T型三通管實(shí)驗(yàn)報(bào)告

T型三通管內(nèi)高壓成形工藝研究

實(shí)踐報(bào)告南昌航空大學(xué)院系：航空制造工程學(xué)院專業(yè)：飛行器制造工程班級(jí)：1學(xué)號(hào)：姓名：指導(dǎo)老師：目錄一）國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀二）T型三通管內(nèi)高壓成型原理三）一）國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀二）T型三通管內(nèi)高壓成型原理三）基于有限元方法對(duì)T型三通管內(nèi)高壓成型影響因素研究（四）T型三通管內(nèi)高壓成型實(shí)驗(yàn)設(shè)備介紹及成型模具說明五）參考文獻(xiàn)一、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.國(guó)外發(fā)展20世紀(jì)40年代，美國(guó)的GreyJE等因人對(duì)T型無縫銅三通管成形進(jìn)行了研究，他們第一次使用內(nèi)壓和軸向力共同作用的方法成形三通管。1965年，日本研究者發(fā)表了一篇關(guān)于銅管液壓成形小型三通管件的文章。70年代末研究者使用聚安酯橡膠代替液體脹形成功脹出長(zhǎng)徑比大于2的超長(zhǎng)支管多通管。80世紀(jì)年代初，前蘇聯(lián)研究者采用擠壓成形獲得了長(zhǎng)徑比為到了90年代，俄1.2的等徑三通和等徑四通的支管羅斯已經(jīng)能夠液壓成形鈦合金、鋁合金及耐腐蝕高強(qiáng)度鋼等塑性較低的材料，生產(chǎn)出壁厚大于0.5mm、外徑D為50T20mm、長(zhǎng)徑比為0.5的三通管“隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，許多專家學(xué)者開始對(duì)多通管脹形工如歐洲愛爾蘭的都柏林大學(xué)藝進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬研究學(xué)者RayP、MareDonaldBJ和Ha-lhmiMsJ.日本的ManabeKP、還有RimkusWP、LinFC和KwanCTW、SorninD和MassoniE分別利用有限元軟件對(duì)脹形過程中加載路徑進(jìn)行了有關(guān)的數(shù)值模擬分析與研究。2.國(guó)內(nèi)發(fā)展九十年代，哈爾濱工業(yè)大學(xué)液力成形課題組開始研究?jī)?nèi)高壓成形理論、工藝和設(shè)備，研制出首臺(tái)150MPa內(nèi)高壓成形機(jī)，該設(shè)備在計(jì)算機(jī)的控制下按規(guī)定的加載路徑加工管類零件。哈工大的苑世劍等人研究了脹形成形中的起皺行為，并利用數(shù)值模擬和力學(xué)理論對(duì)圓角處的應(yīng)力分布和變形規(guī)律進(jìn)行了研究同。隨后清華大學(xué)的雷麗萍和合肥工業(yè)大學(xué)的薛克敏、周林等"1等對(duì)汽車前梁、后延臂、副車架和汽車橋殼的脹形工藝進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，分析了主要成形工藝參數(shù)對(duì)其成形結(jié)果的影響規(guī)律。青島科技大學(xué)的田仲可在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上利用有限元軟件對(duì)薄壁管無模脹形的內(nèi)壓和軸壓的加載控制穩(wěn)定性問題進(jìn)行研結(jié)果表明適度的起皺有助于提高薄壁管脹形成究，形西北工業(yè)大學(xué)的余心宏和翟江波 ”采用LS-DY-NA軟件對(duì)三通管內(nèi)高壓脹形內(nèi)壓及徑向壓力的加載路徑進(jìn)行了研究，結(jié)果表明提高初始內(nèi)壓上升速度及采用泄后及減緩徑向反壓施加的加載路徑更易獲得支管較高，質(zhì)量更好的三通管件上海交通大學(xué)的宋忠財(cái)建立了「型三通管內(nèi)高壓成形有限元數(shù)值模擬模我，分析了主要工藝參數(shù)對(duì)通管液壓成形性能的影響規(guī)律，結(jié)果表明，摩擦系數(shù)影晌最大，其次是圓角半徑和內(nèi)壓力，平衡力最響不明顯。