材料性能和相对壁厚对管材助推弯曲影响的分析

在管材弯曲成形系列研究中,针对管材弯曲过程中助推工艺对弯管横截面畸变和壁厚减薄进行有限元分析。 利用有限元方法分析了在不同材料、不同相对壁厚条件下,助推对弯管横截面畸变和壁厚减薄的影响,并推导出不计截面畸变时的壁厚减薄率公式。 结果表明,在管材弯曲过程中,对不同材料和相对壁厚的管材,助推可缓解管材横截面畸变,减小外侧壁厚减薄程度。 此外,随相对壁厚减小,助推对截面畸变和壁厚减薄的缓和程度均有所增加。 对于较易发生塑性变形的材料,助推工艺的壁厚减薄缓和作用明显,而对于不锈钢,则在截面畸变方面缓和作用明显。     

管材数控弯曲回弹规律的有限元分析

回弹是管材弯曲卸载后必然发生的现象,并严重影响弯曲管件的精度和管材弯曲生产的效率.成形参数对管材弯曲卸载后的回弹有重要的影响.为了研究成形参数对回弹角的影响,基于弹塑性有限元软件ANSYS建立了管材数控弯曲及回弹的有限元模型,以不锈钢管弯曲及回弹过程为典型研究对象,实验验证了所建立的有限元模型的可靠性,并分析了部分工艺和材料性能参数对管材数控弯曲回弹的影响规律.结果表明:回弹角随弯曲角、芯棒与管壁间隙及材料硬化系数的增大而增大,随材料硬化指数的增大而减小.     

基于自由弯曲技术的6061铝合金管的弯曲成形性能研究

目的 对6061铝合金管开展三维自由弯曲成形的研究。方法 对不同弯曲半径的铝合金管进行了弯曲模拟成形,并根据模拟结果对铝合金管进行实际成形研究。结果 根据对6061铝合金管进行的弯曲半径为60, 70, 80 mm的有限元模拟成形结果,发现管材壁厚中性层向弯曲外侧发生明显偏移,且弯曲半径越小,向弯曲外侧的偏移量越大;管材内侧管壁增厚,最大增厚为17.2%,管材外侧壁厚减薄,最大减薄不超过4%,发现随着弯曲半径的减小,管材内侧增厚愈发明显,而减薄变化较小,同时对管材截面畸变进行分析,发现最大椭圆度不超过8%;通过对比模拟结果、实验结果与设计模型,发现管材模拟的弯曲半径最大偏差不超过8%,实验结果则不超过6.5%,而管材模拟的弯曲角度最大偏差不超过4.5%,实验结果则不超过3%,同时发现当弯曲较小时,内侧发生明显起皱,而弯曲外侧也有轻微壁厚减薄导致的畸变缺陷,这与模拟结果吻合。结论 管材壁厚中性层向弯曲外侧偏移与自由弯曲系统轴向推力PL有关,轴向推力使得管材的受压区域增加,而受拉区域减小,导致壁厚中性层外移;实验结果与模拟结果相吻合,验证了模拟对实验成形指导的可靠性。     

弯模间隙对5A06管弯曲横截面畸变及壁厚变化的影响

通过对5A06管材的弯曲实验和不同弯模间隙下的有限元模拟发现:弯管横截面长、短轴变化率和外侧壁厚减薄均随弯曲模间隙的增大而增大,弯管内侧壁厚增厚随弯曲模间隙的增大而减小。采用弯模实际装配间隙进行建模,可获取与实际弯曲更为接近的仿真效果并提高计算精度。     

6061-T4大直径薄壁管数控弯曲壁厚变化实验研究

为实现6061-T4大直径薄壁铝管数控弯曲精确成形,提高其成形极限与质量,需对弯曲过程中壁厚变化进行有效控制.本文以该材料Φ50.8 mm×0.889 mm×101.6 mm(直径D×壁厚t×弯曲半径R)薄壁铝管为研究对象,实验研究了弯曲角度、芯棒伸出量、芯球个数、弯曲速度等可控参数对壁厚的影响规律.研究结果表明:在整个弯曲段内,中性层并不是均匀地发生等距离偏移,中性层偏移量(E)与内外脊线壁厚变化率差值(η)存在线性关系,E随η的增大而增大;增大弯曲角度、芯棒伸出量、弯曲速度都导致内外脊线壁厚变化程度加重,管材壁厚变化不均匀度加剧;芯球个数对壁厚的影响呈非线性;基于优化的工艺参数组合,成功获得最大壁厚减薄率为22%的180°合格弯曲管件.     

