空调联箱多支管的顺序液压成形方法.pdf

2 0 1 2年 4月 第 4 O卷 第 7期 机床与液压 MACHI NE TOOL ＆ HYDRAUL I CS Ap r ．2 0 1 2 Vo 1 ． 4 0 No ． 7 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 2 ． 0 7 ． 0 0 3 空调联箱多支管的顺序液压成形方法 温华典，肖小亭，谭利广 ，章凯，陈颖 广东工业大学材料与能源学院，广东广州5 1 0 0 0 6 摘要以空调联箱多支管件为研究 目标 ，探索适合生产多个支管的顺序液压成形方法。运用有限元方法对变形过程进 行模拟 ，通过分析不同成形方案支管的高度和壁厚的分布情况，由此得出最佳的工艺方案。结果表明运用顺序液压成形 方法生产空调联箱多支管是可行的，支管的高度和数目都能达到要求。 关键词 顺序液压成形；多支管；数值模拟 ；空调联箱 中图分类号 T G 3 9 4 文献标识码 A 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 2 7 0 0 8 3 The Or d i n a l Hy d r o f o r mi ng M e t h o d f o r Ai r Hu nd l i n g Uni t W EN Hua d i a n，XI AO Xi a o t i n g，TAN L i g ua n g，ZHANG Ka i ，CHEN Yi ng F a c u h y o f Ma t e r i a l s a n d E n e r g y ，G u a n g d o n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o gy， G u a n g z h o u G u a n g d o n g 5 1 0 0 0 6 ，C h i n a A b s t r a c t T a k i n g t h e m u l t i - w a y t u b e o n a i r h u n d l i n g u n i t a s r e s e a r c h o b j e c t ， t h e s u i t a b l e o r d i n a l h y d r o - f o r m i n g me t h o d t o p r o d u c e t h e mu l t i w a y t u b e s wa s f o u n d o u t ．Ut i l i z i n g t h e f i n i t e e l e me n t me t h o d t o s i mu l a t e t h e d e f o r ma t i o n p r o c e s s ，t h r o u g h a n a l y z i n g t h e d i s t r i b u t i o n l a ws o f b r a n c h h e i g h t a n d t h e t h i c k n e s s o f t h e d i f f e r e n t p r o c e s s s c h e me s ，t h e b e s t o n e w a s r e v e a l e d ．Re s u l t s s h o w t h a t t h e o r d i n a l h y d r o f o r mi n g me t h o d f o r a i r h u n d l i n g u n i t i s f e a s i b l e，a n d t h e r e q u i r e me n t s f o r t u b e s h e i g h t a n d q u a n t i t y c a n b e me t ． Ke y wo r d s O r d i n a l h y d r o - f o r mi n g ；Mu l t i wa y t u b e ；Nu me r i c a l s i mu l a t i o n；Ai r h u n d l i n g u n i t 由于对 氟 利 昂冷 媒的限制，国家对家 用 空 调冷 凝 器 的技 术 要求越来越 高 。