[发明专利]U型波纹管液压或气压成形模具尺寸及工艺参数优化方法

说明书

本发明属于机械工程技术领域，尤其涉及一种U型波纹管液压或气压成形模具尺寸及工艺参数优化方法。其可有效提高产品使用寿命，并降低研发生产成本。包括以下步骤：步骤1、对于给定材料尺寸U形波纹管；步骤2、应用有限元法，应用步骤1的模具工作尺寸及工艺参数，进行波纹管成形过程的仿真分析；步骤3、提取仿真分析结果中波纹管的关键尺寸，将仿真分析结果中的波纹管尺寸与设计波纹管结构尺寸进行对比；步骤4、判断仿真分析结果中波纹管的关键尺寸是否在允许的误差范围内；步骤5、如果在允许的误差范围内，直接输出模具工作尺寸及工艺参数；步骤6、如果不在允许的误差范围内，回到步骤2。

技术领域

本发明属于机械工程技术领域，尤其涉及一种U型波纹管液压或气压成形模具尺寸及工艺参数优化方法。

背景技术

目前U型波纹管、尤其是精密金属波纹管的成形工艺主要采用常温液压成形，或者高温条件下的气压成形。利用管坯中流体的压力以及外部模具的约束使管坯发生塑性变形，通常第一步是在一定流体压力作用下形成初波，第二步保持一定内压的同时轴向压缩管坯获得较大的波纹外径，第三步保压卸载，第四步打开模具取出成形。成品波纹管的结构尺寸与模具工作尺寸如模片内径、模片厚度和圆角半径以及成形工艺如初波成形时模片间距、初波成形压力、轴向压缩时内压大小密切相关，单一参数对波纹管尺寸影响规律比较明确，但是多因素的复合影响规律难以定量描述。当前的液压或气压成形U型波纹管成形模具工作尺寸和工艺参数设计主要基于理论或经验公式，然后通过实验进行工艺参数有限范围内的调节使成形波纹管尺寸尽可能满足要求，如工艺参数的调整最优结果不满足要求则需要修改模具工作尺寸重新加工模具进行实验，存在效率低、成本高、研发周期长的问题；此外波纹管成形并从模具中取出后存在显著的回弹，直接影响波纹管的尺寸精度，如轴向尺寸与设计值偏差较大，通常增加一道轴向压缩或者拉伸整形工序，一方面影响生产效率增加成本，另一方面整形工序容易发生局部变形使得波长不一致从而影响产品质量寿命等。

近年来，随着有限元仿真分析技术、软件及计算机硬件的发展，使得仿真分析计算效率、计算准确性和计算成本越来越满足实际产品研发的需要，另外机器自学习技术的快速发展可以有效开展复杂规律的获取及应用，基于有限元法结合机器学习等技术开发的波纹管成形模具工作尺寸和工艺参数优化方法可有效提高波纹管制造工艺技术人员的工作效率，同时提高成形产品质量，缩短研发周期和研发制造成本。

发明内容

本发明就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种U型波纹管液压或气压成形模具尺寸及工艺参数优化方法，其可以快速准确获得优化的波纹管成形所需要的模具工作尺寸和工艺参数；采用优化后的参数，所获得的波纹管具有尺寸精度高、波纹管内外侧凹槽间距均匀、波峰处减薄量小以及不需要后续整形工序等优点，可有效提高产品使用寿命，并降低研发生产成本。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，包括以下步骤：

步骤1、对于给定材料尺寸的U形波纹管，设置模具工作尺寸及工艺参数设计初始值，(即模具工作尺寸及工艺参数设计初始值基于理论或经验公式，)并设置一个参数许可调节范围；

步骤2、应用有限元法，应用步骤1的模具工作尺寸及工艺参数，进行波纹管成形过程的仿真分析，模拟波纹管初波成形、轴向压缩、保压卸载和回弹过程；

步骤3、提取仿真分析结果中波纹管的关键尺寸，该关键尺寸包括波纹管波长、波谷间距、内径、外径和波峰处壁厚，将仿真分析结果中的波纹管尺寸与设计波纹管结构尺寸进行对比；

步骤4、判断仿真分析结果中波纹管的关键尺寸是否在允许的误差范围内；

步骤5、如果在允许的误差范围内，直接输出模具工作尺寸及工艺参数，用于波纹管模具设计加工和生产，完成优化；

步骤6、如果不在允许的误差范围内，基于对比结果优化模具工作尺寸及工艺参数，回到步骤2。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤2包括以下步骤：