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    钢管苏式模空拔过程的计算机

    2019-05-07   来源:   点击数:0次 选择视力保护色: 杏仁黄 秋叶褐 胭脂红 芥末绿 天蓝 雪青 灰 银河白(默认色)   合适字体大小:
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     中国钢管信息港多出鲜活生动的报道:不同载荷步下相贯区应力分布由于三通相贯区几何结构不连续导致应力集中,使得其往往在相贯线处首先发生破坏,成为整个结构的最危险部位,因而是我们重点研究的区域。-10为等径三通相贯线处内、外壁的Mises等效应平面内拐角处屈服,随后整个外壁几乎同时进入达到塑性状态,而这时内壁的大部分还处于弹性区,这与等径三通相同。极限压力下异径三通同样是相贯线内外壁都进入屈服状态,形成塑性铰。
      
      用非常普遍的钢管拔制方式之一,其特点是不采用内芯棒,外模变形区呈圆锥形。受传统理论的限制,尽管苏式模空拔方式应用十分普遍,但对其变形过程仍缺乏系统深入的认识,致使生产中常发生一些问题,如尺寸难于控制、钢管出现纵裂和表面横裂等本文作者用先进的计算机模拟技术代替传统的方法,对这种拔制方式进行了95次各种工艺参数下的计算机模拟分柝在此基础上,得到了各主要参数的数学模型,进而分析了生产中常见问题的成因和相应的控制方法总表T�D�D拔模锥角;夂一一延伸系数;�D�D摩擦系数1模拟方案及建模模拟方案的制定过程及建模方法在中己有介绍钢管材质为ck15软件为美国的大型有限元模拟软件MSC*MARC硬件采用惠普公司双中央处理器微机工作站。有限元模拟计算采用轴对称模型,共进行了95次模拟实验具体模拟条件参数为:人=1. 1.67,0.03~ 2空拔变形过程的分析对两个具体模拟实例进行了分析。模拟实例1将(4 8mm的钢管置于模孔为3mm维角为13*的拔模内拔制,拔后钢管尺寸为O29.49爪心<7.47爪叫模拟实例2将(-0爪心<2爪爪的钢管置于模孔为70mm锥角为17的拔模内拔制,拔后钢官尺寸为中国钢管信息港多出鲜活生动的报道:O534mmK212mm具体参数见表1参数模拟实例钢管入口直径/mm模钢管入口壁厚/mm拟拔模模孔直径/mm条拔制速度/m.mill-件摩擦系数拔模锥角/(°钢管出口直径/mm钢管出口壁厚/mm模拟结果平均拔制应力/MPa最大轴向应力/MPa最大周向应力/MPa拔模承受最大压力/MPa最大周向残余应力/MPa最大塑性应变量平均塑性应变量2.1钢管出口尺寸的变化模拟结果验证了生产过程中实际存在的两个现象:①厚壁管拔制后壁厚减小,薄壁管拔制后壁厚大;②空拔后钢管出口处直径略小于模孔直径这两个现象的有关机理己有论述,在此不再探讨。对各种参数下的多次模拟结果进行处理,得到钢管出口处尺寸变化规律的数学模型用这些模型可以准确预测钢管的出口直径和壁厚,从而可以对钢管成品尺寸进行严格控制2.2变形区形状从模拟结果可以看出,钢管的塑性变形主要集中发生在两个区域:一个是钢管与拔模的咬入区;另一个是锥角过渡区特别是钢管外表面的变形更是如此在上述两个区域之间还存在一个近似刚性变形的区域由于钢管内表面为自由面,始终存在一定量的变形在咬入区,钢管的内表面承受压缩变形,在过渡区又承受拉伸变形,这种交替的变形方式可能造成钢管的内表面皱折,使表面质量降丨低通过分析变形区可以控制钢管内表面发生皱折的趋势钢管被咬入前和进入定径带之后,均存在非接触变形区这一非接触变形区是造成钢管出口直径小于模孔直径的根本原因2.3轴向应力分布显然,在定径区及钢管拔出后,拔制方向的轴向应力沿钢管壁厚呈不均匀分布状态:钢管的外表面为强拉应力区,而内表面为压应力区。这是由于钢管内表面为自由面,外表面则与拔模接触,因而外表面承受了比内表面更高的纵向流动阻力,致使钢管断面上金属纵向流动不均匀。最大拉应力出现在定径区钢管外表面,当该应力超过某一临界值时,钢管外表面将产生横向裂纹这从力学角度上给出了空拔时钢管外表面易产生横裂缺陷的根本原因。防止空拔时钢管表面出现横向裂纹的根本措施之一是通过选取合理的工艺参数,使轴向最大拉应力低于材料的临界值为此,在大量模拟实验的基础上,作者给出了轴向最大拉应力模型。此模型可用来预测各种工艺条件下的轴向最大拉应力值。另外还观察到,在变形区任意断面上轴向应力均呈现出极不均匀的分布状态。可见,传统的简单解析法所作的平截面假设与实际情况存在很大差距,这也是初等解析公式(或相关的经验公式)的局限性所在。
      
      2.4周向应力分布拔制时钢管周向应力的分布与轴向应力分布相似,最大周向拉应力出现在定径区钢管外表面,当该应力超过某一临界值时,钢管表面将产生纵向裂纹拔制后,这种因金属周向流动不均匀而产生的周向应力不均匀现象仍无法消除。模拟结果显示,拔制后钢管外表面仍呈强残余拉应力,而内表面则为残余压应力。如果不及时退火,在某些因素的诱导下,强残余拉应力可能导致钢管产生纵裂这从力学角度给出了空拔时钢管易产生纵裂的根本原因。防止空拔时钢管纵裂的根本措施之一是通过选取合理的工艺参数,使周向最大残余拉应力低于材料的临界值。
      