空 调 联 箱是 空 调 冷凝 器 的 重 要 部 件 ，如 图 1 所 示 。由于 其 在 运 行 图 1 空调联箱多通管件 过程中处于较恶劣工况条件，受到热交变载荷作用， 特别是焊缝部分。其失效的根本原因是在厚壁联箱上 存在相 当高的温差应力 。联箱 的内外壁温度差沿壁厚 线性分 布 ，厚度越 大 ，温差越 大 ，相应 的温差应力 也 就越高 ，介质直接作 用在联箱简 体上形成疲 劳裂 纹 。由于联箱密集连接了诸多管件 ，是介质剧烈地 分流或集中的地方，其受力也较复杂容易引起失效。 液压成形是一种先进制造技术 ，属机电一体化领域 ， 涉及液压技术 、模具技术、材料技术 、计算机软件技 术及 自动控制技术等诸多方面 。 1 空调联箱 多支管件的成形方法简介 1 ． 1 焊接 成 形 传统的空调联箱多支管大多采用焊接成形 ，但这 种成形工艺方法存在以下不足焊接表面在环境腐蚀 条件下发生均匀腐蚀 ；局部未焊合、疏松和孔洞等焊 接缺陷对密封性产生影响，对冷凝器的使用寿命有一 定的影响。另外，管材与联箱的连接形式为 T形结 构 ，其应力集 中系数较大 ，容易在 焊接处 出现裂 纹 。 1 ． 2 拉 拔成 形 霍丽 芬等 发明了一种联 箱支管的制造方法 ，这 个发明是在联箱主管上的支管先钻出孔，然后将其架 设在专用支架上，逐个加热拉拔而成。 1 ． 3液压 成形 管件内高压成形工艺是近几年发展起来的一种新 的塑性成形 技 术。与 常规 生产 工 艺相 比，具 有 成 本 低 、柔性 高 、成形性 能好等优 点 ，非 常适 于生产空体 结构件，如空调冷凝器的散热管等 。 2 空调联箱多支管液压成形的数值模拟 2 ． 1 空调联 箱多支管液压成形数值分析方法 近年来飞速发展的数值模拟技术成为解决液压成 形问题的有效手段。数值模拟不仅能准确地反映管件 液压成形的过程，预测成形缺陷 ，显示工件的贴模性 与成形情况 ，给出壁厚分布，而且可以方便地调整内 压与轴向位移的匹配关系，研究其对成形缺陷和壁厚 分布 的影响 ，以获得最佳 的加载 曲线 ，在此基础上再 进行实验验证与调整 ，可以有效地缩短实验周期、节 收稿 日期 2 0 1 1 0 31 4 基金项目国家自然科学基金资助项 目 U 0 9 3 4 0 0 6 作者简介温华典 1 9 8 6 一 ，男，在读硕士研究生。Em a i l w h d 2 0 1 6 y a h o o ． c n 。 第 7期 温华典 等空调联箱多支管的顺序液压成形方法 9 约时间和成本 。 2 ． 2 空调联箱多支管有限元模型 2 ． 2 ． 1 几何模 型 多支管液压成形有限元模拟的网格模型如图2 示。 图2 多支管液压成形模拟的网格模型 2 ． 2 ． 2材料模 型 材料参数为纯铜，直径为 1 2 m m，长度为 2 5 0 m m，厚度为 1 m m；质 量密 度为 8 ． 9 g ／ c m ；弹性 模 量为 1 ． 1 9 81 0 ；泊松 比为 0 ． 3 1 。 2 ． 2 ． 3 边 界条 件 在多支管液压成形过程模拟中，将凹模设定为刚 性，在软件中设定其位移为零 ，即不考虑变形 ；内压 力设定 为均匀地作用在管坯的 内表面 ，方 向与单元的 法 向量一致 ；挤压冲头力通过设定挤压 冲头 的运动速 度或者位移来控制，即在软件中设定了左右冲头的运 动速度 ，方 向相 向 ；平衡 冲头力也通过设定平衡 冲头 的运动速度 或者位 移来控 制 ，即在软件 中设定 了平衡 冲头 的运 动速度 ，方向与支管成形方向一致。 3 空调联箱多支管的顺序液压成形 3 ． 1 成 形 方法 文 中所研究 的空调联箱多 支管的顺序成形 方法 是 指按照先后顺序成形出不同的支管。具体的成形顺序 有两种 。如图 3 a 、 b 所 示 。