資助項目(2015QNKYCXTD02)
【分類號】：TG306

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本文編號：2520662