不銹鋼三通管件在石油、化工、天然氣、礦粉輸送、核電工程的管路系統(tǒng)等方而有著廣泛的應用，對于提高管路系統(tǒng)的柔性、穩(wěn)定性和安全性具有重要意義。采用沖壓焊接或機械加工工藝已不能滿足重要工程對不銹鋼管件高精度、高性能和低成本的要求，而采用液壓脹形工藝制備三通管件優(yōu)勢明顯:整體成形，流線連續(xù)分布;組織致密;強度高且質(zhì)量輕，綜合力學性能優(yōu)越;成本低，易實現(xiàn)自動化生產(chǎn)等。液壓脹形工藝制備的無縫不銹鋼三通管件在高溫、輻射及腐蝕環(huán)境下仍然擁有優(yōu)異的性能。目前，對于三通管件的液壓脹形，有學者提出了模糊算法、自適應控制技術甚至多目標優(yōu)化求解，來解決多目標、多工藝參數(shù)優(yōu)化的問題，但實際實施的難度較大且成本較高。

    單純通過工藝參數(shù)的優(yōu)化提高不銹鋼三通管件的質(zhì)量是遠遠不夠的。通過改變成形零件的尺寸及形狀以提高材料的流動性，從而提高管件的成形性能.相比較而言，效果明顯，具有不可忽視的作用。在成形零件選擇的基礎上.對工藝參數(shù)進行進一步優(yōu)化，是制備高質(zhì)量三通管件的正確思路。

    在成形零件形式對成形質(zhì)量的影響方面.目前的研究主要集中于凹模過渡圓角半徑位對于成形質(zhì)量的影響。大址研究表明，隨著該圓角半徑值的增大，最終成形不銹鋼管件的壁厚差逐漸減小，壁厚均勻性得到了有效提高。由于模具型而與沖頭形式對不銹鋼三通管件成形效果同樣具有重要影響.所以有必要對其進行研究.

    本文通過研究不同形式的模具型面及沖頭對不銹鋼管件成形效果的影響來提高三通管件的成形質(zhì)量。在此基礎上，研究了不同的加載路徑對成形結果的影響，最終制備出支管高度以及壁厚整體均勻性方面均滿足要求的不銹鋼三通管件。

有限元模擬

1. 1計算模型

    用CAD軟件對模具型面、擠壓沖頭及管坯進行幾何建模，然后將其導入成形模擬軟件中。管材用薄殼單元進行離散，單元公式采用BELYTSCHKO-TSAY。通過對管材取樣的拉伸試驗.測定的材料K值為207GPa，泊松比r為0.28,應變硬化指數(shù)n為0.502; K值為1.43GPa。將拉伸試驗的工程應力一應變曲線轉(zhuǎn)化為材料的真實應力一應變曲線，并將其導人有限元模擬軟件中.模具v面的劃分采用充分體現(xiàn)其幾何特征的Tool mesh劃分，網(wǎng)格劃分后的有限元模型如圖1所示。工具與管坯的接觸形式為SURFACE-TO-SURFACE.

1.2模擬結果

1.2.1不同模具型面成型效果

    現(xiàn)有的研究多采用圖2a所示的第一種形式的模具型面，即采用常用的兩圓柱面相貫，并對相貫線處倒R30mm圓角;第二種形式的新型模具型面則采用半圓弧線掃描的形式生成平滑曲面連接主管與支管，最終用平面過渡主管、支管及掃描曲面，其形狀如圖2b所示.304不銹鋼管坯尺寸為48.3mm X 3mm X 210mm,管坯與模A的間隙值為0. 25mm.首先采用圓柱形沖頭施壓。左右沖頭相向進給距離為50mm，成形壓力加載路徑如圖3所示。