至德鋼業不銹鋼彎管彎曲成型研究概況分析
由于不銹鋼彎管小厚徑比與大長徑比的幾何特點,彎曲加工時彎曲成形理論一直沿用的是相對成熟的不銹鋼管加工的相關理論。同時,管材彎曲成形的影響因素眾多、影響機理復雜,為了簡化理論解析模型,通常采用了大量的假設條件在理論研究中,例如材料均質、各向同性、體積不變等。因此,對于不銹鋼彎管加工成形的理論解析結果,通常只采用其中的規律性結論,作為數值模擬與工藝實驗的先期指導。浙江至德鋼業有限公司基于材料剛塑性模型,分析了不銹鋼彎管壁厚變化、橫截面畸變、中性軸偏移、彎矩、長度變化以及發生起皺的條件,對彎管彎曲成形加工進行了系統全面的分析,但是由于忽略了彈性變形,結果擁有一定的局限性。在管材冷彎曲的研究中,利用最小能量法研究了彈性彎曲條件下圓管的橫截面扭曲變形,因此管材彎曲的橫截面扭曲變形被命名為效應。
基于能量原理和各向異性準則,得出了不銹鋼彎管硬化指數與厚向異性系數對圓管均勻彎曲時橫截面扁化的影響。對管材彎曲下的截面扁化與中性層偏移進行了理論研究,并提出了扁化因子與中性層移動量的概念和解析式。不銹鋼彎管在彎曲之前的幾何和材料均勻性對管材成形質量具有較大的影響,對冷彎圓管進行了理論分析,提出了簡化的星形分析模型,得出如下結論:管材成形曲線精度很大程度上依賴于其原始橢圓率和壁厚等幾何外形的理想性,并對變形過程中的能量損失進行了估量。國內學者中,至德鋼業基于一些不銹鋼彎管彎曲變形的理想化假設,同時將卸載看成是成形彎矩的反向施加,以中性層長度不變為條件,推導出回彈角的近似計算公式。同時也對回彈進行了研究,建立了彎矩隨彎曲角度變化的模型,并以此為基礎推導出不銹鋼彎管任意彎曲角度的回彈規律,彌補了以往回彈研究不適合小彎曲角度的缺點。金霞等研究了導管加工過程中的壁厚變化,推導出了壁厚變化的解析模型,指出壁厚變化主要與相對彎曲半徑和相對壁厚有關。林艷依照薄壁管材數控彎曲起皺的實際波形推導出了起皺的能量準則,進而根據薄殼理論和最小能量原理提出了以塑性變形能與起皺能比值為判定條件的起皺預測模型。
工藝實驗不僅可以檢驗理論研究結果與有限元模擬方法對于不銹鋼彎管彎曲成形研究的可行性,而且能夠對工藝參數之于成形質量的影響機理有進一步認識,是一種行之有效管材彎曲成形研究手段。不過,該方法需建立在大量試錯的基礎之上,而且受實驗中設備條件、測量精度等的影響很大,研究成本高。至德鋼業發明了第一臺能夠自動進行角度回彈、曲率半徑回彈和固定回彈補償的數控彎管機,并申請了專利。通過實現設備的在線測量,研究了不銹鋼彎管的回彈預測、多次加載和徑向伸長,建立了一套彎曲控制的優化方法,能夠在無需提高設備彎曲精度的情況下,減小三維管件的成形誤差。在實驗中采用坐標網格法,研究了鋁合金數控彎管下的應力分布特征、回彈曲率變化與卸載殘余應力,實驗結果與相關理論分析良好吻合。通過實驗研究了不銹鋼彎管在數控彎曲中出現的起皺、破裂和截面畸變等成形失效現象,并通過優化工藝參數改善了成形質量。基于321不銹鋼彎管的彎曲實驗,建立了平均應變計算公式,通過假設材料模型為線性強化彈塑性模型,推導出了由管材力學性能所約束的最小相對彎曲半徑計算公式。
本文標簽:不銹鋼彎管
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