无缝钢管局部径向模具塑性成形的物理模拟及模具优化

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 无缝钢管局部径向模具塑性成形的 物理模拟及模具优化 摘 要：以无缝钢管局部径向成 形的质量控制和开裂及压痕问题进行研 究，采用物理模拟的方法研究了无缝钢 管局部径向模具塑性加工成形技术，包 括工具形状参数、钢管形状参数对无缝 钢管局部径向模具塑性加工成形过程的 影响。首先针对无缝钢管局部径向模具 塑性加工成形过程中的开裂及压痕问题 进行了初步的力学分析，根据分析结果 对模具结构进行了改进，建立了无缝钢 管局部径向模具塑性加工成形的物理模 拟系统，完成了试验工作，试验结果表 明改进后的模具较好地解决了开裂及压 痕问题。并探讨了厚径比参数 、凹槽 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 宽度与成形过程的关系，为工程设计提 供了参考价值。 中国论文网 /4/view-12773244.htm 关键词：钢管局部径向模具塑性 成形 模具优化 物理模拟 中图分类号：TH12 文献标识码： A 文章编号： 1003-9082（2014）10- 0300-02 无缝钢管局部径向模具塑性成形 是管材深加工的一个重要发展方向，管 材的塑性加工在现代工业生产中具有十 分重要的地位。在无缝钢管局部径向模 具塑性加工成形的实际生产过程中，经 常出现无缝钢管局部塑性变形失控的问 题，其局部变形超过材料的强度极限导 致裂纹的产生，由于材料与模具接触工 具形状的影响，材料产生流动导致压痕 产生，无法获得所需要形状尺寸和性能 的产品。无缝钢管在模具中的局部径向 塑性成形机理是十分复杂的，坯料的各 个部分在成形过程中都具有不同的功能， 受力状态及变形性质也各不相同，相互 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 间的作用和影响也非常复杂。研究其成 形规律和控制方法，对无缝钢管在模具 中局部径向塑性成形及控制将具有重要 的意义。 一、无缝钢管局部径向模具塑性 成形过程 前无缝钢管局部径向模具塑性成 形加工是将钢管放在下模上，用顶部未 开圆弧槽的凸模径向加载在钢管上，凸 模做径向位移将钢管压制成所需的形状， 其成形过程及出现的典型缺陷。 二、无缝钢管局部径向模具塑性 成形物理模拟 1.物理模拟模具改进设计 通过无缝钢管局部径向模具塑性 成形工艺分析及力学分析以可知，将集 中载荷改变为面载荷，可以降低凸模对 无缝钢管的不均匀压缩，减少应力集中， 是防止无缝钢管局部径向模具塑性成形 时失稳与开裂有效方法。为此，为防止 成形时无缝钢管的塑性失稳与开裂，本 文物理实验时对凸模进行了改进设计与 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 制造，将凸模的顶部分别开半径为 29mm（下称旧模具） 、34mm（下称新 模具）深度都为 2mm 的圆弧槽（圆弧 槽的半径与被加工钢管的外径相同） ， 从而保证凸模与无缝钢管之间的接触为 面接触。 2.实验过程 实验开始前将无缝钢管表面均匀 地涂上石墨并放入模具中，然后将其安 装在本实验用的 30 吨微机控制电子万 能材料试验机的活动平台上，试验环境 温度为室温，实验中采用位移加载方式 缓慢加载，由于加载速度很慢，可视为 准静态过程。开启试验机后，由试验机 的活动平台带动模具一起缓慢上升压载 在钢管上，本次试验观察记录了每件试 验件的成形过程，并记录了压载结束后 的载荷值。 在预做实验中发现，钢管的成形 质量与其壁厚 t、压下量 h 之间的关系 密切，因此本文把钢管壁厚与其外径之 比 以及压下量与其外径之比 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 ，分别叫做钢管的厚径比、相对 径向压下量，并认为当模具参数一定时， 它们是影响钢管成形质量的主要参数。 因此实验过程中本文也主要对以下现象 进行了观察与测量： 1.在模具中成形时无缝钢管的变 形情况； 2.钢管的厚径比 、相对径向压下 量 不同时，无缝钢管中部的塌陷与开 裂情况； 3.凸模凹槽不同相对径向压下量 相同时及凸模凹槽相同径向压下量 不 同时，无缝钢管压型面的压痕情况。 4.压载结束后的载荷值；变形后 测量试件外形尺寸，变形区域横断面塌 陷及裂纹情况。 三、实验现象观察与实验结果与 分析 1.实验现象 当钢管厚径比 相同、工具形状 参数一定时，48mm5mm200mm 的 无缝钢管试件 8 件（新模具和旧模具各 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 4 件） ，从试验的过程看，试验重复性较 好。在初始压载阶段，钢管的自由宽展 部分首先发生弹性弯曲变形，钢管下部 和凹模的接触面不断加大，当径向相对 压下量 的增加到一定程度的时候，钢 管与凸模凹槽两边接触的部位发生塑性 变形，出现压痕现象，随着压载的进行， 钢管自由宽展部位的弯曲变形进一步扩 大，同时凹槽内部的钢管受到自由宽展 部分的拉力作用开始向两边变形，钢管 与凹槽的接触面也开始发生变化，钢管 出现较明显的塑性变形，随着塑性变形 区的扩大，钢管材料出现应变硬化现象， 同时钢管塑性压扁，当钢管压扁达到一 定程度时，钢管与凸模面接触的两端厚 度增大，钢管中间部位基本成形，此时 也达到要求的压载量。 新模具 4 件试验件的试验过程看， 试验现象与旧模具基本一样，由其力位 移曲线可以看出，新模具弹性模量明显 比旧模具试验现象出现的弹性模量小， 在零件成形后同样未出现开裂现象，且 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 零件表面亦未出现明显的压痕。 2.实验数据 四、结论 根据无缝钢管在模具中局部径向 塑性成形的特点及成形过程中容易出现 的缺陷，进行了简要力学分析，在此分 析基础上对模具进行了改进设计，并用 改进设计后的模具对无缝钢管在模具中 的局部径向塑性成形进行了物理模拟。 通过对无缝钢管局部径向模具塑性成形 的物理模拟结果分析，可以得到以下一 些结论： 1.将凸模顶部开圆弧槽能解决无 缝钢管局部径向模具塑性成形的开裂问 题； 2.将凸模凹槽半径加宽可以减小 或消除无缝钢管局部径向模具塑性成形 的表面压痕。 3.提出了无缝钢管的厚径比 、相 对径向压下量 的概念；在工具形状一 定的情况下，它们与成形质量