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板式换热器板片制造工艺仿真优化研究

摘要：在众多换热设备中，板式换热器是换热性能较好的一种，该设备主要是依靠结构中的换热板片实现换热功能的，该板片在结构上是由多组波纹形状的凸起和凹槽组成，在比邻的两片板片之间的空隙可供换热介质通过，从而达到换热目的。而板片的制造质量对换热器的交换能力起至关重要的作用，本文叙述了换热器板片冲压成形中常见的质量缺陷，并对板片冲压仿真模拟结果进行优化分析。

关键词：板式换热器板片制造质量优化设计

1换热器板片常见冲压成形质量缺陷及其原因

板式换热器板片是决定换热器换热能力的重要组成部分。而制造工艺水平又决定着板片成形质量，换热器板片是由金属薄板冷冲压而成形，如果制造工艺流程不达标很容易产生质量问题。常见的冲压成形主要缺陷有：起皱、破裂和回弹[1]。

1.1起皱

引伸起皱是冲压工艺中常见且难以完全规避的问题。在板料成形过程中，模具对板料产生外力作用，使其遵循固定形状流动变形，由于板料内部复杂应力的存在，不同部位在受力过程中可能产生不均匀的变形，从而导致皱纹的产生，尤其是在坯料厚度方向上，当受到外力作用时，板料容易在厚度方向上产生波动或皱褶，尤其是在变形程度较大或受力不均匀的区域。

成形时可采取一系列措施缓解起皱问题。首先，优化模具设计，确保模具的几何形状和尺寸与板料的变形特性相匹配，以减少应力集中和不均匀变形。其次，控制冲压过程中的工艺参数，如冲压速度、温度和润滑条件等，以改善板料的流动性和成形性能。此外，还可以采用预拉伸、加热处理等辅助工艺来减少起皱现象。

但由于冲压成形过程的复杂性和不确定性，引伸起皱问题可能无法完全消除。因此，在实际生产中，需要根据具体情况采取适当的措施来控制和减少起皱现象的发生，以提高冲压件的质量和生产效率。

1.2破裂

在板料冲压成形过程中，破裂作为拉伸失稳的主要表现形式是较为常见的成形缺陷，主要原因是：在模具的推动下，压边圈对坯料施加压力，引导其按照一定的规律流动。然而，随着流动的进行，坯料的承载面积会逐渐减小，同时其厚度也会变薄，应变强化效应会逐渐增大，导致坯料的机械性能发生变化。在冲压过程中，应变强化效应可看作是材料对变形的一种抵抗，当应变强化效应增大到一定程度时，如果坯料无法继续承受更大的变形，就会发生破裂。

为避免或减少破裂的发生，可从以下方面考虑：一是优化模具设计，通过改进模具的结构和运动方式，减小对坯料的过度拉伸，从而降低破裂的风险。二是合理选择材料，根据冲压件的需求，选择具有较好塑性和延展性的材料，以提高其抵抗破裂的能力。三是控制冲压速度，适当的冲压速度可以确保坯料在成形过程中有足够的时间进行塑性变形，避免过快的变形导致破裂。四是调整压边力，通过调整压边圈的压力，可以控制坯料的流动速度和方向，避免在特定区域产生过大的应变。

1.3回弹

回弹同样是板料冲压成形过程中的常见缺陷。其产生的主要原因是在冲压过程中，板料内外边缘的表面纤维受到的应力较大，会首先进入塑性状态。而板料的中心部分由于受到的应力相对较小，可能仍然保持在弹性状态。这种差异导致了在板料成形结束外力载荷消失时，板料内部释放出已储存的弹性形变能导致板料回弹。

发生回弹缺陷会直接影响成品零件的尺寸精度，甚至导致零件无法使用，可采取以下措施消除或减少回弹现象。在模具设计方面，可以通过合理设计凸凹模间隙、刃口半径和工件弯曲半径等参数，以减小回弹现象的发生。同时还可以采用一些特殊的模具结构，如负回弹模具，来主动抵消回弹的影响。在工艺参数调整方面，可以通过改变冲压速度、温度、压力等条件，来影响材料的流动和变形行为，从而减少回弹。此外，选择合适的材料也是关键，因为材料的弹性模量、屈服强度等性能参数会直接影响回弹的大小。还可以采用一些先进的成形技术来减少回弹，如拉弯工艺、局部压缩工艺等。这些工艺方法可以通过改变材料的应力状态和分布情况，来减小回弹现象的发生。

1.4棱线不清晰

棱线清晰度是衡量冲压件质量的重要指标之一。在对冲压成形成品件进行检验时，棱线清晰度必须要满足要求。产生棱线不清晰的主要原因有：一是外加载荷不够，导致材料在模具内无法移动到位。二是凹凸模的定位不准确，或者导向机构存在偏差，在冲压过程中，材料在模具中的流动和变形就会受到影响，从而导致棱线模糊。三是间隙不均匀，模具的间隙设置不当，或者由于磨损等原因导致间隙变化，材料在通过模具时会因为受到不均匀的挤压和拉伸使棱线变得模糊。可通过以下措施解决以上问题：一是优化冲压工艺参数，确保外加载荷足够，使材料能够完全变形到位。二是提高模具的设计和制造精度，确保凹凸模的定位准确、导向可靠。三是定期检查和维护模具，保持其间隙的均匀性和稳定性。

2成形极限图理论

成形极限图作为板料成形质量测试的重要依据，通过网格技术深入分析复杂零件每个变形局部的特性，