屈服准则对不锈钢弯管变形预测精度影响

通过XRD衍射及不同方向单向拉伸试验验证,经过多道次拉拔生产出的304奥氏体不锈钢管材存在有明显的各向异性现象.采用Mises各向同性、Hill1948和Barlat1991各向异性屈服准则对不锈钢弯管过程进行有限元模拟,分析弯曲后管材内外侧壁厚分布、弯曲角度及管坯截面椭圆度的变化规律,通过模拟与实验结果对比发现,当实验数据较少时,采用Hill1948各向异性屈服准则,能够很好预测304奥氏体不锈钢管材弯曲成形过程,而Barlat1991各向异性屈服准则中的一些参数经过近似后,对成形行为的预测精度明显降低.     

高强TA18钛管微观织构对拉伸力学性能与弯曲成形性能影响研究

目的 揭示高强钛管微观织构强度与宏观各向异性指标CSR值的定量关系,阐明微观织构对钛管拉伸力学性能与弯曲成形性能的影响,为高强钛管冷轧微观织构及性能精确调控奠定重要基础。方法 选取不同轧制工艺条件下获得的高强钛管进行单向拉伸测试及EBSD表征,分析微观织构对管材拉伸力学性能的影响;选取具有典型微观织构分布状态和CSR值的高强钛管进行数控绕弯试验及成形质量测试。结果 单向拉伸力学性能测试结果表明,当CSR值为0.65~2.43时,随着CSR值的增大,颈缩阶段管材的应变与整体伸长率不断增大;数控绕弯试验结果表明,当高强钛管CSR值从1.27提高到1.48时,其断裂前最大弯曲角度从20°提高到110°,当CSR值增大到1.71时,可以成功实现120°的弯曲,并且随着CSR值进一步增大到2.14,弯管件的截面畸变率和壁厚减薄率不断减小。结论 建立了可以准确描述宏观CSR与微观织构强度指标之间定量关系的双曲函数表达式,高强钛管径向织构强度的增强会提升高强钛管变形过程中抗壁厚减薄的能力,并有利于管材弯曲成形质量的提升。     

薄壁钛管差温剪切弯曲减薄及扁化特性实验研究

目的管材差温剪切弯曲成形技术,是实现极小弯曲半径(中心线弯曲半径小于管径)薄壁钛管制造的新型技术。管材的减薄及扁化特性,是实现该过程成形质量精确控制迫切需要解决的关键问题。方法采用实验方法,研究了工艺参数对TA2薄壁钛管差温剪切弯曲过程减薄和扁化的影响。结合响应面法,获得了实验条件下的弯管成形极限。结果管模间摩擦越大,或弯曲行程H越大,或外圆角半径r_o越小,管材减薄和扁化均越大。结论内圆角半径r_i=4.00 mm,外圆角半径r_o=14.15 mm是管材最佳的弯曲半径匹配,H∈[30 mm,32 mm]能够保证管材稳定成形。     

16Mo3钢大直径大变形量试制中频弯管的组织与性能

采用中频感应局部加热弯管工艺试制了相对弯曲半径为1.8、弯曲角度为70°、规格为790mm×30mm的16Mo3钢大直径大变形量弯管,并对试制的弯管进行了整体性检验、显微组织检验与力学性能试验。结果表明:弯管弯曲部分的波浪度、圆度、壁厚减薄率均满足相关标准要求,弯管显微组织为铁素体+珠光体+少量碳化物,无晶间裂纹;室温拉伸性能、冲击性能及500℃高温拉伸性能也均符合标准要求;弯管各部位的力学性能均匀,且与原始管材的性能处于同一水平。     

单元类型对有限元计算弯管截面畸变及壁厚变化的影响

在1Cr18Ni9Ti管回转牵引弯曲试验的基础上,分别采用实体单元和壳单元进行了相应的有限元模拟。分析2种单元类型的模拟结果后发现,采用实体单元和壳单元都能较好地表现管材的弯曲成形形状及过程,但两者的模拟结果存在差异。实体单元能较为准确地反映弯管的应力应变状态,对弯管横截面畸变的模拟结果更接近于实验值,而在预测弯管壁厚变化及起皱程度时,壳单元更合适。     

基于弯曲实验的DP980力学性能研究

目的 针对仅通过单向拉伸实验无法准确表征金属板材在弯曲成形过程中的力学性能变化的问题,研究通过弯曲实验获取材料力学性能参数.方法 对高强钢DP980展开力学性能测试研究,主要通过弯曲实验对材料弯曲变形过程中形成的弯矩曲率进行测试,将得到的弯矩曲率转化为应力-应变.分别将弯曲和拉伸得到的应力-应变数据导入到三点弯和辊弯成...     

