矩形薄壁金属管冷绕弯成型分析及改进设计.pdfVIP

文章编 号 ：1672—0121(2015)03—0064—04 矩形薄壁金属管冷绕弯成型分析及 改进设计 林伟 明 1。蒋兰 芳 ：，郭 超 。，刘 红 。，林姚辰 (1．浙江金马逊机械有 限公司 ，浙江 缙云 321403；2．浙江工业大学 之江学 院，浙江 杭州 310024； 3．浙江工业大学 机械工程 学 院，浙江 杭州 310014) 摘要 ：制造业轻量化技术 的发展 ，使矩形薄壁金属管材得到 了更 多应用 。本文借助有 限元分析软件 ，仿真 矩形大 口径薄壁管绕弯成型过程 ，并提 出一种新型的基于阿基米德螺线 的芯头结构设计 ，来提高弯管成型质 量 。仿真分析表 明其对改善截面畸变效果显著 。对丰富管件绕弯成型方式、提高弯管质量具有重要意义 。 关键词 ：管材加工 ；绕弯成型 ；矩形管件 ；薄壁管 ；阿基米德螺线型芯头 中图分类号 ：TG356．56 文献标识码 ：A DOI：10．16316／j．issn．1672—0121．2015．04．022 1 引言 子 的概念 ，并 以此来衡量 管件 弯 曲过程 中中性层面 管材冷弯成 型时 ，容 易出现 回弹 、起皱 、截面 畸 的横 向移动 和 截 面变 化 ，并推 导 出各 自的理论 表达 变及减薄拉裂等 问题 。回弹方面 ，如张深等人_11对 以 式 ，在研究 圆管弯 曲截面变形方面具有较好 的参考 回弹为主要成形缺 陷的管件三维绕弯成形进行 了研 意 义 。 究 ，采用基于数值 回弹预测 的方法 ，对卸载后管件 回 本文将综合管件弯 曲成型涉及 的金属材料学 、 弹量进行 多次迭代补偿 ，可 以较好地补偿 回弹角度 ， 非线性力学 、板料成型与模 具设计 、优化分析方法等 确保弯 曲加工后管件 的成型精度 。Y iLiut2~提 出一 多个学科 的知识 ，以工程 常用 的矩形管件为研究对 种考虑椭 圆率 的分析模 型 ，可 以用来计算弯管 的回 象 ，分析弯管成型过程 中容易出现 的问题 ，并基于 阿 弹和切 向应变 。管材弯 曲过程 中截面形状难 以控制 。 基米德螺线 ，提出一种新型芯头结构设计 ，来提高矩 林艳等人 I31针对 薄壁 管数控 弯 曲精确成形过程 中 由 形弯管成型质量 。 于多重工艺参数交互影响产生失稳起皱 的缺 陷 ，结 合数值方法提 出了预测准则 ，研 究结果表 明相对管 2 建模 与仿 真 径 、芯头伸 出量 、弯 曲半径和摩擦 因素是产生起皱失 以 口径 60mmx4Omm，壁厚 2mm，材料为 Q235B 稳 的主要影 响 因素 。RalfPeek~基于有 限应变理论 ， 的半镇静钢 ，弯 曲半径 r为 130ram，弯 曲角度为 90。 对金属 圆管绕弯成型 中的主要缺 陷一起 皱进 行分 的矩 形薄 壁金 属无 缝 钢 弯 管 为研 究 对 象 。参 照 析 ，该方法在径 厚较 小时预测精度较 高 ，但 由于弯 曲 GB228—87标准 ，从管材上截取试件样 品 ，如 图 2所 过程 中的非线性 问题过 多 ，实 际的塑性变形与材料 示 ，在 INSTRON一8801万能 电子实验机上进 行单 向 理论流动存在较大差别 ，因此对于径厚 比较大 的管 拉伸实验 ，如 图 1所示 ，得到应力一应变 曲线如 图3 件弯 曲成 型缺 陷 的预测 只具 有参考价值 。F．Sta— 所示 ，材料力学性 能参数如表 1所示 。 chowicztS3~于弯 曲后管材外侧拉伸 区的变形较 内侧 压缩 区的较大 ，尤其是在轴 向助推力 的作用下造成 金属管件 弯 曲成 型后 的截 面变形形状椭 圆有较大 前提下 ，提 出了中性层移动量 和截面扁化 因 ：高档数控机床与基础制造装备 国家科技重大专项重点国际 墨一 合作研 究项 目 (2012C14021)，浙江省 自然科学基金项 目 图1万能电子拉伸实验机 图2Q235B矩形管材拉伸实验样品 (LQ13A020003)，国际科技合作专项 (合作研 究)项