一家专注流体压力成形技术
【作 者】唐浩兴;杨帆;路胜海;刘龙琴;周银;郑宇;温彤
螺（波）纹薄壁管在航空航天、交通运输等领域的热交换以及动力、输送系统中有着重要应用[1–2]。目前，螺纹管的成形方法主要有拉拔、热轧、挤压和滚珠旋压等 [3–4]。其中，挤压工艺可以通过变换模具上的翅片或沟槽，得到内凹或外凸螺纹，效率高、批量生产时效益好；滚珠旋压工艺中，钢球使摩擦磨损大幅减少，模具寿命大幅提高。但整体上，这些方法均需要专用模具，特别是在小批量或产品试制时缺乏优势。
渐进成形是一种基于局部成形、连续变形方式的低成本板料柔性加工工艺 [5–7]。近年来，该工艺逐渐扩展到了管件等多种类型的薄壁件成形，如管壁的翻孔、局部成形、管端扩（缩）口及压槽等 [8–10]。管壁凹螺纹槽的渐进成形是利用一个简单的棒状工具头，通过挤压管壁并配合管坯的自身运动而达到成形效果 [11]。与旋压等工艺相比，其优点是无须专用模具，管径及螺纹槽参数调节方便、柔性高，可大幅节省成本。但目前针对管壁压槽渐进成形的研究很少，且
大多侧重于管壁厚度均匀性、工具头与坯料之间的接触状态，以及设备参数等对成形质量的影响等。Wei 等 [12]采用了高压水射流加工环形槽。由于摩擦力小，不需要额外的润滑，得到的制件壁厚差异小。Grzancic 等 [13]建立了径向压入管壁的解析模型预测壁厚的最大减薄量，但忽略了弹性变形、高估了成形力。石珣等 [14] 研究了内旋压成形槽的三向载荷变化及管壁应变分布情况，认为主轴转速是主要影响因素。侯晓莉等 [15] 以T3 紫铜材料为例，研究了管壁内外侧应力应变的分布规律，发现连接区的拉力和摩擦力的共同作用使得管壁高度增大，局部位置隆起导致轮廓高度曲线差异变大。Guo[16]和王成[17]等认为增加单次进给量虽然增大了成形力，但可以使变形更加均匀。总体上，由于管壁渐进成形的变形模式与在压力机上的传统冲压工艺存在很大差异，目前对相关规律的认识不足，有必要针对实践中普遍存在的回弹控制、壁厚减薄及制件精度低等问题开展研究。
本文利用物理试验与数值模拟，研究了薄壁铝管螺纹槽渐进成形工艺及其变形特点，探讨了管壁的回弹及其影响因素，分析了壁厚的变化规律。
【结 论】
以外径 38mm、壁厚 1mm 的 Al6061管为对象，利用试验和数值模拟研究了管壁螺纹槽渐进成形的变形特征。主要结论如下。
（1）试验所得不同深度的螺纹槽轮廓清晰、分布均匀，槽间距与设计值误差小于 6%，说明该渐进成形工艺可实现薄壁螺纹管的小批量加工，柔性高、质量好、成本低。
（2）随着槽深度增加，管壁减薄加剧；但螺纹槽内壁厚分布与普通胀形不同，由于变形的“铰链”效应，底部可能出现增厚。
（3）减小工具头的单次进给量可有效地控制管壁回弹，如单次进给量为 0.25mm 比 1.5mm 时的回弹量减少约 40.2% ；同时较小的槽间距 Δl使得局部刚度提高、材料反复变形，也可抑制回弹，如 Δl=10mm比 Δl=50mm 管壁的回弹量减小约38.5%。
以下是正文：
