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弹性介质胀形是制造特殊形状金属薄壁管件的重要方法,特别是一些采用绕弯、推弯等传统弯管方法很难成形的小半径管弯头,可以应用聚氨酯橡胶等弹性体作为介质进行胀形加工,得到质量很好的零件。但迄今对这种弹性介质三维胀形过程的研究并不深入,成功的数值模拟也很少见。
本文首先对弹性介质胀形过程数值模拟的一些关键问题进行了研究。归纳了橡胶类材料几种常见的本构模型;简要介绍了橡胶类材料性能的测试方法;对模拟中所用到的聚氨酯橡胶材料,通过经验的方法确定出Mooney-Rivilin超弹材料模型的三常数,作为模拟中的初始材料参数。超弹性模型参数的确定、时间增量小所引起的计算耗时长以及大变形时网格畸变等问题是进行管材聚氨酯橡胶胀形数值模拟时遇到的主要问题,通过橡胶模型参数的经验测算,设置质量放大、提高网格质量、适当调整接触刚度等途径可经济有效地解决上述问题。
本文对一个不锈钢管弯头的聚氨酯橡胶胀形过程进行了数值分析。研究了胀形成形的典型过程;对成形过程中的压力的变化情况、应力应变分布、壁厚分布进行了分析;通过模拟研究了摩擦对成形情况的影响和橡胶的硬度对成形的影响,并针对凹模失效,提出了改进措施。