此外，中科院金屬所、南京理工大學(xué)、福州大學(xué)、廣東工業(yè)大學(xué)等院校也相繼開展了管材內(nèi)高壓成形相關(guān)領(lǐng)域的研究，采用數(shù)值模擬、試驗(yàn)研究等多種研究方法取得了不少成果。近20年來內(nèi)高壓成開技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，特別在汽車行業(yè)，如儀表盤支架、引肇支架、散熱器支架、車架滑軌、引肇支架等都是復(fù)雜內(nèi)高壓成開零部件，同時(shí)汽車減輕質(zhì)量和降低成本的需求也促進(jìn)了內(nèi)高壓成形技術(shù)的不斷改進(jìn)但內(nèi)高壓成開還是一個(gè)較新的技術(shù)，在設(shè)備、模具工藝和成開機(jī)理等方面還有許多問題需要深入研究。二、T型三通管內(nèi)高壓成型原理T三管壓形理模由模下沖間頭成液成時(shí)先管放下，合具，管充液，左沖進(jìn)密，后右頭加向補(bǔ)，時(shí)內(nèi)加定壓來管成。三管液成工過分三期，右頭行內(nèi)加定液壓力支頂尚接中沖處形態(tài)成中，支頂與間頭內(nèi)繼增，右頭續(xù)給料至管部中沖基貼；形期內(nèi)繼增，照定內(nèi)與個(gè)頭配曲，右頭續(xù)料中沖開后，退要持與管部接，對(duì)管部加定反力以止管部過減。T型三通管內(nèi)高壓成形是管材液壓脹形工藝的一種，它是將空心結(jié)構(gòu)管件作為坯料，利用液體作為內(nèi)壓傳導(dǎo)介質(zhì)，將管坯密封，往管坯內(nèi)注入液體使其產(chǎn)生高壓強(qiáng)，使得金屬向型腔中流動(dòng)，從而獲得我們所需要的形狀。內(nèi)高壓成形是以管材作坯料，通過管材內(nèi)部施加高壓液體和軸向補(bǔ)料把管材壓入到模具型腔使其成形為所需形狀的工件。由于使用乳化液(在水中添加少量的防腐劑等組成)作為水傳力介質(zhì)，又稱為管材液壓成形或水玉成形。按成形零件的種類，內(nèi)高壓成形分為類:(1)變徑管內(nèi)高壓成形;(2)彎曲軸線構(gòu)件內(nèi)高壓成形，(3)多通管內(nèi)高壓成形。(4)變徑管內(nèi)高樂成形:變徑管是指管件中間一處或幾處的管徑或周長(zhǎng)大F三端管徑。其中，非對(duì)稱大假件成形閑難，通過軸向進(jìn)給和內(nèi)壓匹配，以及貼模順序控制，現(xiàn)俄面龍12096構(gòu)件內(nèi)高壓成形，膨脹本的極限值。以變徑管為例其成形工藝過程可以分為個(gè)階段。初始充填階段模具閉合后，將管的兩端用水平?jīng)_頭密封，使管壞內(nèi)充滿液體，并排出氣體，實(shí)現(xiàn)管端沖頭密封;成形階段，對(duì)管內(nèi)液體加樂脹形的同時(shí)，兩端的沖頭按照設(shè)定的加我曲線向內(nèi)推進(jìn)補(bǔ)科，內(nèi)壓和軸問補(bǔ)科的聯(lián)合作用下使管壞基不貼掌模具，這時(shí)除了過波區(qū)因角以外的大部分區(qū)域已經(jīng)成形，整形階段，提高力使過波區(qū)圓角完全貼常極具而成形為所者的工件。優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)量輕：與切削加工零件相比，管材脹形零件可減輕50%左右，與焊接零件相比，可減輕30%左右。強(qiáng)度、剛度高：管材脹形過程中，管坯實(shí)際上是發(fā)生了“冷作強(qiáng)化”的作用，脹形出來的零件要比傳統(tǒng)加工出來的零件具有更高的強(qiáng)度。降低模具費(fèi)用：液壓脹形通常一套模具就能脹形出復(fù)雜的零件，而傳統(tǒng)的制造方法需要更多的模具加工不同的部位，然后通過焊接的方法將多個(gè)零件焊接出來。降低成本：管材脹形技術(shù)生產(chǎn)零件的成本通常要比傳統(tǒng)的沖壓焊接件減少大概20%，生產(chǎn)模具的成本減少25%左右。屈曲一般發(fā)生在管材的脹形初始階段，因?yàn)槌跏茧A段脹形壓力一般很小，軸向加載過多導(dǎo)致的缺陷。管坯發(fā)生屈曲是不能通過后期的成形進(jìn)行修復(fù)的，所以在管材脹形的初期應(yīng)該避免這種現(xiàn)象的發(fā)生?？朔姆椒ǎ航档蛢啥溯S向壓力進(jìn)給的加載量，適當(dāng)增加初始?jí)毫Α９懿钠鸢櫟闹饕蛩厥禽S端進(jìn)給及內(nèi)壓的匹配，不合理的匹配最終會(huì)導(dǎo)致管材死皺的產(chǎn)生?？朔鸢櫟姆椒ǎ?.