[發明專利]一種管材液壓成形的快速預測方法

有效

• 申請號: 201710236597.3
• 申請日: 2017-04-12
• 公開（公告）號: CN106874636B
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 鮑益東;周佳愷;王珉;陳文亮;秦雪嬌;李國梁;丁咚;樊勝寶;王雯
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;G06F119/18
• 代理公司: 南京同澤專利事務所(特殊普通合伙) 32245
• 代理人: 趙洪玉;閆彪

本發明涉及一種管材液壓成形的快速預測方法，包括以下步驟：對管坯的外表面和模具的成形面分別劃分網格根據預設管坯的軸向進給量對管坯網格的節點沿管坯的軸向作位移；依次將位移后的管坯網格的節點沿該節點的法向投影到模具的成形面上，以投影后的管坯網格作為初始解，通過有限元方法對管坯的最終構形進行求解；計算每個管件外表面網格的預估厚度，得到該管件外表面網格節點的實際厚度，并生成管件內表面網格，最終得到液壓成形后的管件。該方法可以快速預測管材液壓成形后的性能參數，從而可以進行工藝參數的不斷調試與研究，節約生產成本和時間。

技術領域

本發明涉及一種管材液壓成形的快速預測方法，屬于管材成形技術領域。

背景技術

隨著國民經濟的不斷發展，汽車、飛機等交通工具制造行業的競爭越來越激烈，管材液壓成形由于其產品具有輕量化、一體化及高靈活性等優點，在生產過程中得到了快速的發展。

管材液壓成形原理如圖1所示，首先把管坯2置入下模4，并將上模1和下模4閉合然后向管坯2內部充入液體介質，產生液壓力P，最后由軸向沖頭3進給，將管坯2的兩端密封，同時通過施加軸向推力或位移在脹形過程中補料，內壓和軸向進給相互配合使管坯產生變形，最終使管坯成形。此時，還必須對可分式模具施加約束壓力F_G，從而確保軸向進給力F_R同步進行。

在管材液壓成形工藝中，管坯的材料和直徑、模具的幾何形狀、液壓力、軸向進給力和加載路徑等參數都影響著管件的成形性能，只有各種參數匹配適當時，才能生產出良好的零件。為了保證成形后的管件符合設計要求，需要對成形后的管件進行性能測試，然后根據測試結果不斷調整管坯的材料和直徑、模具的幾何形狀、液壓力、軸向進給力和加載路徑等再對管坯進行液壓成形，重復進行以上操作直到成形后的管件達標。因此在設計液壓成形工藝時，需要重復調整各種參數，經濟成本和時間成本均居高不下，尤其是改變模具的幾何形狀時，需要重新開模，經濟成本更是顯著上升。

為了有效地節約時間和經濟成本，在管材液壓成形的研究過程中，學者們主要采用基于基于塑性流動理論的增量法通過有限元模擬方法進行仿真，比如PAM-STAMP、Abaqus、LS-DYNA等。上述增量法在仿真時需要構造管坯至管件之間變形的多個中間狀態，相鄰兩個狀態之間均需通過有限元方法進行模擬，因此不但設置復雜，使用要求較高，而且計算量太大，耗時太長，往往需要幾個小時甚至數天才能完成，在液壓成形工藝的設計初期，不具有太大的實用價值。

發明內容

本發明要解決技術問題是：克服上述技術的缺點，提供一種誤差小、精度高的可以快速預測管材液壓成形后的性能參數的方法，該方法可以通過模擬仿真的方式進行工藝參數的不斷調試與研究，節約生產成本和時間。

為了解決上述技術問題，本發明提出的技術方案是：一種管材液壓成形的快速預測方法，包括以下步驟：

步驟一、對管坯的外表面和模具的成形面分別劃分網格得到管坯網格和模具網格，根據預設管坯的軸向進給量對管坯網格的節點沿管坯的軸向作位移，其中管坯中點處的節點位移量為0，管坯中點至管坯端部網格節點的位移量呈線性分布；

步驟二、依次將位移后的管坯網格的節點沿該節點的法向投影到模具的成形面上，并將投影后的投影點按投影前的連接順序相連，從而得到投影后的管坯網格；

步驟三、以投影后的管坯網格作為初始解，通過有限元方法對管坯的最終構形進行求解，過程如下：

1)根據投影后的管坯網格、管坯的材料參數以及預設的管坯內液壓力，得到管坯的每個網格節點的塑性應變和應力，從而計算得到作用在每個網格節點上的內力和外力；

2)根據每個管坯網格節點的外力以及管坯與模具之間的摩擦系數得到每個管坯網格節點的摩擦力；

3)根據管坯所有節點內力、外力和摩擦力所做的功之和為零建立有限元平衡方程；