本文利用 ABAQUS 软件，对铝合金管进行了旋压模拟。结果表明，当进给比为 0.25时，旋轮达到稳定接触面积时所用的时间最少，且后面接触面积波动程度最轻，接触平稳定也相应较好；当进给比为 0.3 时，旋轮总力达到最大总力所需的时间最短，且达到最大旋轮总力后的平稳定最好，且毛坯整体隆起高度最低；对于特定的毛坯直径，需要选择合适的旋轮半径，旋轮半径过大或者过小均会导致接触面积的震荡。
旋压加工技术作为近现代塑性加工中的一个新工艺，在生产薄壁回转体高精度零件上具有突出的优点，已在航空、航天、造船、汽车等领域中得到广泛应用。旋压作为金属塑性加工的一个重要分支，具有柔性好，成本低廉的优点，且能制造出形状多样、尺寸各异的产品，适用于多种金属材料的加工。
有限元软件 ABAQUS 提供了一个模拟旋压的平台，为实际生产带来了很大的方便，对提高产品质量，降低生产周期而言具有重要意义。本文通过 ABAQUS 模拟铝合金管的旋转成型，为薄壁件旋压提供参考。
铝合金管旋压有限元模型
网格划分
芯模和旋轮为解析刚体，单元类型采用刚体单元 R3D4，毛坯为铝合金，单元类型采用减缩积分单元 C3D8R，如图 1 所示，一共划分了 6000 个结构网格。
图 1 毛坯的有限元模型
边界条件
芯模完全固定 6 个自由度，采用反旋工艺，故毛坯的上表面完全固定，两个旋轮的参考点通过连接器工具与主轴线上的参考点耦合，旋轮的进给参数通过主轴线的参考点给出，如图 2所示。
图 2 边界条件加载效果图
材料参数
芯模和旋轮均为解析刚体不需要赋予材料属性，毛坯材料参数见表 1，塑形参数通过应力应变数据给出，见表 2。
表 1 毛坯材料参数
结果分析
应力应变分析
分别有三条路径，分别输出每条路径下的应力应变曲线，如图 3。由图可知，三条路径下，
S11、S22 和 S33 呈现相同的变化规律，在旋轮与毛坯接触区域，三相应力均急剧增大，且应力存在极大值点，这与实际情况相符合，即旋轮与毛坯接触的狭小区域，毛坯受到旋轮的挤压，应力急剧增大，而在接触区外，毛坯的可以产生一定程度的回弹，从而将应力释放一部分，即表现为非接触区域的应力较小的特点；同时可以看到不同路径下，应力曲线重合程度很高，只有稍微的相差滞后，这是由于旋轮是沿螺旋线进行旋压，周向总会存在差别，也与实际情况相符合。
（c）环向应力 S33
图 3 轴向三条路径下的应力分布曲线
图 4 为三条路径下的应变曲线，由图可知，三条路径下，真应变曲线重合程度很好，说明
应变沿着周向近似成均匀分布，与实际情况相符合；同时可以看到三相应变均存在峰值，并且此时对应的应力也为最大，即此位置为旋轮与毛坯相接触的位置，在接触区之前，真应变值逐渐减小，在旋轮开始旋压的起始位置，真应变甚至为零，这是由于毛坯在旋压过后，材料发生了回弹，且越远离旋轮的位置，回弹程度越大，在真应变峰值之后的小范围区域内，也存在真应变值，这是属于旋轮与毛坯接触区域的正常影响范围，在未旋压的区域内，真应变值为零，与实际材料未受旋压的情况相符合。
（a）径向应变 LE11
（b）轴向应变 LE22
（c）环向应变 LE33
图 4 轴向三条路径下的应变分布曲线
进给比分析
本文设定的进给速度分别为 2mm/s、4mm/s、6mm/s，而芯轴转速分别为 4mm/r、6mm/r、8mm/r，采用控制变量法进行分析，分别以（2mm/s，4mm/r）、（2mm/s，6mm/r）、（2mm/s，8mm/r）、（4mm/s，4mm/r）、（6mm/s，4mm/r）组合，建立 5 个模型进行研究分析，即进给比分别为 0.5、0.3、0.25、1、1.5 进行分析。
当进给比分别为为 0.5、0.3、0.25、1、1.5 时，它的接触面积如下图 5 所示。由图可知，曲线均呈现初始阶段为近似直线后面逐渐趋于平缓，这说明，刚开始旋轮与毛坯的接触面积是逐渐增加的状态，并随着时间的推移，接触面积逐渐趋于稳定，但存在微笑的波动，这是不可避免的；同时看到，进给比为 1 时，接触面积开始时增加的速度较小，且最终稳定时的接触面积也是最小的，当进给比为 0.25 时，接触面积开始增加时的增加速率最快，当进给比为 1.5 的时候，最终稳定时的接触面积最大，但是波动幅度较大。综合以上分析，可以发现当进给比为 0.25 时，旋轮达到稳定接触面积时所用的时间最少，且后面接触面积波动程度最轻，说明接触平稳定也相应较好。
图 5 不同进给比下的接触面积
当进给比分别为为 0.5、0.3、0.25、1、1.5 时，它的旋轮总力如图 6。可以看到，进给比为0.25 和 1 时的旋轮总力变化幅度几乎相同，且旋轮总力波动程度一直都较大；当进给比为 1.5 和0.5 时，其旋轮总力变化幅度几乎同步，但是进给比为 1.5 时的旋轮总力在达到最大总力后一直存在较大幅度的震荡；当进给比为 0.3 时，旋轮总力达到最大总力所需的时间最短，且达到最大旋轮总力后的平稳定最好。
图 6 旋轮接触总力与进给比的关系图
当进给比分别为为 0.5、0.3、0.25、1、1.5 时，它的隆起高度如图 7。由图可知，毛坯隆起高度在不同进给比情况下，均呈现沿着轴向逐渐增加的趋势，且当进给比为 0.3 时，毛坯整体隆起高度最低；当进给比为 0.5、1.5 和 0.25 的时候，隆起高度的变化曲线重合程度较高。
资料来源：达索官方
