背压对并列双支管内高压成形 充模能力与壁厚的影响

摘要：为了探究并列双支管内高压成形过程中管件成形性能，本文采用数值模拟方法研究了背压对管件充模能力以及壁厚的影响。结果表明：在最大内压和轴向进给量不变的情况下，相比无背压冲头的加载路径，具有背压加载路径的并列双支管的充模能力提高5.6%，支管顶部最大减薄率降低39%，有效防止了管件破裂。背压加载路径有效提高管件的充模能力和延缓壁厚减薄，从而提高管件成形性能。随着背压冲头后退速度增加，并列双支管的充模能力基本不变，最大减薄率和支管高度增大。

【作者】陈名涛, 肖小亭, 郭衡, 童江槐, 温剑平

近20 年来，内高压成形工艺广泛应用于复杂结构管件的生产， 主要通过对管坯施加内压和轴向进给进行管件成形， 其具有传统成形工艺无法比拟的优点：轻量化、成形质量高、成形工序少以及节约成本等[1-3]。因此，越来越多的多通管类零件采用内高压成形工艺进行一体化成形， 以保证零件质量和实现结构的轻量化。加载路径（内压、轴向进给匹配关系） 作为多通管内高压成形工艺最重要的工艺参数之一，直接影响零件成形质量，因此许多学者进行加载路径对多通管内高压成形工艺影响的研究。Huang 等[4]采用自适应支持向量回归进行三通管内高压成形的加载路径优化， 为工程人员提供加载路径合适的最优解。Ghosh 等[5]对多通管进行分类，建立其相对应的互动和实时数据库， 并采用多维样条插值方法进行不同类别的多通管内高压成形加载路径的预测， 有效地节约了模拟和实验时间。Hwang等[6]采用背压加载路径进行三通管内高压成形实验，研究结果表明，相比没有背压的加载路径，采用背压冲头成形支管高度提高20%。PengJY 等[7]采用多段式冲头改变导向区内压分布，进行Y 型管内高压成形实验，通过减小摩擦力提高材料的流动性，改善壁厚均匀性和减薄率。

相比T 型三通管、Y 型管， 并列双支管结构较为复杂，其两个支管在同一侧并列分布，支管内侧无法得到补料，导致成形难度增大。章凯等[8]采用有限元方法进行单侧双排四通管内高压成形壁厚与补料规律的研究， 但并未研究不同背压加载路径对壁厚分布的影响规律。温华典等[9]进行多支管内高压成形缺陷的研究，以提高支管高度为目标，提出了相应的解决方案， 但未从加载路径角度揭示其缺陷形成的原因。

因此， 为了探究背压加载路径对并列双支管内高压成形性能的影响规律， 采用数值模拟的方法进行不同背压加载路径对并列双支管的支管充模能力以及壁厚减薄率影响的研究。