图 3 a 的成形 顺序为先成形出中间两个支管 ，接着成形靠近中间的 两个 支管 ，以此类推 ，从 中间往两端顺 序成形 。图 3 b 的成形顺序为先成形 出左边第一个支管 ，接着 成形第二个支管 ，以此类推 ，从一端到另一端逐个成 形支管 。除此之外 ，与顺序成形 方法 相区别 的是多个 支 管同时成形的方法 ，一次成形多个支管 。 ．．．n n一 ． ．． n 一I I [ ] ] [二二] a 成形顺序一 图3 多支管的顺序成形方法 3 ． 2 成 形模 拟 结果 文中的成形模拟采取了3种方案。方案一为多个 支管同时成形；方案二为图 3 a 所示的顺序成形 方法；方案三为图 3 b 所示的顺序成形方法。选 择同样的加载路径对以上 3 种工艺方案进行模拟，并 对模拟出的支管高度和壁厚分布情况进行了对比，以 此得出最为合适的工艺方案。3种方案的支管高度成 形结果如图 4所示 。 a 方案 一 一1． 625 2． 12 8 c 方案 三 方 案二 图 4 3种方案的支管高度 支管的高度是采用顺序液压成形方法生产空调联 箱多支管的一个重要 的衡量 指标。 由焊接 工艺可 知 支管高度越高 ，支管与冷凝器 的焊接工艺就越容易实 现 。由图4可 以看 出 方案 二 的支管 高 度最 高 ，为 5 ． 5 3 7 m m；方案一 的支管高度其次，为 4 ． 9 1 0 m m； 方案三 的 支管 高 度最 低 ，为 4 ． 3 0 2 r n m。除此 之外 ， 方案一的各个支管高度从两端向中间逐渐变低。这是 由成形时金属材料的流动规律决定 的，材料首先流 向 靠近端部的支管，越往中间方向金属由于受到摩擦力 的作用流动性越小 ，流向中间支管的材料越少 ，导致 支管高度变低。中间支管的高度只有 2 ． 8 5 8 m m。方 案三由于只有一端补料 ，金属流动量少，所以方案三 最大支管高度值最小，而且支管高度依次降低。相比 方案一和方案三，方案二的支管高度比较平均。 3种方案的壁厚分布情况如图5所示。为了分析 3种不同方案的壁厚情况，对不同方案对应的最大厚 l O 机床与液压 第 4 0卷 a 方 案一 b 方案 二 如表 1 所示 。 c 方 案三 图 5 3种方案的壁厚分布 表 1 3种方案的厚度统计 mm 由图5和表 1可以看出3种方案的相似之处在 于，厚度都是从端部向中间逐渐变薄。最大厚度发生 在管材的两端，这是因为水平冲头的作用使内部材料 未能及时往 成形区流动 ，因此材 料产生 堆积 ，进而造 成最大厚度 。随着 向成形 区的深人 ，厚度减 薄越 多。 最小厚度发生在支管 的顶部 ，该 区域是变形最为危险 的地方 ，容易发生开裂 。所 以选 择成形 工 艺的 时候 ， 为了得到良好的工件，根据不同的使用需要，要考虑 最小厚度能否满足成形要求和使用要求 。 另外 ， 3种方案 的不 同之处在 于方案二 的最大 壁 厚值最小，说明方案二成形时端部材料没有受到很多 的堆积 ，成形性相对于方案一和方案三较好 。但是方 案 二的最 小壁厚 值 偏小 ，减 薄率 达到 2 8 ． 1 ％ ，支 管 顶部较容易发生破裂。但是通过合理的成形工艺，是 完全可 以避免支管 的开裂缺 陷。 4结论 由于支管较 多 ，是否能成形 出这么多支管成为关 键 的问题 。结果 表明 运用顺序液压成形方法生产 空 调联箱多支管是可行的方法之一 ，其 中 由中间向两端 的顺序液压成形方法能够依次成形出多个支管，而且 支管高度能够满足后续焊接工艺的要求。 参考文献 【 1 】刘元文， 陈莉 ， 宋宝韫． 汽车空调平行流多孔管的连续挤 压技术[ J ] ． 锻压技术 ， 2 0 0 7 ， 3 2 1 5 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0 9 ， 1 8 9 4 9 7 5 0 7． _ ■ ． 趣 ●_ ■ 5 6 5 7 8吕9 9 0 0 1 1 2 3 3 4 O 6 2 8 4 o矗3 9 5 1 7 3 3 6 6 石 6口 1 4 7 9 2 4 O 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 4 4