1、Φ273 彎頭反推仿真模型的建立
同一規格的彎頭冷推制成形過程和其反推得到精確管坯尺寸的過程所建立的模型非常相似,模具、芯棒和推頂裝置仍然選用冷推制成形時的模型,冷推時的管坯模型需要更換為成品彎頭模型,同時模型所采用的網格類型、邊界條件、加載路徑等參數也需要做相應的調整。
如圖3-8,在反推前的成品彎頭增加了一定的加工余量,在推頂處增加了5°的彎度,另一端處增加了一定量的直管段。
基于彎頭模型的不規則性且變形為大變形,彎頭的單元類型依舊選用C3D4(4節點線形四面體單元)。模具、芯棒及推頂裝置的的單元類型選用離散剛體單元R3D4。
基于模型的對稱性,建立關于 X-Y 面對稱的仿真模型。管坯與模具之間選用庫倫摩擦模型、摩擦系數為0.1,法向方向設置為硬接觸。彎頭反推過程以模具與芯棒固定,推頂裝置推動彎頭轉動為加載方式,當彎頭逆時針轉動95°時,加載完畢。
考慮到彎頭反推是一個彎曲大變形問題以及考慮到計算速度的問題,在彎頭反推模擬過程選用ABAQUS/Explicit 求解器。
對模型進行評估,經過能量分析,彎頭反推仿真模擬模型的整個過程可以看作是一個準靜態響應過程,并且此次仿真模擬模型所應用的加載方式也是可以接受的。
2、Φ273 彎頭管坯反算結果分析
彎頭反推模型經過 ABAQUS 有限元仿真模擬得到如圖3-9 所示結果。將反推后的管坯輪廓以igs 格式導出并導入UG 中,即得到了管坯反推出的原始尺寸如圖3-10。
由彎頭反推得到的管坯形狀和尺寸,運用上一章得到的方法進行相似處理,得到的Φ273 彎頭的梯形管坯尺寸如圖3-11。將得到的管坯模型進行冷推,經過ABAQUS 有限元仿真模擬得到如圖3-12 所示結果。
3、成形結果分析
為了能夠更加直觀的得到彎頭的成形結果,將模擬推制出的彎頭導入 UG 中,得到成形彎頭截面投影圖,如圖3-13。
從成形彎頭角度來看,由反推得到的梯形管坯模擬推制出的彎頭符合彎頭90°成形角度,沒有出現角度不足的情況,并且有少量加工余量,符合90°彎頭標準。
取90°彎頭的10個截面中的外弧壁厚和其內弧壁厚,詳見表3-3,圖3-14 是仿真模擬出的彎頭對稱面壁厚圖及壁厚測量圖。實際生產工廠給出壁厚合格范圍為7.2mm-8.8mm,由表3-3 可以看出在1 截面處即端口部位壁厚略厚,超出8.8mm,5、6、7 截面處,內弧壁厚也超出8.8mm,整個彎頭最厚壁厚為8.94mm,與合格彎頭壁厚最厚值相差1.6%,可以認為成形彎頭壁厚是合格的。
取彎頭0°截面及90°截面,測量其橢圓度,如圖3-15。彎頭0°截面橢圓度為0.36%,彎頭90°截面橢圓度為0.42%,截面橢圓度均在合格范圍1%以內,可見成形彎頭端面橢圓度是合格的。
將彎頭反推得到的管坯尺寸與目前工廠提供的管坯尺寸作對比,可以看出,運用彎頭反推得到的管坯尺寸更為精確,不僅保證了彎頭成品的合格,同時減少了加工余量,提高了材料的利用率。按整個管坯的體積算,工廠提供管坯體積為4512563.14mm3,運用彎頭反推得到的管坯體積為4309965.35mm3,大約節省了4.50%。
由此可以得出結論,運用ABAQUS 模擬仿真彎頭反推過程從而得到管坯下料精確尺寸的方法是可靠的。