VoL24 苏岚等：T型管液压成形过程的有限元分析 539 (a)采用曲线1加载时的厚度分布 (b)采用曲线2加载时的厚度分布 A=2.405:B=2.484:C=2.563:D=2.642:C=2.720 A=2.717:B=2.783:C=2.949:D=2.915:E=2.982 图4管件壁厚分布图（图中A,B,C,D单位为mm) Fig.4 Thickness distribution of tube 依靠管件壁厚减薄来实现，而施加轴向位移，促 使整个管件参与变形，端部金属向管件中部流 30 动，达到补充材料的目的 通过对比可知，采用轴向载荷有利于T型 管液压成形，一方面降低了成形所需的液体压 力，对配套的液压设备的相应降低，可以节省成 10 20 30 40 50 本，另一方面缓解了管壁减薄的趋势，降低了发 u/mm 生破裂的危险 图5载荷与位移的关系曲线 2.2最佳载荷曲线的确定 Fig.5 Curves of axial displacement vs.internal pressure 虽然施加轴向位移对液压成形过程有利， 但是如果轴向位移与液体压力配合不当，则会 产生液压管零件最常见的缺陷一起皱和破 裂，因此选择合适的加载曲线成为管件液压成 形技术的关键之一， 在管件液压成形过程中，如果液体压力小， 轴向位移过大，则会在管件中部形成皱褶；而如 果液体压力过大，则中部管件壁厚减薄加剧，易 发生破裂.这一规律与平板冲压过程中压边力 大小与冲压件边部起皱之间的关系非常相似， 图6管件的起皱缺陷 Fig.6 Wrinkles at the middle of the tube 亦即压边力越大，冲压件的边部越不容易起皱； 但是压边力过分增大，也会导致冲压件壁厚减 是轴向载荷过大，而施加的内部压力太小 薄，发生破裂.在平板冲压过程中，将不引起起 与曲线a相比，曲线b中内部压力与轴向载 皱缺陷的最小压边力定义为最佳压边力，也可 荷成直线关系，内压力水平比较高.如果以曲 通过类似的原则来定义液压成形过程的最佳载 线b加载，尽管在成形过程开始阶段管件中部 荷关系曲线.但是对于液压成形过程，液体内部 出现凹陷，但随着内部压力逐渐增大，凹陷被修 压力不是一个恒定值，而是随时间（或轴向位 复，但成品上仍有起皱的部分痕迹，支管管壁与 移)变化的量，如图5所示 模不贴合，形成轻微的缺陷，如图7所示 对比图5中的四条载荷关系曲线可以看出， 为消除曲线b加载引起的轻微缺陷，需继 曲线a是在成形过程开始阶段内部压力加载的 模具 不贴合处 速度较慢，在一定时间后，再以较大的速度加载 变形后的管件 至最大值.曲线b中，液体内部压力与轴向载荷 一直保持匀速加载.曲线c,d是在成型过程开 始阶段先快速加载液体内部压力，到达最大压 力后，保持压力稳定.在这4条曲线中，曲线d 就整个过程来说，管件承受的内压力水平最高， 曲线c,b次之，曲线a最小.如果以曲线a加载， 图7b曲线加载结果 将在管件中部产生起皱缺陷，如图6所示.原因 Fig.7 Deformed tube under b-curve loadingM 〕】 . 2 4 苏岚等 : T 型 管液 压成 形过 程的有 限元 分析 一 5 3 9 . 屯习 r气尸介 , , 产 1 一 匕 七 芍L , L , L 飞 飞 、 卜日J ~ 几 几 L一儿 目毛二 卜岛` 卜占 决曰卜` 卜日l一 、 几 、: 、 飞 几 、 1 气 、 、 L , J J l 尹 」 I 子 4 叫 队` 丰还巨干划卜卜注曰卜七 L一、 产 , ` 乍 、 f 1 1 尹 1 1 尹 、 1 、 、 、 、 召者毛基独汁 年奋尸 〔 卜、 、 、 ( J 、 l 、 、 、 、 ’ 1 1 尹 护 产 尹 尹 尹 卜匕二医b 仁权于卡拼称 址压二E「 } 、 产 护 I 尹 尹 产 l 子 l , ( l 、 、 、 、 、 、 、 1 1 1 ) 口习 } } 仁口阮斗毛叶丰卡 二上 ~ R r r 二亡〔 } 、 l 、 、 l 、 ! } 厂r 「 l l l l l } 、 1 } 、 I } 口L」目 l ) 口J 以三 蔓羹摹奎 ` 蒸璧奎璧奎 奎奎奎垄鬓 . 叫 .` . , , ~甲 , , , - , 尸~ , 叼 , . . r , 曰 ~ 二蕊二至二大 二孟二 J 诬J` 」二 J 二曰石 耳石`一~ ` ~~ ` ~户` . ~ J`~ ` 目异皿翔 民 陀彰蛾蒸呈早终毒攀津赓菊黔 ` 七比乙 甘 比 性r 、 、 、 、 色 1 飞 飞 含 I, 了 l 产 j 拜 产 l 产 矛 l 、 M 、 、 、 侧 J 、 、 飞 r { () 记月 {尸下下门爪只二l口川目卜目斗习斗拜习组比 习(睡 1 1 ( (县 ` ! 产 产 ! 1 1 甘甲 l厂丁 ] r 门 r l了 l「 于口曰匕 `飞 l 、 l ` 毛l 、 、 l 一 1 I J 人 1 1卜十州曰丈士门卜下二巳匕目「冰逮叶+ + 七牢!七上二卜 l { 畔 } 1 1 } 冬 } } l - 示七}寸月曰卜牛门卜卞〕口日日士毋廷封士卜 . 心匕L 卜 1 1 尹 l 卜1 1 矛 石 厂 !