T型三通管实验报告

T型三通管内高压成形工艺研究

实践报告南昌航空大学院系：航空制造工程学院专业：飞行器制造工程班级：1学号：姓名：指导老师：目录一）国内外研究现状二）T型三通管内高压成型原理三）一）国内外研究现状二）T型三通管内高压成型原理三）基于有限元方法对T型三通管内高压成型影响因素研究（四）T型三通管内高压成型实验设备介绍及成型模具说明五）参考文献一、国内外研究现状1.国外发展20世纪40年代，美国的GreyJE等因人对T型无缝铜三通管成形进行了研究，他们第一次使用内压和轴向力共同作用的方法成形三通管。1965年，日本研究者发表了一篇关于铜管液压成形小型三通管件的文章。70年代末研究者使用聚安酯橡胶代替液体胀形成功胀出长径比大于2的超长支管多通管。80世纪年代初，前苏联研究者采用挤压成形获得了长径比为到了90年代，俄1.2的等径三通和等径四通的支管罗斯已经能够液压成形钛合金、铝合金及耐腐蚀高强度钢等塑性较低的材料，生产出壁厚大于0.5mm、外径D为50T20mm、长径比为0.5的三通管“随着计算机技术的发展，许多专家学者开始对多通管胀形工如欧洲爱尔兰的都柏林大学艺进行计算机模拟研究学者RayP、MareDonaldBJ和Ha-lhmiMsJ.日本的ManabeKP、还有RimkusWP、LinFC和KwanCTW、SorninD和MassoniE分别利用有限元软件对胀形过程中加载路径进行了有关的数值模拟分析与研究。2.国内发展九十年代，哈尔滨工业大学液力成形课题组开始研究内高压成形理论、工艺和设备，研制出首台150MPa内高压成形机，该设备在计算机的控制下按规定的加载路径加工管类零件。哈工大的苑世剑等人研究了胀形成形中的起皱行为，并利用数值模拟和力学理论对圆角处的应力分布和变形规律进行了研究同。随后清华大学的雷丽萍和合肥工业大学的薛克敏、周林等"1等对汽车前梁、后延臂、副车架和汽车桥壳的胀形工艺进行了数值模拟研究，分析了主要成形工艺参数对其成形结果的影响规律。青岛科技大学的田仲可在实验基础上利用有限元软件对薄壁管无模胀形的内压和轴压的加载控制稳定性问题进行研结果表明适度的起皱有助于提高薄壁管胀形成究，形西北工业大学的余心宏和翟江波 ”采用LS-DY-NA软件对三通管内高压胀形内压及径向压力的加载路径进行了研究，结果表明提高初始内压上升速度及采用泄后及减缓径向反压施加的加载路径更易获得支管较高，质量更好的三通管件上海交通大学的宋忠财建立了「型三通管内高压成形有限元数值模拟模我，分析了主要工艺参数对通管液压成形性能的影响规律，结果表明，摩擦系数影晌最大，其次是圆角半径和内压力，平衡力最响不明显。此外，中科院金属所、南京理工大学、福州大学、广东工业大学等院校也相继开展了管材内高压成形相关领域的研究，采用数值模拟、试验研究等多种研究方法取得了不少成果。近20年来内高压成开技术得到了广泛应用，特别在汽车行业，如仪表盘支架、引肇支架、散热器支架、车架滑轨、引肇支架等都是复杂内高压成开零部件，同时汽车减轻质量和降低成本的需求也促进了内高压成形技术的不断改进但内高压成开还是一个较新的技术，在设备、模具工艺和成开机理等方面还有许多问题需要深入研究。二、T型三通管内高压成型原理T三管压形理模由模下冲间头成液成时先管放下，合具，管充液，左冲进密，后右头加向补，时内加定压来管成。三管液成工过分三期，右头行内加定液压力支顶尚接中冲处形态成中，支顶与间头内继增，右头续给料至管部中冲基贴；形期内继增，照定内与个头配曲，右头续料中冲开后，退要持与管部接，对管部加定反力以止管部过减。T型三通管内高压成形是管材液压胀形工艺的一种，它是将空心结构管件作为坯料，利用液体作为内压传导介质，将管坯密封，往管坯内注入液体使其产生高压强，使得金属向型腔中流动，从而获得我们所需要的形状。内高压成形是以管材作坯料，通过管材内部施加高压液体和轴向补料把管材压入到模具型腔使其成形为所需形状的工件。由于使用乳化液(在水中添加少量的防腐剂等组成)作为水传力介质，又称为管材液压成形或水玉成形。