薄壁及超薄壁管材弯曲成形过程的试验研究

作者:弯管机(澳门星际) 时间:2017-12-04 文章来源:www.xiaodujiubei.com
摘要:在管材弯曲成形工艺研究中,试验研究是最准确的验证方法,可以通过分析试验结果,探索材料基本性能和工艺参数对最终成形质量的影响规律,是对有限元数值模拟结果以及其他预测...
在管材弯曲成形工艺研究中,试验研究是最准确的验证方法,可以通过分析试验结果,探索材料基本性能和工艺参数对最终成形质量的影响规律,是对有限元数值模拟结果以及其他预测方法最为有利的佐证。精确地获得薄壁及超薄壁管的成形性能参数,能够有效指导弯曲成形试验。由于管材的曲面结构,不能像板材的平面结构进行测试,改变形状会引起材料本身性能的改变,故管材各个方向的材料性能参数获取较为困难,而且准确度较低。为解决上述困难,查微微建立了一种针对镁合金管材的环向拉伸的测试方法,并用有限元模拟和具体试验研究,验证了自主推导的径向压力公式和环向拉力公式。同时,设计了简易的自由胀形装置,通过具体的成形试验,结合模拟结果,进一步论证了由此种测试方法和相关公司所产生的参数准确性。
薄壁及超薄壁管材弯曲成形过程的试验研究
环向拉伸测试方法可以准确测出管材环向的厚向异性指数,对有限元模拟结果具有重要影响。但这种测试方法较为复杂,模具与试样之间的摩擦力严重影响测试结果的准确性。虽然复杂的理论模型带来精确的预测结果,但测试数据的处理却效率较低、较为繁琐,编写相对应的求解软件可以解决上述问题。例如包丽燕为简化测试数据的处理而自主编写了管材性能测试管件,通过假设管材胀形高度与内压是线性关系,推导内压、胀形高度与应力、应变的关系;李恒使用 VC++语言和 Visual Studio 软件开发平台,自主开发了管材性能理论模型求解软件,并通过具体的胀形试验,验证了软件的有效性和求解参数的准确性,提高了薄壁及超薄壁管成形性能测试的可靠性。在准确的管材性能参数的基础上,可以有效预测单层管材的变形结果,但对于双层管、三层复合管的成形研究,仍有待进一步提高。
周磊在成形极限理论和失稳理论的基础上,由单层管推导出双层管、三层复合管的成形极限理论,提出了极限膨胀系数的计算公式。并通过有限元模拟软件 MARC 对管材胀形过程和加载路径进行仿真研究,并结合计算结果,验证自主推导理论的准确度。同时通过管接头的胀形试验进一步佐证了推导的极限理论的有效性。此理论是管材在没有弯曲变形时的胀形研究,为研究充液压弯成形工艺中的流体作用规律奠定了基础。如果没有液体的支撑,复合管材的弯曲成形规律会产生较大的变化,Shikeki Mori 等人对于复合管材弯曲的基本性质、加载状态、回弹情况、复合层的弯曲力矩进行了详细的研究,并通过四点弯曲得到复合管材弯曲的基本成形规律 。此规律适用于管材内部没有有效支撑的情况,因此对充液压弯成形中的压弯过程提供了借鉴作用。不同的填充介质会产生不同压弯效果,研究人员以 PU 棒为例,对填充 PU 棒的金属复合管进行了压弯试验,而且通过 DYNAFORM 有限元模拟软件提前对压弯成形质量进行了预测 。
研究表明:PU 棒不能较好的提供支撑作用,虽然减轻了弯曲管材外侧开裂的倾向和截面畸变,探索了复合金属管压弯成形的特点和成形规律,但也使得内侧起皱严重,故 PU 棒材不能很好的支撑薄壁及超薄管进行弯曲成形。大直径薄壁管材是最为接近本课题的研究材料,其的弯曲成形技术以德国最为出众,M.Lovric 对大直径薄壁管材的弯曲进行了深入的研究,分析了成形过程中弯曲内侧容易起皱和截面畸变等缺陷,并通过有限元模拟的方法,给出了大直径薄壁管弯曲过程中出现缺陷的原因以及影响因素,为进一步探究超薄壁管的成形提供了良好的借鉴作用。不同材料的薄壁管其成形性能不同, 特别是 6 系铝合金管材的成形规律与低碳钢管差别较大。Paulsen F 和 Welo T 对 A6060 薄壁铝合金管在弯曲过程中的截面变化情况进行了研究。发现管材在弯曲刚开始的时候,其截面变化形式为均匀凹陷;如果应变强化指数 n 较小,起皱发生后的截面畸变程度更大,影响成形质量;同时材料的宽厚比也对起皱的临界点有较大影响,这些规律有助于研究 6061 铝合金管材的弯曲成形规律。
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