连接管件内径滚压成形有限元模型的建立及分析

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1、第!"卷第!期塑性工程学报5678!"!)68!"##$年"月,9:8!"##$%&’()*+&,-+*./010/23)40)33(0)4连接管件内径滚压成形有限元模型的建立及分析!"?!中国科学院金属研究所"沈阳!!!##!=#!吕昕宇!张士宏!许!沂;$!北京航空制造工程研究所"北京!!###"?#!曾元松!李志强摘!要!本文主要对5型连接管件内径滚压成形三维有限元模拟中的关键问题进行了研究!对实际加工中的模具进行了必要的简化"建立起符合实际加工过程的有限元仿真模型"对坯料网格进行合理的划分"给出模具与坯料间接触区约束及速度边界条件的处理

2、方法!结果表明"有限元仿真能比较真实地反映实际加工情况#变形区的速度场反映了金属产生塑性变形填入套管齿槽的成形行为#得到了齿槽宽度对连接件的成形性及成形载荷的影响!该模拟计算对于探索复杂的内径滚压成形规律具有重要意义!关键词!内径滚压成形#5型连接管件#有限元#/1?中图分类号!5"=!!!!文献标识码!*!!文章编号!!##<>"#!"$"##$%#!>##_$>#?用"并研制了相关的专用成形设备!国内在机械连!!引!言接管件方面研究仅局限于铝合金’不锈钢等材料的挤压成形"而钛合金连接管件的内径滚压成形技术连接管件是广泛应用于航空’航天’机械

3、’石的研究尚未开展"与国外的差距较大!油’化工’电力等工业部门管路系统中的关键零部目前"对连接管件内径滚压成形的理论研究很件"其成形方法很多"如焊接’形状记忆合金连接’少"多数是对连接件的实验及应用研究"采用有限机械连接等!而在一些重要设备中应用最多的是机元法对/1?钛合金连接件内径滚压成形的理论分析械连接"如内径挤压’内径滚压等!内径滚压成形至今未见更多报导"因而对其规律的探索研究有很是导管无扩口连接的一种精密成形方法"具有其它大的理论和实际意义!内径滚压成形过程是一种局(!)成形方法所无可比拟的诸多优点!钛合金管件内部循环加载的复杂变形过程

4、"当采用三维有限元模径滚压连接成形技术"是符合现代飞机对减重及高型来模拟复杂的塑性变形过程的时候"必然需要花度机动性等性能高要求标准的一种先进的管件连接费大量的计算时间!所以数学模型的建立和处理非技术!与传统焊接形式的钛合金管件连接相比"具常重要"在保证模拟结果真实的情况下"应尽可能有制造成本低’生产效率高’易于操作’连接可靠地减少计算时间"提高计算效率!本文结合实际加性强’检测简单等优点"所成形管件具有良好的气工情况"利用非线性有限元软件^3,&(M;^对连密性"可承受高温高压!接管件内径滚压成形进行模拟"对模拟中的一些关国外对钛合金内径滚压

5、成形的连接已经取得了键问题进行了处理"并应用于计算中得到了较好的突破"美国在过去"#年中所开发的钛合金连接管件模拟结果!内径滚压成形技术"已完全实现计算机自动控制!成形零件精度高"在,!$’,!=’.<=等飞机上得到"!计算模型广泛应用"并正在进一步进行高温钛合金连接管件滚压成形技术的研究"逐步向飞机发动机及航天领9A8!内径滚压成形原理域扩展!俄罗斯在这方面的研究也已具有很高的水内径滚压变形属于局部循环加载变形"其成形平"钛合金连接管件在多种型号飞机上得到广泛采的基本原理是"采用周向滚动的滚珠径向施加力的作用将管壁钛合金材料压入带槽的套管"从

6、而使管吕昕宇!3>@AB7&bV7[!B@D8AH8HG子和套管实现连接!作者简介&吕昕宇"女"!I#;>";#修订日期&"##?>!#>"I万方数据者放入半爪卡具$内进行固定#变形时首先是芯轴_=塑性工程学报第!"卷旋转!驱动磙子沿管坯内壁转动!同时芯轴沿轴向不断送进!使磙子径向进给!实现对管坯胀挤!完成导管与套管因产生塑性变形而连接在一起的成形过程"图"!有限元仿真模型,BC8"!,3MTB

7、@S7AWB6G@6E97;#单元网格划分"连接件靠导管与套管之间的塑性变形来实现密封"二者材料强度不同!主要是图!!内径滚压成形原理图及连接管件示意图导管变形!套管产生轻微变形!因此建模时把两者A#成形原理图$:#连接管件示意图均定义为变形体"导管填充套管过程中!套管齿尖,BC8!!,6D@BGCYDBGHBY79YBHWSD96LBGW9DGA7D677BGCYD6H9TT部位容易产生侵入现象!对导管上对应于齿尖部分AGE.HK9@AWBHEBACDA@6LH6GG9HWBGCWS:9进行局部细分"采用四面体单元进行分网!划分网A#,6D@

8、BGCYDBGHBY79YBHWSD9$:#.HK9@AWBHEBACDA@格后的导管与套管如图;所示"6LH6GG9HWBGCWS:99A9!模型建