按成形零件的种类，内高压成形分为类:(1)变径管内高压成形;(2)弯曲轴线构件内高压成形，(3)多通管内高压成形。(4)变径管内高乐成形:变径管是指管件中间一处或几处的管径或周长大F三端管径。其中，非对称大假件成形闲难，通过轴向进给和内压匹配，以及贴模顺序控制，现俄面龙12096构件内高压成形，膨胀本的极限值。以变径管为例其成形工艺过程可以分为个阶段。初始充填阶段模具闭合后，将管的两端用水平冲头密封，使管坏内充满液体，并排出气体，实现管端冲头密封;成形阶段，对管内液体加乐胀形的同时，两端的冲头按照设定的加我曲线向内推进补科，内压和轴问补科的联合作用下使管坏基不贴掌模具，这时除了过波区因角以外的大部分区域已经成形，整形阶段，提高力使过波区圆角完全贴常极具而成形为所者的工件。优点：质量轻：与切削加工零件相比，管材胀形零件可减轻50%左右，与焊接零件相比，可减轻30%左右。强度、刚度高：管材胀形过程中，管坯实际上是发生了“冷作强化”的作用，胀形出来的零件要比传统加工出来的零件具有更高的强度。降低模具费用：液压胀形通常一套模具就能胀形出复杂的零件，而传统的制造方法需要更多的模具加工不同的部位，然后通过焊接的方法将多个零件焊接出来。降低成本：管材胀形技术生产零件的成本通常要比传统的冲压焊接件减少大概20%，生产模具的成本减少25%左右。屈曲一般发生在管材的胀形初始阶段，因为初始阶段胀形压力一般很小，轴向加载过多导致的缺陷。管坯发生屈曲是不能通过后期的成形进行修复的，所以在管材胀形的初期应该避免这种现象的发生。克服屈曲的方法：降低两端轴向压力进给的加载量，适当增加初始压力。管材起皱的主要因素是轴端进给及内压的匹配，不合理的匹配最终会导致管材死皱的产生。克服起皱的方法：1.合理的匹配内压与进给，保证不破裂的情况下调整进给速度。2.适当的润滑剂3.采用合理的胀形介质。管材胀形破裂一般最先发生在支管顶端，由于材料的补偿没有及时跟上，在支管顶端材料同时受到轴向和径向的双向拉应力作用，导致破裂。克服破裂的方法：1.适当的加快轴端的进给速度可以有效的增加材料补偿。2.使用平衡冲头。合理的内压决定着三通管成形的质量。在管材成形的初始阶段，过大的内压会导致管坯在支管处自由胀形端发生破裂，过小的内压会导致管坯产生屈曲等缺陷；不同材料对内压及进给量的匹配关系是不一样的。决定着管材在成形过程中材料流动性的关键因素之一就是过渡圆角的大小。如果圆角半径过大，材料在流经圆角处时容易产生“悬空”情况，很容易导致管材在轴向加载的作用下产生失稳起皱；如果圆角半径过小，会导致非变形区域的材料流通受阻，在变形区域不能起到很好的材料补偿作用。三、基于有限元方法对T型三通管内高压成型影响因素研究不同的颜色表示毛坯变形的成型状况。紫色表示毛坯处于安全状态，红色表示破裂状态，黄色表示破裂危险点，绿色表示严重变薄区域，灰色表示无变形区域，蓝色表示有起皱趋势区域，粉色表示起皱区域。红色表示壁厚最小，蓝色表示壁厚最大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最小壁厚差问题改变周期时间0.04上一个0.05时间0.03~~控制P、冲头等其它因素不变，只改变时间，求解最小壁厚发现当t=0.05时，壁厚为0.414,高度为77.944；当t=0.04时，最小壁厚为0.409，高度为74.799；当t=0.03时，最小壁厚为0.28，高度为66.167。以上数据显示最小壁厚和高度均在增加，而且增加趋势都在缩小。根据最小壁厚越小越好的原则发现当t在适当范围内变大时最小壁厚增加，但当最小壁厚过小时，支管长度不足，所以应合理选取t=0.04。保持t=0.04,其他不变改变压力P，开始P=7，最小壁厚为0.409，高度为74.799；现在改为P=6，最小壁厚为0.34，高度为71.939；p=5，最小壁厚为0.264，高度为68.827。随着压力p变大其它不变时，发现最小壁厚在增大而支管高度也呈现增大的趋势，最小壁厚和高度的增长趋势在减小。