三通管在工業(yè)、民用領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。一些極端的使用環(huán)境對三通管的質(zhì)量和壽命要求很高，這也就意味著對加工工藝的要求也更加苛刻。

　　近年來，在三通管的加工工藝上，內(nèi)高壓成形技術(shù)的應(yīng)用，極大提升了三通管的成形精度和質(zhì)量，契合了一些極端應(yīng)用場景的要求，而且又降低了生產(chǎn)成本。

　　三通管的內(nèi)高壓成形過程和模具圓角、管件尺寸材料等很多因素有關(guān)，其中，載荷路徑的優(yōu)化尤為重要，不當(dāng)?shù)募虞d路徑會使成形過程出現(xiàn)破裂、起皺、失穩(wěn)等缺陷。而傳統(tǒng)的優(yōu)化方法在復(fù)雜的優(yōu)化問題上存在一些困難，比如優(yōu)化中靠經(jīng)驗調(diào)整的參數(shù)較多，掌握困難；優(yōu)化計算效率較低；難以保證求得全局最優(yōu)，往往陷入局部最優(yōu)。

　　為此我們通過下面實驗來了解一種新的載荷路徑的優(yōu)化設(shè)計方法，它可以克服上述的一些困難。

　　1、用Dynaform有限元軟件建立三通管有限元模型，如下圖。

　　2、優(yōu)化設(shè)計正交表選擇。先分析單個因素的影響（本文考慮三個主要影響因素內(nèi)壓、軸向進給力和背壓），通過數(shù)值模擬分析可知：

　　a  隨著軸向力的增加，最小壁厚和最大壁厚增加，壁厚差在不斷加大，支管高度也在增加，足夠大的軸向進給力可提供足夠多的材料進給量，它是取得一定支管高度的一個前提，但是過大的軸向進給力也會造成壁厚的嚴(yán)重增加，甚至?xí)a(chǎn)生折疊、塌陷現(xiàn)象。

　　b  內(nèi)壓對成形結(jié)果的影響和主要體現(xiàn)在最小壁厚與支管高度上，其影響與背壓力相反。當(dāng)內(nèi)壓過大時，支管頂部會出現(xiàn)過度減薄甚至是破裂，而當(dāng)內(nèi)壓過小時，背壓力就顯得過大，支管高度太小。

　　c  背壓力對成形結(jié)果的影響主要體現(xiàn)在支管高度及最小壁厚上。隨著背壓力的減小，支管高度增大，支管頂部變形量增大導(dǎo)致壁厚減小，嚴(yán)重時破裂。

　　三個因素同時考慮時，通過實驗優(yōu)化設(shè)計選擇出最優(yōu)參數(shù)組合。需要注意的是試驗中正交表的選擇原則是能夠安排下試驗因素和交互作用的前提下，盡可能選用較小的正交表，以減少試驗次數(shù)。

　　3、對數(shù)值模擬結(jié)果進行分析。通過之前建立的有限元模型和選取的工藝參數(shù)對變形過程進行數(shù)值模擬試驗，分析不同工藝參數(shù)條件下零件的應(yīng)變場、厚度分布等計算結(jié)果，找出最優(yōu)的參數(shù)。

　　通過比較所選不同參數(shù)組合的試驗結(jié)果可知，三通管的主管中部壁厚增加最嚴(yán)重，是起皺的危險區(qū)，而支管頂部及過度部位是拉深失穩(wěn)的危險區(qū)，容易發(fā)生破裂。

　　對所選參數(shù)進行三通管模擬分析結(jié)果也與前面模擬試驗結(jié)果相吻合。

　　4、實驗驗證。把正交試驗設(shè)計得到的最優(yōu)解的參數(shù)進行試驗，并和數(shù)值模擬結(jié)果對比?？梢钥闯鲈囼灪湍M結(jié)果吻合，在支管高度，壁厚分布兩個評價指標(biāo)上都相同，證明通過優(yōu)化設(shè)計數(shù)值模擬能快速找出三通管內(nèi)高壓成形的最優(yōu)參數(shù)加載路徑。

　　該方法也表明，正交試驗是用部分試驗來代替全面試驗的，不可能像全面試驗?zāi)菢訉Ω饕蛩匦?yīng)、交互作用逐一分析，當(dāng)交互作用存在時，有可能出現(xiàn)交互作用的混雜。雖然正交試驗設(shè)計有上述不足，但它能通過部分試驗找到最優(yōu)水平組合，解決內(nèi)高壓成形中的工藝參數(shù)優(yōu)化問題。

　　【興迪源機械簡介】

　　興迪源是國內(nèi)第一家向市場提供智能金屬管材內(nèi)高壓成形設(shè)備的生產(chǎn)商，已向各個領(lǐng)域的客戶提供了數(shù)十臺各種規(guī)格的內(nèi)高壓成形設(shè)備，合模力從400T至5000T，高達500MPa。

　　興迪源內(nèi)高壓成形設(shè)備適用于制造航空航天、核電、石油化工、飲水系統(tǒng)、管道系統(tǒng)、汽車以及自行車行業(yè)的復(fù)雜異形截面空心構(gòu)件。主要產(chǎn)品有空心結(jié)構(gòu)框架、汽車車身支撐件、副車架、底盤件、進排氣系統(tǒng)管件，以及航空航天飛行器構(gòu)件、軍工行業(yè)管件、發(fā)動機中空軸類件、發(fā)動機組合式空心凸輪軸和復(fù)雜管件等。