大□径三通支管拉拔成形数值模拟与试验研究
摘要:通过有眼元数值模拟与试验,对高钢级#508mn和4l219txm等径三通热挤压成形工艺过程中支 管拉拢工序的工艺参数进行研究。首先通过数值模拟对拉拢道次的确定和成形载荷给出了合理定性的 分析，最后通过sJ508nin等径三通拉拢成形试验对数值糢拟的结果进行验证。其研究结果对实标生产 有一定的指导作用。
关键词:三通；支管；高钢级;拉拔;数值模拟
三通管件是管道工程中重要而且用量较大的 管道配件，以往大口径三通大多采用铸造、焊接方 法生产，目前比较先进的成形方法主要是采用热挤 压成形。三通的热挤压工序一般分为4步：制坯— 压扁—压包—拉拔。在成形过程中，拉拔工序直接 决定三通挤压成形的成败。然而对于支管拉拔工序 中拉拔道次的分析和确定以及三通支管拉拔模具 的设计，往往只凭经验，这势必会生产出很多的废 品，加大生产成本。目前国内对三通的拉拔成形很 少有数值模拟分析和理论研究，现运用美国De> fom>3D公司开发的大型通用有限元软件，对三通管
收稿日期:2009 - 06 - 10。
作者简介:刘丽敏（1976-),女,陕西渭南人,工程师，从亊先进 成形技术与装备的研发工作，地址：北京市海淀区学淸路18号 312 房间,(电话)13520623816，(电子信箱)lh>limin05@163. ccnio
件挤压成形过程的支管拉拔成形工序进行三维有限 元模拟,以得到合理的工艺参数，起到事半功倍的效 果。并在此基础上对制造的工艺模具进行试验验 证，这对于以后的实际设计与生产有很好的指导和 借鉴作用。
2数值模拟系统的建立
在处理大型管件成形中的几何非线性问题时， 以采用有限变形理论为基础的非线性连续介质力学 理论最为有效，材料非线性的解决方案是采用结合 适当屈服准则的非线性塑性本构方程，边界非线性 的求解主要有罚函数法、拉格朗日乘子法、直接约束 法等方法[11。采用Pro/E软件提供的三维造型平台 对模具进行三维实体造型，并将其转换成为数值模 拟软件所需要的* .sd文件格式。在三通的成形中， 由于施加压力的部件由SPEED控制，中只
能采用SPARSE求解器进行计算，迭代方法取系统 默认的Direct迭代法，成形中的体积损失在再划分 网格时进行补偿。
材料在一定温度范围内的变形抗力数据是确 定成形工艺、选择成形设备的重要依据。建立该材 料成形的有限元模型时，材料变形抗力数据是影响 模拟精度的主要因素之一 |2]。试验件采用X80钢
多lOmnXlSnxn圆柱体，由动态材料热力模拟试验 机的计算机系统自动采集真应力、应变、压力、位移、 温度、时间等数据，从而得到模拟的材料模型。由 0£EBLE1500及aEHBIE3500动态材料热力模拟 试验机的计算机系统自动采集真应力、应变、压力、 位移、温度、时间等数据，根据这些数据绘制出应力 应变曲线，如图1所示。
图1 X80材料应力曲线示意图
3三通管件拉拔成形三维有限元模拟 3.1研究对象分析
研究对象一为-508rmi等径三通（见图2),其 支管直径与主管直径相同，壁厚18.4nm,管件长 度762rnn，支管高度381 imio研究对象二为匁219 run等径三通（见图3),其支管直径与主管直径相 同，为.1 219mm,壁厚50mm，管件长度1 778mm， 支管高度为838nmo设置工件加热温度为1 000 X：， 成形初始温度为8501 (考虑工件与空气、模具之间 的热传导)，压机工作速度lOnm/s。研究内容是对 彡508mm和# 1219 mm等径二通在压包工序结束后， 经过切口工艺(切口形状分别为440rnnX 270rim和 1055irniX650nxn椭圆孔）的工件进行拉拔工序的 有限元模拟分析。
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图2 >508 trni等径三通零件及坯料图 3.2三通拉拔模具
图3 41219 inn等径三通零件及坯料图
压包工序结束后，工件起包部分形状似马鞍，经 切口工序后,支管开口形状为椭圆，未能达到设计要 求,故要对三通的支管部分进行拉拔成形。图4就是 拉拔模具的凹、凸模三维图，图5为拉拔力学模型
图。
3.3 _nm等径三通数值模拟与分析
从工艺方面分析，等径三通的支管难以1次拉 拔成形，必须分成多道拉拔。模拟初步定了 2种方案 进行比较分析。1种采用2道拉拔成形(见图6);另1 种采用3道拉拔成形(见图7)。2道拉拔的凸模直径 分别为：-350、M50mmo 3道拉拔的凸模直径分别 为4300、幻70d450mno现针对2种方案成形时的 拉拔力以及成形后支管的壁厚进行模拟分析。
