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T型三通管的现状

发布时间:2018-12-27     点击量:393

国外对 T 型三通管的研究开展的比较早。早在 20 世纪 40 年代,美国的J.E.Grey 等人就对无缝铜管成形 T 型三通管进行了研究,他们首次使用内压和轴向力共同作用的方法来成形。60 年代,Ogura、Ueda 等人对低碳钢、中碳钢管材内高压成形 T 型三通管进行了实验研究,并成形出了形状各异、枝管数目不同的各种零件。70 年代,Limb 等人通过实验研究了 T 型三通管内高压成形过程中摩擦的影响,指出了润滑对枝管高度和枝管顶部的影响。同时他们还以油为压力介质,分别对铜、铝、低碳钢的管材内高压成形 T 型三通管进行了实验研究,根据获得的枝管高度对润滑剂、材料性能进行了评价。近些年来,德国的 Paderborn 大学和美国的俄亥俄州立大学在内高压成形T 型三通管上做了大量的研究。德国 Paderborn 大学的 F.Volerstern 等人总结了 T 型三通管内高压成形的各工艺参数估算公式。具体给出了合模力、轴向进给力、反推冲头力、整形压力的估算公式;同时还给出了估算成形中破裂和起皱临界压力的计算公式,给出了颈缩的应变判据和枝管的最大胀形高度。而且他们还用矩形管坯内高压成形 T 型三通管进行了研究,指出了由于内外圆角半径过小和摩擦的原因阻碍了金属的流动,使底部增厚枝管顶部减薄;他们指出可以通过局部热处理的方式来对管坯进行处理,使成形时有利于金属的流动。德国 Paderborn 大学的 F.dohmann  等人经过研究后指出:由于摩擦的影响,在成形过程中轴向力总会有所损失。在 T 型三通管内高压成形补料的过程中,当水平冲头的轴向推力超过一个临界水平,压缩失稳就会在管坯不规则的压缩变形处产生。他们给出了一个实例来说明补料段管长对可获得的枝管高度的影响,如图 1-10。经过理论的推导计算,得到了出现失稳状态的判据。美国俄亥俄州立大学的 M. Ahmetoglu 等人对低碳钢焊接管材内高压成形 T 型三通管进行了模拟和实验研究。模拟和实验结果都表明:枝管高度过高将使枝管顶部减薄严重而出现破裂。他们还研究了焊缝位置的不同对成形的影响, 研究结果表明不同的焊缝位置对成形影响较小,三种不同的焊缝位置如图 1-11。他们还研究了内高压成形中摩擦的摩擦问题,研究结果表明:在压力不高时,摩擦力满足库仑定律;在接触压力接近管坯金属流动应力时,需要引入纯剪应力模型。Muammer Koc 等人指出对于 T 型三通管内高压成形时,为了使枝杈管的高度更高,需要引入反推冲头,并给出了反推冲头力的计算公式。运用该公式对材料为 SS409,壁厚为 1.65mm 的 T 型三通管反推冲头力进行了计算,计算的结果和数值模拟值很接近。除了德国和美国外,国外其它国家也对 T 型三通管展开了一些研究。在日本,H.Mizukoshi,H.Okada 等人研究了材料的延伸率、n 值及补料量对铝合金 T 型三通管枝管高度的影响,给出了零件成形后的壁厚分布和零件表面的应变分布。韩国对 T 型三通管展开了数值模拟方面的研究,他们提出了一种新的有限元方法来预测成形过程中可能出现的缺陷,并把该方法运用到其它内高压成形件中。法国和意大利对T型三通管研究主要集中在数值模拟方面。法国Franche-Comte大学O.Ghouti、M.baida等人提出了一套算法,这套算法可以为后继的模拟过程提供优化的加载路径。意大利Palermo大学的N. Alberti,L. Fratini对材料是AISI1015钢,壁厚为1mm的T型三通管进行了有无反推冲头的数值模拟研究。研究结果表明采用反推冲头后三通管减薄更小,壁厚更均匀。爱尔兰的学者对铜管内高压成形 T 型三通管进行了实验和数值模拟的研究,并通过实验成形出了 T 型三通管,如图 1-12。实验和数值模拟的结果在壁厚分布、枝管高度上吻合的比较好。通过大量的数值模拟,结果表明枝管部分要得到比较好的壁厚分布必须要有合适的管坯长度、模具圆角半径和润滑条件。通过实验,结果表明压力相对于轴向补料增加的过快会在成形过程中产生破裂的缺陷;轴向补料相对于压力增加的过快则会产生起皱的缺陷。

在国内,我国学者对 T 型三通管成形进行了大量的研究。以前由于存在压力控制和密封的难题成形 T 型三通管主要是以聚氨酯为传力介质。随着压力控制和密封问题的解决,近些年来运用液体作为传力介质的研究越来越多。国内学者进行的研究主要有冲头力、反推冲头力和胀形力的计算,三通管的模具结构和管坯内液压力对成形的影响,液压成形中的密封等问题。上海交通大学的洪慎章等分析了T型三通管液压挤胀成形工艺的三个变形阶段,介绍了液压挤胀成形模具结构,分析了造成制件缺陷的主要原因。他们还给出了直三通管成形中零件应力、胀形压力、冲头力及反推冲头力的计算公式。燕山大学的刘庆国等人采用主应力法推导了T型三通管液压挤胀力计算公式,并运用该公式进行了实例计算,所得结果与实测值吻合较好,能够用于工程上的估算。中国船舶重工集团洛阳船舶材料研究所对T型三通管液压胀形的研究比较多。主要介绍了液压胀形三通管件的特性,探讨了工艺参数设计、胀形机工作性能调节、模具设计加工、设备性能保养等因素对T型三通管质量的影响,而且指出使用二硫化钼作润滑剂最好。同时还研究了T型三通管液压胀形过程中管端密封方法,给出了三种密封方式。西安重型机械研究所为洛阳船舶材料研究所设计了专用的液压胀形机,以生产用于海军潜水艇动力装置的Φ325*4的T型三通管。但该胀形机在实际中的应用效果却不理想,在生产厚壁碳钢管件时,成品率仅接近62%。经过改进胀形力控制系统后,成品率和产品质量都得到了较大的提高。华中科技大学的夏巨谌等人对T型管的内高压成形做了比较多的数值模拟研究,他们根据T型三通管成形双重非线性的特点,建立了动力分析有限元方程,开发了HP715/50工作站上运行的程序软件SFMT。利用该软件,分析了T 型三通管的成形过程、应力应变及壁厚变化分布、成形力的大小及相互匹配关系对成形的影响,有限元分析结果和实验研究结果吻合较好。他们还提出并采用“应变样条”法建立了挤压力、胀形力、反推冲头力间的数学表达式,并  运用自己开发的软件模拟分析和计算了这3个力的大小及相互匹配关系对成形的影响。海交通大学的杨兵等人以304不锈钢为材料,运用数值模拟研究了T型三通管内高压成形时r值、n值、摩擦系数和加载路径对成形的影响,并对某一个模拟结果进行了实验验证。

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