工艺参数对双层304不锈钢波纹管液压胀形回弹的影响

发布时间：2019-07-29 17:47

【摘要】：工艺参数对双层波纹管液压胀形回弹有重要影响。为提高波纹管成形的精度,基于ABAQUS平台,对双层波纹管液压胀形及回弹过程进行仿真分析,研究了内压力、模具行程和挤压速度对不同膨胀比波纹管回弹后的长度、波高和波厚的影响。结果表明,内压力和模具行程增大时,波纹管长度变化量、波高变化量和波厚变化量均基本呈线性增大趋势,且长度和波厚的变化量远大于波高变化量;内压力对回弹的影响大于模具行程的影响;回弹量对工艺参数的敏感性随膨胀比的增大而增大。对于膨胀比为1.47的波纹管,内压力增大150%时,波纹管长度、波高和波厚变化量分别增大了119%,175%和167%。模具行程增大20%时,波纹管长度、波高和波厚变化量分别增大了26%,18%和29%。
【图文】：

致波形轮廓改变，进而影响其使用性能。波纹管回弹量受胀形工艺参数影响较大，尤其是对于双层波纹管，层与层之间的接触和约束行为使得波纹管回弹过程更加复杂。因此，掌握工艺参数对双层不锈钢波纹管液压胀形回弹的影响规律和实现双层波纹管精确成形具有重要意义。图1波纹管液压胀形示意图Fig.1Schematicdiagramofhydroformingprocessforbellow对波纹管液压胀形的研究方法主要有实验、理论分析和数值模拟方法［3－5］，其中数值模拟方法由于可以快速实现和全面系统地分析成形过程而得到广泛应用。文献［6］～文献［9］对单层波纹管液压胀形仿真模型的建立进行了研究，解决了建模中几何、摩擦、材料、求解等关键问题。由于波纹管液压胀形的模型为轴对称结构，采用1/2或1/4模型进行模拟;采用库伦摩擦模型描述模具和管坯之间的摩擦;对焊接管坯的带材单向拉伸试验获得材料参数;采用显式时间积分算法分析成形过程，隐式算法分析回弹过程。多层波纹管液压胀形建模与单层管相区别的是层与层之间接触和约束条件的处理，刘静等［10］采用面－面接触的方式定义了管坯之间的接触，采用绑定约束实现多层管坯端部与冲头的连接。文献［11］～文献［13］对波纹管液压胀形过程的回弹行为进行了分析。LeeSW［11］和FarajiG等［12］研究了内压力和模具行程S对薄壁单层波纹管液压胀形回弹的影响，发现回弹后波纹管轴向伸长远大于径向尺寸的减小，波峰顶点的位移随内压力的增大呈对数增大趋势。刘静等［13］对比了双层波纹管与单层波纹管在液压胀形过程中的回弹，发现双层波纹管回弹后尺寸变化大于单层管。然而上述成形参数影响研究均为针对单层波纹管液压胀形，尚未见关于工艺参数对双层波纹管液压胀形回弹影响的报道。本

工艺参数对双层304不锈钢波纹管液压胀形回弹的影响

3］对比了双层波纹管与单层波纹管在液压胀形过程中的回弹，发现双层波纹管回弹后尺寸变化大于单层管。然而上述成形参数影响研究均为针对单层波纹管液压胀形，尚未见关于工艺参数对双层波纹管液压胀形回弹影响的报道。本文基于ABAQUS软件对双层304不锈钢波纹管液压胀形及回弹过程进行了数值模拟，研究获得了工艺参数对波纹管液压胀形回弹的影响规律，为实现双层金属波纹管的精确成形奠定了基矗1有限元模型的建立及验证基于ABAQUS有限元平台，建立了双层304不锈钢波纹管液压胀形及回弹全过程三维有限元模型，如图2所示。图2双层波纹管液压胀形(a)及回弹(b)有限元模型Fig.2FEmodelsofhydroforming(a)andspringback(b)forbi-layeredbellow液压胀形和回弹分为两个步骤。首先对双层波纹管液压胀形过程进行模拟，为提高计算效率，考虑到模型的轴对称结构，采用1/4模型，对称面上施加对称约束;用壳单元S4Ｒ离散管坯，刚性单元Ｒ3D4离散模具;采用动态显示算法分析胀形过程;管坯与模具以及管坯与管坯接触面之间的摩擦满足库伦摩擦模型，外层管坯与模具间的摩擦系数为0.1，管坯与管坯间的摩擦系数为0.3;材料的屈服行为满足Hill厚向异性屈服准则。胀形过程计算完成后，将波纹管导入到回弹模型中，将预定义场变量(包含波纹管成形后的应力尝应变场和位移场)施加到变形体上，，为防止回弹计算中波纹管的刚性平动，在初始状态约束其一端的自由度;采用第6期刘静等:工艺参数对双层304不锈钢波纹管液压胀形回弹的影响71
【作者单位】：西安石油大学材料科学与工程学院;西北工业大学凝固技术国家重点实验室;南京晨光东螺波纹管有限公司;
【基金】：国家自然科学基金资助项目(51405386) 陕西省自然科学基础研究计划项目(2014JQ7237) 陕西省教育厅专项科研计划项目(14JK1565) 凝固技术国家重点实验室(西北工业大学)开放课题(SKLSP201403) 西安石油大学青年科研创新团队资助项目(2015QNKYCXTD02)
【分类号】：TG306

【相似文献】