      在大量模拟分析的基础上,作者给出了周向最大拉应力模型和周向最大残余应力模型可用这些模型来控制钢管纵向裂纹和拔后纵裂缺陷的发生在钢管与拔模咬入处,金属承受强周向压应力,特别是薄壁管,整个断面均呈压应力,这种压应力可能导致钢管端面变形失稳,致使钢管凹陷由于薄壁管的刚度差,临界失稳压应力较小,因此拔制时必须考虑失稳问题通过控制咬入处的周向压应力值,可以避免钢管失稳。
      
      5径向应力分布由于咬入区和锥角过渡区呈高径向压应力状态,因此在这两个区域模具磨损最快。通过优化工艺参数和模具形状,可以减少这种区域性不均匀磨损,从而提高模具寿命。
      
      6塑性应变分布塑性应变在钢管断面上亦呈不均匀分布由于钢管的内表面为自由面,金属流动时不受限制,所以其塑性应变较大,如模拟实例1最大塑性应变为0.58,而断面上的平均塑性应变为0. 50正是空拔过程中这种断面塑性应变的不均匀性导致了空拔工艺的一些特殊问题,特别是上面己经讨论过的钢管的横裂和纵裂问题受这些因素的限制,空拔过程不可能达到较高的延伸系数,其改进方法是采用带芯棒拔制工艺,使钢管内表面和外表面同时受到工具的约束,则断面上变形趋于均匀换一个角度讲,由于空拔时钢管内表面处金属可以自由流动,因此可采用较小的拔制力,这有利于节能和降低模具的消耗3各主要参数的数学模型及其影响因素3.1各主要参数的数学模型逐步回归法得到了最大轴向应力、最大周向应力、最大残余周向应力、最大塑性应变、平均塑性应变平均拔制应力、拔模最大压力、拔制过程壁厚变化率及钢管出口直径减缩率等数学模型。模型分正向求解和反向求解两种情况正向求解是以钢管入口尺寸为己知条件,出口尺寸为未知条件。反向求解则相反以最大轴向应力为例,选用的模型如下:993,显著性检验值为1518属于高度相关,高度显著2主要影响因素用上述模型可定量分析表1中某个条件参数对任一个效果参数的影响规律从而进行优化在回归过程中,实际上考虑了各种条件参数,但经逐步回归仅选出了延伸系数和拔模锥角两个参数这说明影响最大轴向应力的因素主要是延伸系数和拔模锥角,其它参数的影响均可忽略。因此,防止钢管出现横裂的主要措施之一是选好延伸系数和拔模锥龟3.2. 1延伸系数给出了延伸系数对主要效果参数的影响。
      
      ①延伸系数越大,平均拔制应力(出口处平均轴向应力)越大;最大轴向应力、最大周向应力和最大残余周向应力随延伸系数的加呈双峰曲线分布;③随着延伸系数提高,拔模承受的最大压力亦呈现与上述情况类似的分布从以上分析可知,钢管的轴向应力和周向应力因拔制时变形不均匀而呈现出明显的不均匀分布。当延伸系数较小时,随变形量大,最大轴向应力和最大周向应力加延伸系数越小,变形越不充分,变形不均匀现象越严重。随着延伸系数大,变形不均匀状态逐步缓和,最大轴向应力和最大周向应力反而有所下降延伸系数在1.15~ 1.25之间时,最大轴向应力和最大周向应力出现第一个峰值。随着延伸系数进一步大,最大轴向应力和最大周向应力又开始上升。在延伸系数1.35~ 1.40之间时,最大轴向应力和最大周向应力出现低谷值因此在设计拔制工艺时,应避开两个峰值区,尽量设计在延伸系数为1.351.40的低谷值区,这样可以有效防止横裂及纵裂的发生。显然,传统上仅通过减小延伸系数来控制横裂及纵裂的做法是走入了一个误区就作者所知,目前生产厂普遍采用的拔制工艺的延伸系数正好选在1.15-1.25的峰值区,尽管该延伸系数己经较低,但仍不能避免横裂和纵裂的发生,而有时单道次延伸系数较高却并不会产生裂纹本研究结果对这种现象给予了合理的解释20~1.25时,拔模承受的最大压力达到峰值。此时变形主要集中在咬入区和过渡区,拔模承受的压力极不均匀,局部磨损明显,模具寿命并不因延伸系数较低而有所提高,反而可能会降低在延伸系数1.40左右时,拔模承受的最大压力处于低谷值,此时尽管平均拔模压力较高,但因分布较均匀,模具磨损也较均匀,寿命应较长3.2.2拔模锥角拔制锥角对主要效果参数的影响规律为:①随着拔模锥角大,钢管的不均匀变形程度加大,最大轴向应力加;随着拔模锥角大,钢管的变形区长度缩短,平均拔制应力略有下降;*拔模锥角对其它效果参数影响不大15*较合适3.2.3钢管断面特性和摩擦系数钢管断面特性的影响可以通过参数D/T来考察在延伸系数等其它条件相同时,随着D/T大,最大轴向应力和最大周向应力略有下降,平均拔制应力略有上升,最大拔模模压明显上升。也就是说,在相同拔制条件下,薄壁管拔模承受更不均匀的模压,模具局部磨损更快,产生裂纹缺陷的可能性更大因此拔制薄壁管时应取低一些的延伸系数。中国钢管信息港多出鲜活生动的报道
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