大型筒体对轮强力旋压成形特征与规律研究

目的 研究大直径薄壁筒体在对轮强力旋压过程中的应力–应变分布情况和材料流动特征,探明减薄率、进给比和主轴转速等工艺参数对成形结果的影响规律。方法 利用Forge仿真平台建立2.25 m级5052铝合金筒体对轮强力旋压的有限元模型,分析筒体成形过程中的应力–应变状态和主要工艺参数对成形精度与旋压成形力的影响规律。结果 在对轮旋压成形过程中,筒体内外侧应力–应变呈对称分布,成形区域内材料呈扇形流动。工艺参数对成形工件壁厚精度和旋压成形力的影响主次顺序为:减薄率＞进给比>主轴转速。结论 各工艺参数的增大均会降低工件的壁厚精度,减薄率和进给比的增大会引起旋压成形力增大,而主轴转速增大会使旋压成形力轻微减小。     

变径管内高压成形的厚度分界圆

为了研究变径管内高压成形过程中工艺参数和管坯几何尺寸对壁厚分布的影响,通过力学分析和全量本构方程,推导出变径管内高压成形厚度分界圆的解析公式.该公式反映了摩擦系数、膨胀系数、管端轴向应力与内压之比、送料区相对长度、管坯相对壁厚、零件过渡锥角等参数与厚度分界圆相对位置之间的定量关系,并与数值模拟规律一致.研究表明:随着摩擦系数、管端轴向应力与内压之比、送料区相对长度的增加,壁厚不变的厚度分界圆距离管端越来越近,即膨胀区壁厚减薄区域是越来越大的;而随着管坯相对壁厚的增加,壁厚不变的厚度分界圆距离管端越来越远,即膨胀区壁厚减薄区域是越来越小的.     

拉弯联合载荷下弹塑性J积分估算方法研究

基于计算J积分的等效原场应力方法,利用等效原场应力σeff只有外加载荷意义而不再具有拉伸或者弯曲等载荷类型方面的属性,提出了利用现有含裂纹结构的纯拉伸以及纯弯曲J积分全塑性解直接计算拉弯联合载荷下的J积分简化估算方法。该方法可以直接利用已经存在的J积分纯拉伸和纯弯曲全塑性解来计算拉弯联合载荷下的J积分,简化了拉弯联合载荷下J积分全塑性解的计算;并且可以应用于任意应力-应变材料,包括Ramborg-Osgood关系的材料和任意单调加载非R-O关系材料。计算过程简便。并通过与有限元计算结果对比对之进行验证,说明其工程实用性,为对含裂纹结构进行弹塑性断裂评定奠定基础。     

焊缝强度对薄壁焊管绕弯起皱及壁厚的影响

在薄壁焊管绕弯成形中,焊管起皱及壁厚分布受焊缝相对基体材料强度的影响.提出了焊缝相对强度因子Sf的概念,以反映焊缝相对于基体材料的强弱性,并推导了其解析表达式,给出了适用于焊管的起皱趋势判断公式.同时,基于有限元模拟,分析了焊缝相对强度因子对焊管绕弯成形过程中起皱及壁厚变化的影响规律.研究表明:1)当焊缝相对强度因子S...     

补料量对管材充液剪切弯曲成形精度的影响

充液剪切弯曲方法能够整体成形相对弯曲半径小于0.5的极小半径管,内压和补料量对其成形精度有着重要的影响.采用实验的方法研究了在恒定内压下,不同补料量对5A02铝合金管材充液剪切弯曲成形过程截面畸变、圆角大小和壁厚分布影响,并通过数值模拟深入研究了补料量对厚向应变的影响.研究结果表明:补料比(补料量和切向位移之比)小于1.2时可以成形管件精度良好.补料比为1.3时,靠近第一弯角的位置产生截面畸变,不圆度为2.2%.补料比对第一弯角外侧圆角影响明显,当补料比由1提高到1.2时,圆角减小50%由4.5 mm减小至2.25 mm.随着补料比的增加,内外侧壁厚均增大.内外两侧最大增厚分别由27.47%和26.67%增加到38%和34.67%,最大减薄分别由14.53%和6.64%降低到8.73%和5.8%.补料比对外侧壁厚影响大于内侧.由此可知,补料量增加,有利于外侧圆角的成形和改善成形管件的壁厚分布,但补料量过大,易造成截面畸变.