21-6-9高強(qiáng)不銹鋼管數(shù)控繞彎成形規(guī)律研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，航空、航天等高技術(shù)領(lǐng)域的彎管件復(fù)雜程度越來越大，對彎管件的成形質(zhì)量和成形極限要求也越來越高，這就迫切需要研究和發(fā)展管材精確數(shù)控繞彎成形技術(shù)。21-6-9高強(qiáng)不銹鋼管因具有高的強(qiáng)度、優(yōu)良的耐腐蝕和耐高壓性以及良好的抗高溫氧化性，在航空、航天等高技術(shù)領(lǐng)域的管路系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。但該管材因屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度高、延伸率低、屈彈比大等導(dǎo)致其成形難度大和成形質(zhì)量差等問題。為此，本文以21-6-9高強(qiáng)不銹鋼管為研究對

2、象，對其在多模具約束多因素耦合下的數(shù)控繞彎成形過程所涉及的壁厚變化、截面畸變和回彈等關(guān)鍵問題進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究。主要研究內(nèi)容及成果如下：
　　基于平面應(yīng)變假設(shè)和指數(shù)硬化模型，推導(dǎo)了管材數(shù)控繞彎成形中不同方向的應(yīng)力分布、中性層曲率半徑、彎曲力矩、壁厚變化率和截面畸變率的近似計(jì)算公式；采用虛功原理建立了管材數(shù)控繞彎回彈解析模型，經(jīng)驗(yàn)證表明，該模型是目前最接近實(shí)驗(yàn)值的理論解析模型，可用于管材數(shù)控繞彎回彈的初步估算。
　　基于AB

3、AQUS有限元平臺(tái)，建立了21-6-9高強(qiáng)不銹鋼管數(shù)控繞彎成形及回彈全過程三維彈塑性有限元模型，給出了建模過程所涉及的關(guān)鍵技術(shù)處理方法，并從網(wǎng)格尺寸、質(zhì)量放大、能量曲線和實(shí)驗(yàn)結(jié)果等方面驗(yàn)證了該模型的穩(wěn)定性和可靠性。采用該模型研究了無芯繞彎和有芯繞彎（芯棒類型包括圓柱式芯棒、圓柱球頭式芯棒和球窩式芯棒）對21-6-9高強(qiáng)不銹鋼管數(shù)控繞彎成形壁厚變化和截面畸變的影響，結(jié)果表明，配備芯棒是獲得合格彎管件的必要條件，且以圓柱球頭式芯棒為佳。

4、r>　　在圓柱球頭式芯棒的條件下，系統(tǒng)研究了幾何參數(shù)、材料參數(shù)和工藝參數(shù)對21-6-9高強(qiáng)不銹鋼管數(shù)控繞彎成形壁厚變化和截面畸變的影響。結(jié)果表明，1）隨著彎曲角度增加，壁厚變化率和截面畸變率先增加后趨于穩(wěn)定，且在相同彎曲角度下，彎管外側(cè)壁厚減薄率均大于內(nèi)側(cè)壁厚增厚率；隨著相對彎曲半徑減小，壁厚變化率和截面畸變率均增大，并且要獲得合格彎管件的相對彎曲半徑必須大于2。2）增大彈性模量、硬化指數(shù)或減小強(qiáng)度系數(shù)、屈服強(qiáng)度，可減小截面畸變率；增大

5、強(qiáng)度系數(shù)、硬化指數(shù)或減小屈服強(qiáng)度，可減小壁厚變化率，而彈性模量對壁厚變化率影響不大；泊松比對壁厚變化率和截面畸變率幾乎沒有影響。3）增加管材與防皺塊間隙、管材與芯棒間隙或減小管材與彎曲模間隙、管材與壓塊間隙可減小壁厚減薄率；減小管材與芯棒間隙或增加管材與壓塊間隙可減小壁厚增厚率，而其他管材與模具間隙對壁厚增厚率的影響不顯著；減小管材與彎曲模間隙、管材與壓塊間隙、管材與芯棒間隙或增加管材與防皺塊間隙可減小截面畸變率。4）減小管材與芯棒摩擦

6、系數(shù)可減小壁厚減薄率，其他管材與模具摩擦系數(shù)對壁厚減薄率的影響不大；增大管材與彎曲模摩擦系數(shù)、管材與防皺塊摩擦系數(shù)、管材與芯棒摩擦系數(shù)可減小壁厚增厚率，而管材與壓塊摩擦系數(shù)對壁厚增厚率的影響不大；增大管材與彎曲模摩擦系數(shù)、管材與防皺塊摩擦系數(shù)或減小管材與芯棒摩擦系數(shù)可減小截面畸變率，而管材與壓塊摩擦系數(shù)對截面畸變率的影響不大。5）隨著芯棒伸出量的增加，壁厚減薄率增加，壁厚增厚率變化不大，截面畸變率減小。6）彎曲速度和壓塊助推速度對壁厚變

7、化率和截面畸變率的影響不大。
　　深入研究了21-6-9高強(qiáng)不銹鋼管數(shù)控繞彎成形及回彈全過程變形行為以及卸載回彈規(guī)律。結(jié)果表明，抽芯和回彈時(shí)彎管切向應(yīng)力均發(fā)生卸載，并且回彈后彎管內(nèi)外側(cè)切應(yīng)力出現(xiàn)反向加載現(xiàn)象；彎管回彈角隨著彎曲角度的增加幾乎呈線性增加，彎管回彈半徑隨著彎曲角度增加而減小的變化規(guī)律滿足Allometric函數(shù)關(guān)系；分別提出了通過求解回彈前后兩直線方程夾角來計(jì)算回彈角以及擬合回彈前后彎管內(nèi)脊線圓弧半徑來計(jì)算回彈半徑的方

8、法。
　　系統(tǒng)研究了材料參數(shù)和工藝參數(shù)對21-6-9高強(qiáng)不銹鋼管數(shù)控繞彎回彈行為的影響。結(jié)果表明，1）隨著彈性模量的減小或強(qiáng)度系數(shù)、屈服強(qiáng)度的增大，回彈增大，而硬化指數(shù)和泊松比對回彈的影響較小。2）隨著芯棒伸出量、管材與壓塊間隙的減小或管材與彎曲模間隙、管材與芯棒間隙、管材與彎曲模摩擦系數(shù)、管材與防皺塊摩擦系數(shù)、管材與芯棒摩擦系數(shù)的增大，回彈增大。3）彎曲速度對回彈角的影響較大，而對回彈半徑幾乎沒有影響；隨著管材與防皺塊間隙的增大

9、，回彈先減小后增大；壓塊助推速度和管材與壓塊摩擦系數(shù)對回彈的影響不大。4）回彈對材料參數(shù)的敏感性比對工藝參數(shù)的大，其對材料參數(shù)的敏感性從大到小依次為：強(qiáng)度系數(shù)、彈性模量、屈服強(qiáng)度、硬化指數(shù)和泊松比；回彈對工藝參數(shù)最敏感的是芯棒伸出量，最不敏感的是管材與防皺塊間隙或彎曲速度。5）提出了可以對21-6-9高強(qiáng)不銹鋼管數(shù)控繞彎回彈角和回彈半徑同時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒?，該方法的有效性通過了實(shí)例驗(yàn)證。
　　以上研究結(jié)果對克服21-6-9高強(qiáng)不銹鋼