三通管内高压成形仿真分析研究

朱书建++常雪++苏海迪++吴量

摘 要：三通管的液压胀形是通过金属材料的轴向补偿胀出支管的一种成形工艺，影响其成形效果的因素主要有：内压力、左右进给量、摩擦系数等，本文通过建立有限元模型对三通管内高压成形过程进行仿真分析，探究内压力、左右进给量、摩擦系数对三通管的影响规律。

关键词：三通管；内高压成形；仿真分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.008

1 引言

近年来，随着汽车行业快速发展，人们对零部件提出质量轻，强度高等要求[1]。基于内高压成形技术具有减轻质量、节约材料；减少零件和模具的数量，降低模具费用；提高强度与刚度等优点能满足人们的要求[2]，故内高压成形技术得到快速发展。三通管内高压成形中内压力、左右进给量、摩擦系数，对其成形效果有很大的影响，故本文首先建立T型三通管的有限元模型，利用DYNAFORM非线性有限元软件对T型三通管内高压成形效果影响较大因素进行研究。

2 有限元模型

原始管坯长为114mm，外径为22mm，管坯厚度为1.5mm，支管直径为22mm，管坯主管与支管相贯处圆角半径为8mm，如图1所示。模具、冲头和管材均采用壳单元，下模四边形单元有1551个，上模四边形单元有1020个，左冲头、右冲头、下冲头四边形单元均有140个，模型中上模、下模、下冲头、左右冲头均设定为刚体。管坯材料为DQSK，泊松比为0.28，杨氏模量为207GPa，抗拉强度是440MPa。

3 仿真分析

3.1 内压力影响

仿真中摩擦系数采用标准钢的摩擦系数0.125，进给量为11mm，内压力分别为25、30、35、40、45MPa的加载路径进行仿真，三通管胀形高度和最小壁厚的仿真结果如图2所示。

从图2中可以看错，随着内压力的增加胀形高度也随之升高，而最小壁厚却逐渐减小，这是由于在补料量不变的情况下，而内压力增加可使得材料能更多补送到胀形区，则胀形高度升高；但内压力增加使材料补送增加却不能满足胀形高度所需的材料，故最小壁厚在随之减小。

3.2 进给量影响

仿真中采用摩擦系数为0.125，内压力为40MPa，进给量分别为14、16、18、20、22、24mm的加载路径进行仿真，三通管的胀形高度和最小壁厚的仿真结果如图3所示。

从图3中可以看出，随着进给量的增加胀形高度逐渐升高，最小壁厚也随之增加。这是因为在内压力不变的情况下，进给量增加使得更多材料能补送到胀形区，则整形高度升高；进给量增加使得补送到胀形区的材料也增加，而内压力不变，则使得最小壁厚也在增大。

3.3 摩擦系數影响

仿真中采用内压力为40MPa，进给量为14mm，摩擦系数分别为0.06、0.08、0.10、0.12、0.14、0.16的加载路径进行仿真，其结果如图4所示。

从图中可以看出，随着摩擦系数的增加胀形高度在降低，而最小壁厚逐渐升高。这是由于在内压力及进给量不变的情况下，摩擦系数增加使得摩擦阻力增加，无法将更多的材料补送到胀形区，则表现为胀形高度降低，进而最小壁厚随之增大。

4 结论

本文对T型三通管内高压成形过程进行仿真分析，对影响三通管成形效果影响较大的参数进行研究，得到：随着内压力的增加三通管的胀形高度随之升高，而最小壁厚减小；进给量增加则胀形高度随之升高，最小壁厚也增大；摩擦系数增大则胀形高度降低，而最小壁厚增大。

参考文献：

[1]菅小栓，邢小丽.关于汽车变速器箱体结构强度的分析与优化设计[J].中国科技投资，2017（15）.

[2]林俊峰，苑世剑.汽车轻量化中的管件液压成形技术[J].锻造与冲压，2005（04）：58-59.

作者简介：朱书建（1990-），男，山东济宁人，硕士研究生在读，研究方向：汽车轻量化。