在选择过程中当p=8时电脑计算不出结果，计算程序一半时直接出现错误终止，原因可能是所匹配的压力过大与实际情行不符。P=5（1199）根据以上实验结果，选取t=0.04p=7其它数据不变改变两边冲头的进给速度。原始速度为500，最小壁厚为0.409，高度为74.799；现选择速度为600进行实验，发现最小壁厚为0.403，高度为77.234；当速度为700时，最小壁厚0.45,高度为80.746。根据以上对比发现,当冲头两边速度增大、其它不变时，在这范围内的最小壁厚先减小后增大，高度在增加，增长速度也呈现上升的趋势。综合比较发现当t=0.04p=7冲头速度为600时，所得到产品较好。左右冲头速度为700图表标题左右冲头速度为700图表标题选择t=0.04p=7左右冲头速度为600改变材料。原始材料为CQT36最小壁厚为0.403,高度为77.234；现选择DQT36最小壁厚为0.342，高度为74.404。对比发现CQ最小壁厚比DQ要高，根据最小壁厚越小越好的原则DQ要好，但是支管长度CQ好。难以深度比较，在实际实践应该按需选取。0.50.450.40.35速度500速度600速度700摩擦系数为0.115(111666)图表标题摩擦系数为0.115(111666)图表标题选择t=0.04p=7左右冲头速度为600材料为CQT36改变摩擦系数。原始摩擦系数为0.125，最小壁厚为0.403，高度为77.234；现将摩擦系数改为0.135，最小壁厚0.404，高度为77.298；将摩擦系数改为0.115，最小壁厚0.406，高度为77.201。摩擦系数的增大，高度增加趋势也上升，最小壁厚先降后升，当摩擦系数为0.115时，变为低质量刚导致壁厚较大。0.40650.4060.40550.4050.40450.4040.40350.4030.40250.4020.4015

四、T型三通管内高压成型实验设备介绍及成型模具说明根据三维建模设计图制作图所示内高压成形机，在上模具及下模具与设备通过中间的固定板螺纹固定，左冲头及右冲头通过中间的卡套与设备推缸固定,注水管与左冲头靠螺纹固定。控制设备用于设置内压、进给量、进给速度及合模压力等参数。模具主要由左冲头、右冲头、上在成形设备底部设有顶缸，如图所示。顶缸的作用是在完成三通管内高压成形后，待左右推缸回程，上缸回程打开模具后，顶缸向上顶料，将成形后的零件顶出模具型腔，方便取出零件。还有一个作用是在内高压成形的过程中，支撑支管顶部，对于大过渡圆角成形，可以很好的防止顶部材料的减薄，防止破裂。模具、下模具、销钉及在模具上的螺纹孔与冲头上的注水孔。螺纹孔用于与垫板连接在设备上，注水孔用于连接注水管，销钉用于上下模具定位。模具型腔直径要大于管外径，单边间隙为管材壁厚的1/10。

压力等参数。模具主要由左冲头、右冲头、上在成形设备底部设有顶缸，如图所示。顶缸的作用是在完成三通管内高压成形后，待左右推缸回程，上缸回程打开模具后，顶缸向上顶料，将成形后的零件顶出模具型腔，方便取出零件。还有一个作用是在内高压成形的过程中，支撑支管顶部，对于大过渡圆角成形，可以很好的防止顶部材料的减薄，防止破裂。模具、下模具、销钉及在模具上的螺纹孔与冲头上的注水孔。螺纹孔用于与垫板连接在设备上，注水孔用于连接注水管，销钉用于上下模具定位。模具型腔直径要大于管外径，单边间隙为管材壁厚的1/10。本实验过程中所用到的内高压成形实验设备如下图所示，设备中的上模具与下模具通过中同的固定螺纹板固定连接起来，左冲头与右冲头通过中间的卡套与设备推相五固定，注水骨与左中头靠螺纹固定，而控制设备用于内压、进给量、轴向进给速度及合模压力等参数的设定与修改。平衡冲头位于内高压成形设备的底部，其作用是在T型三通管内高压成形结束后，当左右推征回视和上缸回程打开模具后，平衡冲头向上顶料，以便于将成形之后的零件项出模具型腔，以方便操作者敢出零件：当然也可以在平衡冲头上设置一定大小脱料的力在内高压成形过租中时刻支撑着支特的项部，对于过液圆角较大的成形，这种做法可以很好的防止支管顶部材料的减