合理的匹配內(nèi)壓與進(jìn)給，保證不破裂的情況下調(diào)整進(jìn)給速度。2.適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑劑3.采用合理的脹形介質(zhì)。管材脹形破裂一般最先發(fā)生在支管頂端，由于材料的補(bǔ)償沒有及時(shí)跟上，在支管頂端材料同時(shí)受到軸向和徑向的雙向拉應(yīng)力作用，導(dǎo)致破裂?？朔屏训姆椒ǎ?.適當(dāng)?shù)募涌燧S端的進(jìn)給速度可以有效的增加材料補(bǔ)償。2.使用平衡沖頭。合理的內(nèi)壓決定著三通管成形的質(zhì)量。在管材成形的初始階段，過大的內(nèi)壓會(huì)導(dǎo)致管坯在支管處自由脹形端發(fā)生破裂，過小的內(nèi)壓會(huì)導(dǎo)致管坯產(chǎn)生屈曲等缺陷；不同材料對(duì)內(nèi)壓及進(jìn)給量的匹配關(guān)系是不一樣的。決定著管材在成形過程中材料流動(dòng)性的關(guān)鍵因素之一就是過渡圓角的大小。如果圓角半徑過大，材料在流經(jīng)圓角處時(shí)容易產(chǎn)生“懸空”情況，很容易導(dǎo)致管材在軸向加載的作用下產(chǎn)生失穩(wěn)起皺；如果圓角半徑過小，會(huì)導(dǎo)致非變形區(qū)域的材料流通受阻，在變形區(qū)域不能起到很好的材料補(bǔ)償作用。三、基于有限元方法對(duì)T型三通管內(nèi)高壓成型影響因素研究不同的顏色表示毛坯變形的成型狀況。紫色表示毛坯處于安全狀態(tài)，紅色表示破裂狀態(tài)，黃色表示破裂危險(xiǎn)點(diǎn)，綠色表示嚴(yán)重變薄區(qū)域，灰色表示無變形區(qū)域，藍(lán)色表示有起皺趨勢(shì)區(qū)域，粉色表示起皺區(qū)域。紅色表示壁厚最小，藍(lán)色表示壁厚最大0.450.40.350.30.250.20.150.10.05P=7p=6P=50.450.40.350.30.250.20.150.10.05P=7p=6P=5最小壁厚差問題改變周期時(shí)間0.04上一個(gè)0.05時(shí)間0.03~~控制P、沖頭等其它因素不變，只改變時(shí)間，求解最小壁厚發(fā)現(xiàn)當(dāng)t=0.05時(shí)，壁厚為0.414,高度為77.944；當(dāng)t=0.04時(shí)，最小壁厚為0.409，高度為74.799；當(dāng)t=0.03時(shí)，最小壁厚為0.28，高度為66.167。以上數(shù)據(jù)顯示最小壁厚和高度均在增加，而且增加趨勢(shì)都在縮小。根據(jù)最小壁厚越小越好的原則發(fā)現(xiàn)當(dāng)t在適當(dāng)范圍內(nèi)變大時(shí)最小壁厚增加，但當(dāng)最小壁厚過小時(shí)，支管長(zhǎng)度不足，所以應(yīng)合理選取t=0.04。保持t=0.04,其他不變改變壓力P，開始P=7，最小壁厚為0.409，高度為74.799；現(xiàn)在改為P=6，最小壁厚為0.34，高度為71.939；p=5，最小壁厚為0.264，高度為68.827。隨著壓力p變大其它不變時(shí)，發(fā)現(xiàn)最小壁厚在增大而支管高度也呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，最小壁厚和高度的增長(zhǎng)趨勢(shì)在減小。在選擇過程中當(dāng)p=8時(shí)電腦計(jì)算不出結(jié)果，計(jì)算程序一半時(shí)直接出現(xiàn)錯(cuò)誤終止，原因可能是所匹配的壓力過大與實(shí)際情行不符。P=5（1199）根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選取t=0.04p=7其它數(shù)據(jù)不變改變兩邊沖頭的進(jìn)給速度。原始速度為500，最小壁厚為0.409，高度為74.799；現(xiàn)選擇速度為600進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)最小壁厚為0.403，高度為77.234；當(dāng)速度為700時(shí)，最小壁厚0.45,高度為80.746。根據(jù)以上對(duì)比發(fā)現(xiàn),當(dāng)沖頭兩邊速度增大、其它不變時(shí)，在這范圍內(nèi)的最小壁厚先減小后增大，高度在增加，增長(zhǎng)速度也呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。