.776 工程科学学报，第42卷，第6期 越大.因此，管材进给所需的推进力也随摩擦系数 此，找到一个最佳的进给速度显得十分重要.本节 的增大迅速增大，这就对成形设备提出了更高的 将主要对5~800mms的不同进给速度进行仿真 要求.同时，由于移动模对管材轴向方向材料流动 分析来研究进给速度对自由弯曲成形工艺的影 性的阻碍，使得管材内部变形不均匀性升高.因 响.图13展示了当固定模与移动模的距离L为 此，随摩擦系数的增大，管材成形后的残余应力也 90mm,移动模的偏移量u为40mm时，管材不同 迅速增加，如图11(c).尽管摩擦力越大，管材截面 进给速度成形后的残余应力、推进力、壁厚减薄 椭圆度越小，但远不如摩擦力对残余应力和推进 及截面椭圆度变化.由图13可知，在一般成形时 力的影响明显.综合考虑来看，本文推荐选择管材 管材进给速度对成形结果影响不大.图14所示为 与移动模间的摩擦系数为f=0.1.此时，成形后的 固定模与移动模的距离L为90mm,移动模的偏移 管材平均截面椭圆度为3.7%，处于截面变形较低 量u为60mm时，管材进给速度分别为5和50mms 程度.同时，管材进给所需推进力和变形后的残余 时的成形结果.显而易见的，当进给速度为50mms 应力也均较低 时，管材发生了压瘪现象.考虑到是由于较大的进 3.4管材进给速度的参数优化 给速度让管材产生较大的应变速率，而较大的应 管材的进给速度和管材的成形效率密切相 变速率致使管材塑性能力降低，造成上述现象 关，较大的进给速度意味着较高的成形效率.因 为进一步研究进给速度对管材成形质量的影 4.0 163 (a) (b) 6684 6.4 162 w/ssan 6672 5.6 161 160 6660 3.0 4.8 159 6648 2.5 4.0 102050100200400800 5 102050100200400800 Velocity/(mm-s) Velocity/(mm-s) 图13不同速度下应力、推进力、壁厚和椭圆度变化曲线 Fig.13 Stress,pushing force,thickness,and ovality curve with different velocities 300 250 200 50 mm-s- =5 mm's 100 5 102050100200400800 图145和50mms进给速度的成形结果 Velocity/(mm's) Fig.14 Forming result of bending with different velocities 图15不同进给速度下的成形极限 Fig.15 Forming limit of bending with different velocities 响，对不同速度下能够加工满足要求（壁厚减薄率 不超过6%，截面椭圆度不超过8%)移动模的最大 4 结论 偏移量，即管材的成形极限进行了分析，结果如 图15所示.考虑到弯曲半径与管材直径比3.5的 (1)本文选择直径30.0mm壁厚2.0mm的铝合 成形目标以及较大加工效率，选择速度v=20mms 金管材6061为研究对象，通过管材基础的拉伸实 作为自由弯曲成形管材进给速度 验获得管材基本力学数据，并确定仿真本构模型f = 0.1 越大. 因此，管材进给所需的推进力也随摩擦系数 的增大迅速增大，这就对成形设备提出了更高的 要求. 同时，由于移动模对管材轴向方向材料流动 性的阻碍，使得管材内部变形不均匀性升高. 因 此，随摩擦系数的增大，管材成形后的残余应力也 迅速增加，如图 11（c）. 尽管摩擦力越大，管材截面 椭圆度越小，但远不如摩擦力对残余应力和推进 力的影响明显. 综合考虑来看，本文推荐选择管材 与移动模间的摩擦系数为 . 此时，成形后的 管材平均截面椭圆度为 3.7%，处于截面变形较低 程度. 同时，管材进给所需推进力和变形后的残余 应力也均较低. 3.4    管材进给速度的参数优化 管材的进给速度和管材的成形效率密切相 关，较大的进给速度意味着较高的成形效率. 因 此，找到一个最佳的进给速度显得十分重要. 本节 将主要对 5～800 mm·s−1 的不同进给速度进行仿真 分析来研究进给速度对自由弯曲成形工艺的影 响. 图 13 展示了当固定模与移动模的距离 L 为 90 mm，移动模的偏移量 u 为 40 mm 时，管材不同 进给速度成形后的残余应力、推进力、壁厚减薄 及截面椭圆度变化. 由图 13 可知，在一般成形时 管材进给速度对成形结果影响不大. 图 14 所示为 固定模与移动模的距离 L 为 90 mm，移动模的偏移 量 u 为 60 mm 时，管材进给速度分别为 5 和 50 mm·s−1 时的成形结果. 显而易见的，当进给速度为 50 mm·s−1 时，管材发生了压瘪现象. 考虑到是由于较大的进 给速度让管材产生较大的应变速率，而较大的应 变速率致使管材塑性能力降低，造成上述现象. 为进一步研究进给速度对管材成形质量的影 响，对不同速度下能够加工满足要求（壁厚减薄率 不超过 6%，截面椭圆度不超过 8%）移动模的最大 偏移量，即管材的成形极限进行了分析，结果如 图 15 所示. 考虑到弯曲半径与管材直径比 3.5 的 成形目标以及较大加工效率，选择速度 v = 20 mm·s−1 作为自由弯曲成形管材进给速度. 4    结论 （1）本文选择直径 30.0 mm 壁厚 2.0 mm 的铝合 金管材 6061 为研究对象，通过管材基础的拉伸实 验获得管材基本力学数据，并确定仿真本构模型 3.5 4.0 3.0 2.5 5 (b) Thickness reduction/ % 6.4 4.8 5.6 4.0 Ovality of cross section/ % 162 161 163 160 159 158 6672 6648 5 (a) Velocity/(mm·s−1) Residual stress/MPa Force of pusher/N 400 800 6684 6660 10 50 20 100 200 Velocity/(mm·s−1) 10 50 20 100 200 400 800 图 13    不同速度下应力、推进力、壁厚和椭圆度变化曲线 Fig.13    Stress, pushing force, thickness, and ovality curve with different velocities v=50 mm·s−1 v=5 mm·s−1 图 14    5 和 50 mm·s−1 进给速度的成形结果 Fig.14    Forming result of bending with different velocities 300 150 5 Limiting bending tadius/mm Velocity/(mm·s−1) 10 50 20 100 200 400 800 250 100 200 图 15    不同进给速度下的成形极限 Fig.15    Forming limit of bending with different velocities · 776 · 工程科学学报，第 42 卷，第 6 期