李玉森等：铝合金管材6061自由弯曲成形工艺仿真及优化 .773 400 (a) Outside 0.15(b) Inside Outside Middle Inside Middle 300 0.10 0.05 100 0 150 300 450 600 750 0 150 300 450 600 Length/mm Length/mm (c) Outside Inside Middle 150 300450 600 Length/mm 图6沿管材进给长度的应力应变及壁厚变化曲线.(a)应力：(b)应变：(c)壁厚 Fig.6 Stress,strain and thickness curve of bending along the feed length of pipe:(a)stress,(b)strain;(c)thickness 的材料流动，同时移动模的偏移量较小，对管材施 所示为管材沿进给方向的截面椭圆度变化曲线， 加的弯矩也较小，因此该阶段管材外弧侧壁厚有 由图可知管材在由直线段进入圆弧段或圆弧段进 增大的趋势 入直线段时截面变形较大 管材截面的椭圆度⊙是衡量管材弯曲成形后 本文经过研究分析最终确定固定模与移动模 质量的重要指标，在行业领域内，截面椭圆度不超 的距离为90mm.在固定模与移动模距离恒定情 过8%即可被接受.因此，在本研究中将选择椭圆 况下，移动模偏移量“将对管的成形半径R产生 度作为重要的优化指标，椭圆度©计算方式如公式 重要影响.本文选取u为10.20.30,40.50.和55mm (9)和图7所示. 6组参数进行仿真和对比分析，结果如图8所示 0=-yx100% (9) 随着偏移量“的逐渐增大，管材的弯曲半径逐渐 减小.通过对不同偏移量成形半径的分析，可以得 式中，x为椭圆长轴长度，y为椭圆短轴长度.图7 出自由弯曲成形的曲率1/R同偏移量1呈线性关系 本文的目标弯曲半径为管材直径的3.5倍(105mm), 依据拟合得出的曲率与偏移量的线性关系，移动 模的偏移量u为58mm.下文也将以此偏移量对 工艺参数进行优化分析. 3.2管材与移动模间隙的参数优化 管材与移动模的间隙对管材成形质量有较大 影响，间隙较小时移动模对管材材料流动的阻碍 0 较大，间隙较大时移动模对管材的约束作用又将 150 300 减小.因此，确定管材与移动模的间隙大小对提高 450 600 Length/mm 自由弯曲成形件的质量十分重要.图9展示了间 图7管材截面椭圆度 隙c分别为0,0.1,0.2,0.3和0.4mm下管材成形结 Fig.7 Ovality of pipe section 果.从图9(a)中可以发现，随着间隙的增大，管材的材料流动，同时移动模的偏移量较小，对管材施 加的弯矩也较小，因此该阶段管材外弧侧壁厚有 增大的趋势. Θ Θ 管材截面的椭圆度 是衡量管材弯曲成形后 质量的重要指标，在行业领域内，截面椭圆度不超 过 8% 即可被接受. 因此，在本研究中将选择椭圆 度作为重要的优化指标，椭圆度 计算方式如公式 （9）和图 7 所示. Θ= x−y x ×100% （9） 式中，x 为椭圆长轴长度，y 为椭圆短轴长度. 图 7 所示为管材沿进给方向的截面椭圆度变化曲线， 由图可知管材在由直线段进入圆弧段或圆弧段进 入直线段时截面变形较大. 本文经过研究分析最终确定固定模与移动模 的距离为 90 mm. 在固定模与移动模距离恒定情 况下，移动模偏移量 u 将对管的成形半径 R 产生 重要影响. 本文选取 u 为 10，20，30，40，50，和 55 mm 6 组参数进行仿真和对比分析，结果如图 8 所示. 随着偏移量 u 的逐渐增大，管材的弯曲半径逐渐 减小. 通过对不同偏移量成形半径的分析，可以得 出自由弯曲成形的曲率 1/R 同偏移量 u 呈线性关系. 本文的目标弯曲半径为管材直径的 3.5 倍（105 mm）， 依据拟合得出的曲率与偏移量的线性关系，移动 模的偏移量 u 为 58 mm. 下文也将以此偏移量对 工艺参数进行优化分析. 3.2    管材与移动模间隙的参数优化 管材与移动模的间隙对管材成形质量有较大 影响，间隙较小时移动模对管材材料流动的阻碍 较大，间隙较大时移动模对管材的约束作用又将 减小. 因此，确定管材与移动模的间隙大小对提高 自由弯曲成形件的质量十分重要. 图 9 展示了间 隙 c 分别为 0, 0.1, 0.2, 0.3 和 0.4 mm 下管材成形结 果. 从图 9（a） 中可以发现，随着间隙的增大，管材 (a) 400 300 200 100 0 0 150 300 450 600 Length/mm Stress/MPa 750 Outside Inside Middle Outside Inside Middle Outside Inside Middle (c) 15 10 5 −5 0 0 Length/mm Thickness variation/ % 600 (b) 0.10 0.15 0.05 0 0 150 300 Length/mm Plastic strain 450 600 150 300 450 图 6    沿管材进给长度的应力应变及壁厚变化曲线. （a）应力；（b）应变；（c）壁厚 Fig.6    Stress, strain and thickness curve of bending along the feed length of pipe: (a) stress; (b) strain; (c) thickness 6 4 x y 2 0 0 Length/mm Ovality of cross section/ % 150 300 450 600 图 7    管材截面椭圆度 Fig.7    Ovality of pipe section 李玉森等： 铝合金管材 6061 自由弯曲成形工艺仿真及优化 · 773 ·