綜合比較發(fā)現(xiàn)當(dāng)t=0.04p=7沖頭速度為600時(shí)，所得到產(chǎn)品較好。左右沖頭速度為700圖表標(biāo)題左右沖頭速度為700圖表標(biāo)題選擇t=0.04p=7左右沖頭速度為600改變材料。原始材料為CQT36最小壁厚為0.403,高度為77.234；現(xiàn)選擇DQT36最小壁厚為0.342，高度為74.404。對(duì)比發(fā)現(xiàn)CQ最小壁厚比DQ要高，根據(jù)最小壁厚越小越好的原則DQ要好，但是支管長(zhǎng)度CQ好。難以深度比較，在實(shí)際實(shí)踐應(yīng)該按需選取。0.50.450.40.35速度500速度600速度700摩擦系數(shù)為0.115(111666)圖表標(biāo)題摩擦系數(shù)為0.115(111666)圖表標(biāo)題選擇t=0.04p=7左右沖頭速度為600材料為CQT36改變摩擦系數(shù)。原始摩擦系數(shù)為0.125，最小壁厚為0.403，高度為77.234；現(xiàn)將摩擦系數(shù)改為0.135，最小壁厚0.404，高度為77.298；將摩擦系數(shù)改為0.115，最小壁厚0.406，高度為77.201。摩擦系數(shù)的增大，高度增加趨勢(shì)也上升，最小壁厚先降后升，當(dāng)摩擦系數(shù)為0.115時(shí)，變?yōu)榈唾|(zhì)量剛導(dǎo)致壁厚較大。0.40650.4060.40550.4050.40450.4040.40350.4030.40250.4020.4015

四、T型三通管內(nèi)高壓成型實(shí)驗(yàn)設(shè)備介紹及成型模具說明根據(jù)三維建模設(shè)計(jì)圖制作圖所示內(nèi)高壓成形機(jī)，在上模具及下模具與設(shè)備通過中間的固定板螺紋固定，左沖頭及右沖頭通過中間的卡套與設(shè)備推缸固定,注水管與左沖頭靠螺紋固定?？刂圃O(shè)備用于設(shè)置內(nèi)壓、進(jìn)給量、進(jìn)給速度及合模壓力等參數(shù)。模具主要由左沖頭、右沖頭、上在成形設(shè)備底部設(shè)有頂缸，如圖所示。頂缸的作用是在完成三通管內(nèi)高壓成形后，待左右推缸回程，上缸回程打開模具后，頂缸向上頂料，將成形后的零件頂出模具型腔，方便取出零件。還有一個(gè)作用是在內(nèi)高壓成形的過程中，支撐支管頂部，對(duì)于大過渡圓角成形，可以很好的防止頂部材料的減薄，防止破裂。模具、下模具、銷釘及在模具上的螺紋孔與沖頭上的注水孔。螺紋孔用于與墊板連接在設(shè)備上，注水孔用于連接注水管，銷釘用于上下模具定位。模具型腔直徑要大于管外徑，單邊間隙為管材壁厚的1/10。

壓力等參數(shù)。模具主要由左沖頭、右沖頭、上在成形設(shè)備底部設(shè)有頂缸，如圖所示。頂缸的作用是在完成三通管內(nèi)高壓成形后，待左右推缸回程，上缸回程打開模具后，頂缸向上頂料，將成形后的零件頂出模具型腔，方便取出零件。還有一個(gè)作用是在內(nèi)高壓成形的過程中，支撐支管頂部，對(duì)于大過渡圓角成形，可以很好的防止頂部材料的減薄，防止破裂。模具、下模具、銷釘及在模具上的螺紋孔與沖頭上的注水孔。螺紋孔用于與墊板連接在設(shè)備上，注水孔用于連接注水管，銷釘用于上下模具定位。模具型腔直徑要大于管外徑，單邊間隙為管材壁厚的1/10。本實(shí)驗(yàn)過程中所用到的內(nèi)高壓成形實(shí)驗(yàn)設(shè)備如下圖所示，設(shè)備中的上模具與下模具通過中同的固定螺紋板固定連接起來，左沖頭與右沖頭通過中間的卡套與設(shè)備推相五固定，注水骨與左中頭靠螺紋固定，而控制設(shè)備用于內(nèi)壓、進(jìn)給量、軸向進(jìn)給速度及合模壓力等參數(shù)的設(shè)定與修改。平衡沖頭位于內(nèi)高壓成形設(shè)備的底部，其作用是在T型三通管內(nèi)高壓成形結(jié)束后，當(dāng)左右推征回視和上缸回程打開模具后，平衡沖頭向上頂料，以便于將成形之后的零件項(xiàng)出模具型腔，以方便操作者敢出零件：當(dāng)然也可以在平衡沖頭上設(shè)置一定大小脫料的力在內(nèi)高壓成形過租中時(shí)刻支撐著支特的項(xiàng)部，對(duì)于過液圓角較大的成形，這種做法可以很好的防止支管頂部材料的減