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(duì)三通管的質(zhì)量和壽命要求很高，這也就意味著對(duì)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(chǎng)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(huì)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(yàn)調(diào)整的參數(shù)較多，掌握困難；優(yōu)化計(jì)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(shí)驗(yàn)來了解一種新的載荷路徑的優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jì)正交表選擇。先分析單個(gè)因素的影響（本文考慮三個(gè)主要影響因素內(nèi)壓、軸向進(jìn)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(jìn)給力可提供足夠多的材料進(jìn)給量，它是取得一定支管高度的一個(gè)前提，但是過大的軸向進(jìn)給力也會(huì)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(duì)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(shí)，支管頂部會(huì)出現(xiàn)過度減薄甚至是破裂，而當(dāng)內(nèi)壓過小時(shí)，背壓力就顯得過大，支管高度太小。

　　c  背壓力對(duì)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(shí)破裂。

　　三個(gè)因素同時(shí)考慮時(shí)，通過實(shí)驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)選擇出最優(yōu)參數(shù)組合。需要注意的是試驗(yàn)中正交表的選擇原則是能夠安排下試驗(yàn)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(yàn)次數(shù)。

　　3、對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)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(duì)變形過程進(jìn)行數(shù)值模擬試驗(yàn)，分析不同工藝參數(shù)條件下零件的應(yīng)變場(chǎng)、厚度分布等計(jì)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(yàn)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(xiǎn)區(qū)，而支管頂部及過度部位是拉深失穩(wěn)的危險(xiǎn)區(qū)，容易發(fā)生破裂。

　　對(duì)所選參數(shù)進(jìn)行三通管模擬分析結(jié)果也與前面模擬試驗(yàn)結(jié)果相吻合。

　　4、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。把正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)得到的最優(yōu)解的參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，并和數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)比?？梢钥闯鲈囼?yàn)和模擬結(jié)果吻合，在支管高度，壁厚分布兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)上都相同，證明通過優(yōu)化設(shè)計(jì)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(yàn)是用部分試驗(yàn)來代替全面試驗(yàn)的，不可能像全面試驗(yàn)?zāi)菢訉?duì)各因素效應(yīng)、交互作用逐一分析，當(dāng)交互作用存在時(shí)，有可能出現(xiàn)交互作用的混雜。雖然正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)有上述不足，但它能通過部分試驗(yàn)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(jī)械簡(jiǎn)介】

　　興迪源是國(guó)內(nèi)第一家向市場(chǎng)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(gè)領(lǐng)域的客戶提供了數(shù)十臺(tái)各種規(guī)格的內(nèi)高壓成形設(shè)備，合模力從400T至5000T，高達(dá)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(jìn)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(dòng)機(jī)中空軸類件、發(fā)動(dòng)機(jī)組合式空心凸輪軸和復(fù)雜管件等。