卜r 门门巴勺匕工习口曰 L l 】 l 甲 l 尹 l 产 盯 , - 了飞~ 瓦目 气 } l一丁 ~ 门 r , ` 刀 厂{ 不 (L l{ 匕} 百 l 二 ) l ) ) l 一 1产嘴 、 反 l 户 J 卜 ] 户 } i 护补 l 了 七寸 -忖 ;寸艺亡士二口口二! ! l ( 1 1 ( } 1 . 亡 亡 t 1 1l 护. 伟 刃 者 古 I 叼~ J 者 1 - 1 , 气下甲 一 , 、 、 r - T 」生~ 叶 … 月 月 . 1 】 . 一「- 卫 产 沪 ,; 寻 奋 户 尸 户 j 沁 于 奋 」 工 ~ 1 r j 压二r 二 r 二〔 二且. ~ 月 ` . ` 口 产 , 日、 曰 产 .己巴 , , r~ 甲- 卞气 卜, 一甲气卜 , 卜悦卜子~价 (a) 采 用 曲线 1 加 载 时的厚度 分布 (b) 采 用 曲线 2 加载 时的厚度 分布 A = 2 4 0 5 ; B = 2 . 4 8 4 ; C 二 2 . 5 6 3 ; D = 2 . 6 4 2 ; C = 2 . 7 2 () A “ 2 . 7 17 ; B = 2 . 7 8 3; C 二 2 . 9 4 9 ; D = 2 . 9 1 5 ; E = 2 . 9 8 2 图 4 管件壁厚分 布 图( 图中 A, ,B C, D 单 位为 m m ) Fi g . 4 T h i e k n e s s d i s tir b u it o n o f t u b e nU 00 ,ù l 芝、叭州d 依靠管件壁厚减薄来实现 , 而施加轴 向位移 , 促 使整个管 件参 与变形 , 端部金 属 向管件 中部 流 动 , 达到补充 材料的 目的 . 通过对 比可 知 , 采用 轴向载荷有利 于 T 型 管液压成形 , 一方面 降低 了 成形所需 的液 体压 力 , 对配套 的液压设备的相应 降低 , 可 以节省成 本 , 另一方 面缓解 了管壁减薄的趋势 , 降低 了发 生破裂 的危 险 . .2 2 最佳载荷曲线的确定 虽 然 施加轴 向位移 对液 压成形 过程有 利 , 但是 如果 轴 向位移与液体压力 配合不 当 , 则会 产 生液 压 管零 件最 常 见 的 缺 陷— 起 皱 和 破 裂 , 因此选择合适 的加载 曲线成为管件液 压成 形技 术的关键之一 在管件液压成形过程 中 , 如果液体压力小 , 轴 向位移过 大 , 则会在管件 中部形成皱褶 ;而如 果液体压力过大 , 则 中部管件壁厚减薄加剧 , 易 发生破裂 . 这一 规律与平板 冲压过程 中压边力 大小与冲压 件边部起皱之 间的关系非 常相似 , 亦即 压边力越 大 , 冲压件 的边部越不 容易起 皱; 但是 压边力过分增大 , 也会导致 冲压 件壁厚减 薄 , 发生 破裂 . 在平 板冲压过程 中 , 将 不引起起 皱缺陷的 最小压边力 定义为最佳压边 力 , 也可 通过类似 的原则来定义液压成形过程 的最佳载 荷关 系 曲线 . 但是对于液压成形过程 , 液体 内部 压力不 是一个恒定 值 , 而是 随时间 ( 或轴 向位 移 )变化 的量 , 如 图 5 所示 . 对比 图 5 中的 四条载荷关系曲线 可 以看 出 , 曲线 a 是 在成形过程开始 阶段 内部压力 加载 的 速度较慢 , 在一定时间后 , 再 以较大的 速度加 载 至最大值 . 曲线 b 中 , 液体 内部压力与轴 向载 荷 一直保持 匀 速加载 . 曲线 c , d 是在成型 过 程开 始 阶段先 快速加载液体 内部压力 , 到达最 大压 力后 , 保持压力 稳定 . 在这 4 条 曲线 中 , 曲线 d 就整个过程来说 , 管件承受的 内压力水平最高 , 曲线 c , b 次 之 , 曲线 a 最小 . 如果 以 曲线 a 加载 , 将在管件 中部 产生起皱缺 陷 , 如 图 6 所示 . 原 因 图 S 载荷 与位 移 的关 系曲线 F ig . 5 C u vr e s o f a x i a l d is P l a e e m e n t v s . i n t e r n a l P er s s u er 季t t 戮 ! 齐利 麟 图 6 管件 的起 皱缺陷 F ig · 6 W r i n kl e s a t t h e m id dl e o f t h e ut b e 是 轴 向载荷过大 , 而施加 的 内部压力太小 . 与曲线 a 相 比 , 曲线 b 中内部压 力 与轴 向载 荷 成直线关系 , 内压力水 平 比较高 . 如果 以 曲 线 b 加 载 , 尽 管在成形过程开 始阶 段管件 中部 出现凹 陷 , 但随着内部压力逐渐增大 , 凹 陷被修 复 , 但成 品 _ L 仍有起皱的部 分痕迹 , 支管管壁与 模不 贴合 , 形成轻微 的缺 陷 , 如 图 7 所示 . 为消除 曲线 b 加 载引起 的轻微缺 陷 , 需继 霎{鬓) 卜厂卜{ 自自壁程 图 7 b 曲线加 载 结果 F ig . 7 D e fo r m e d t u b e u n d e r b 一 e u vr e l o a d i n g