21-6-9高強不銹鋼管數(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高強不銹鋼管因具有高的強度、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)中得到了廣泛的應用。但該管材因屈服強度和抗拉強度高、延伸率低、屈彈比大等導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：
　　基于平面應變假設(shè)和指數(shù)硬化模型，推導了管材數(shù)控繞彎成形中不同方向的應力分布、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)驗證表明，該模型是目前最接近實驗值的理論解析模型，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，建立了21-6-9高強不銹鋼管數(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、能量曲線和實驗結(jié)果等方面驗證了該模型的穩(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)或減小強度系數(shù)、屈服強度，可減小截面畸變率；增大

5、強度系數(shù)、硬化指數(shù)或減小屈服強度，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，抽芯和回彈時彎管切向應力均發(fā)生卸載，并且回彈后彎管內(nèi)外側(cè)切應力出現(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算回彈角以及擬合回彈前后彎管內(nèi)脊線圓弧半徑來計算回彈半徑的方

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度系數(shù)、屈服強度的增大，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：強度系數(shù)、彈性模量、屈服強度、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高強不銹鋼管數(shù)控繞彎回彈角和回彈半徑同時進行補償?shù)姆椒?，該方法的有效性通過了實例驗證。
　　以上研究結(jié)果對克服21-6-9高強不銹鋼