薄壁管滚珠旋压成形数值模拟

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1、20o9年12月沈阳理工大学学报V01．28No．6第28卷第6期TRANSACTIONS0FSHENYANGLIGONGUNIVERSITYDec．2009文章编号：1003—1251(2009)06—0021—03薄壁管滚珠旋压成形数值模拟张宁，李永华，王忠堂(沈阳理工大学材料科学与工程学院，辽宁沈阳110159)摘要：应用DEFORM．3D软件建立了薄壁管滚珠旋压成形的三维有限元模型，通过对影响滚珠旋压加工的关键工艺参数一进给比进行模拟，得到金属流动的规律及其对表面质量的影响，并进一步分析了应力、应变和旋压力随进给比的变化．模拟结果表明进

2、给比为0．8～lmm／r时旋压成形过程处于较好的稳定状态．关键词：薄壁管；滚珠旋压；数值模拟中图分类号：TG306文献标识码：ANumericalSimulationofBall—spinningFormingProcessforThin—walledTubeZHANGNing，LIYong—hua，WANGZhong—tang(ShenyangLigongUniversity，Shenyang110159，China)Abstract：The3DFEMelastic—plasticmodelofball—spinningprocessfort

3、hin—walledtubeiscreatedbyusingDEFORM一3Dsoftware．Thelawofthemetalflowanditsinfluenceonsur—facequalityhavebeenobtainedthroughsimulationonthekeytechnicalparametersaffectingtheball—spinningprocess—feedingratio．Thesimulationresultsindicatethat，whenfeedingra—tioisintherangeof0．8～1

4、mm／r，thespinningprocesscanbeinsteadystate．Keywords：thin—walledtube；ball-spinning；numericalsimulation滚珠旋压具有变薄旋压的特征，是采用滚珠的调整，反复调试，但这些信息通常是不向外界发替代旋轮的变薄旋压成形方法．滚珠旋压是制造布的，这使得滚珠旋压这项工艺参数选择和技术小直径高精度薄壁管的成形工艺，具有力学载荷推广受到了很大的限制i24]．本文选用GH4169作低且对称、变形区小且稳定、旋压件尺寸精度高等为旋压材料，所建模型借鉴了前人相关经验，主特点

5、．不仅在航空、航天、兵器等金属精密加工技要对滚珠进给比这一主要工艺参数进行模拟，初术领域占有重要地位，在化工、机械制造、电子及步分析了薄壁管滚珠旋压成形过程的一般规律，轻工业等领域也得到了广泛的应用¨．这对滚珠旋压成形高强度高精度薄壁管件具有一滚珠旋压的具体工艺是通过多年的经验积定的参考价值．累，获得了一定的工艺参数范围，再根据不同材质、不同尺寸、不同的精度要求将工艺参数作相应有限元模型的建立收稿日期：2009—09—141．1模拟软件的选择与模型的建立作者简介：张宁(1984一)，女，硕士研究生；通讯作者：李永华(I97O一)，男，副教授，博

6、士后，研究方向：金属塑性成考虑到软件DEFORM一3D具有同时进行单元型理沦及应刚．的整体网格重划和局部网格重划能力，并且重划·22·沈阳理工大学学报2009年分能力比较强，重划分后的模型不失真，而且计算量很小，并且会引起工件的隆起、扩径或纵剖面扭时间速度较快，本文应用DEFORM-3D进行模拟曲等质量缺陷．计算．为方便旋压过程的模拟计算，模拟时假定芯模和毛坯静止无转动，滚珠沿毛坯表面以一定轨迹运动的变形模式，在旋转的同时做进给运动，并且把变形体的固定端速度设为零即可．本文用PRO／E软件建立了模拟模型，导人(a)径同流动矢量图(b)轴向流动矢

7、量图(c彻向流动矢量图DEFORM-3D中经过组装的模型如图1所示，其中1a为三维模型，1b为端面图．图2金属的流动速度矢量图在实际生产中应尽可能促进金属在上述第一个方向上的流动，而减少后两个方向上的流动．图2所示恰为轴向速度最大值(约为85mm／s)大于。径向速度最大值(约为65mm／s)和切向速度最大值(约为50mm／s)的时刻一事实上，在旋压时，材料要承受一个很大的由一一滚珠旋转所产生的切向的旋转力矩，这种切向流(a)有限元模型(b)模型端面图动使材料向轴向流动的同时还受到切向的力矩，图1三维筒形絮滚珠旋压有限蔷元模型因此材料有轴向的剪切

8、变形，即金属的切向流动(如图2c)．切向流动的速度在某一时刻会很大．1．2模拟参数的设置2．2进给比对筒形件表面质量的影响本文以第一道次旋压为例研究，