薄壁小半徑不銹鋼彎頭的彎脹成形工藝及市場應用前景

 相對彎曲半徑比小的薄壁小半徑不銹鋼彎頭相比于常用的彎頭類零件，作為結構件的材料利用率更高，作為連接件的空間利用率更高，因此可以預計此類不銹鋼彎頭具有良好的市場前景，尤其對于航空航天等領域的高端制造產業。然而，由于管材的彎曲成形特點，此類零件很難做到整體成形。本課題針對這個制造難題，創新地提出了薄壁小半徑不銹鋼彎頭的彎脹成形工藝，并對該工藝的可行性進行了數值模擬與實驗研究。研究表明，彎脹成形能夠實現薄壁小半徑彎頭的整體成形，本課題的研究十分具有市場價值。浙江至德鋼業有限公司針對薄壁小半徑不銹鋼彎頭的彎脹成形工藝，對彎頭零件從無到有的全過程進行了研究。采用理論解析、受力分析、有限元模擬、程序設計、正交試驗、工藝實驗等多種方法，對研究中遇到的問題進行了解決，并對研究中獲得的結果進行了討論，從而得到了彎脹成形工藝過程的規律特點，得出了一套薄壁小半徑不銹鋼彎頭工藝設計的指導原則。具體內容如下:

 1. 管材數控彎曲和充液成形的成形原理與特點，以及技術研究與應用進行了回顧與總結，并闡明了本課題的研究意義。

 2. 介紹了有限元分析中針對彎脹成形工藝的關鍵技術處理，以及正交試驗的數據處理方法，作為后續研究的基礎。

 3. 對彎脹成形預成型工藝進行了研究，包括預成型形狀參數的選取、數控彎管有限元模型的建立、工藝參數的分析與優化、以及模擬結果的討論，得到了數控彎管的成性規律，確定了預成型的工藝路線。

 4.  對彎脹成形終成形工藝進行了研究，包括應力應變分析、內壓加載曲線形式、模具過渡段類型選取、軸向加載曲線形式、工藝參數優化與模擬結果分析，最后通過對比充液成形與數控彎管對管件壁厚分布的影響，體現出彎脹成形工藝的特點。

 5. 進行了實驗件的試制加工，獲得合格零件的同時，對彎脹成形結果進行了與數值模擬結果的比對，以及成形失效的分析。

    薄壁小半徑不銹鋼彎頭彎脹成形同其他管材塑性成形技術一樣，在確定新產品的研發之前，通常都要經歷漫長的且耗費大量人力物力的試制過程，來優化影響成形的工藝參數。傳統的試制過程，是一個“試錯”的實際工程，且受到試驗者經驗等主觀因素和試驗條件等客觀因素的巨大影響。有限元分析是基于有限元法發展起來的數值模擬方法，借助計算機技術的飛速進步，依托其試驗時間短、成本低、干擾少的天然優勢，有效克服了客觀因素對試制過程的影響，如今己成為管材塑性成形工藝開發中的最為重要的研究手段。試驗設計作為統計科學的一個分支，能夠幫助試驗者科學合理地安排試驗，通過較少的嘗試獲取最多的信息，減少試驗過程的盲目性，有效降低了主觀因素對試制過程的影響，在確定加工工藝參數方面也取得了廣泛的應用。