一家专注流体压力成形技术
【作 者】邢梦龙;杜凤山;付玉涛
【引 言】
辊弯成形的断面钢材广泛应用于建筑、汽车、交通运输、石油化工等领域[１].连续辊弯成形是将板带或管材通过辊弯机成形输出各种异型管的工艺.辊弯成形根据原材料几何类型的不同,可以分为开式辊弯成形和闭式辊弯成形.其中,圆管成形方矩形管为闭式辊弯成形,优点是产品质量更好,机组成形速度更快,效率更高,所以得到了更广泛的应用。
在闭式辊弯成形的相关研究中,NAGAMAＧCHI等[２-３]通过仿真与试验研究了立辊偏置成形对方管角部充满度的影响,并对方管管端变形进行了分析. ABRINI 等[４] 和 FARAHMAND等[５]根据辊弯过程中的金属流动规则,对管坯的变形区和自由区进行划分,基于上限法推导了辊弯过程的解析解,并结合试验验证了解析模型的准确性.BAYOUMI[６-７]给出了圆管冷拔正多边形管的解析解,研究了截面形状、摩擦因数对力能参数的影响,并通过与试验结果及有限元模拟对比,验证了解析模型的准确性,该方案可应用于低碳钢标准圆管.LEU 等[８]基于更新的拉格朗日弹塑性有限元模型研究了多因素对圆管缩方过程中不对称程度的影响。
尽管大多数学者都对闭式辊弯过程金属流动进行了研究,但在圆管辊弯成形方矩形管过程中会出现管壁增厚现象[２１],尤其是角部更加明显。本文基于体积不变定律和金属秒流量相等原则对圆管辊弯成形方矩形管过程中的参数变化进行分析,建立辊弯成形有限元模型,分析圆管管径和壁厚对辊弯过程中增厚系数和角部充满度的影响,基于角部欠充满状态,根据角部中性层弧长对圆管管径进行系数修正,并对可能存在的角部损伤问题进行损伤判定,对确定的圆管管径进行辊弯试验,将仿真结果与试验进行对比,验证了仿真模型的准确性。
【结 论】
本文根据体积不变定律和金属秒流量相等原则对圆管辊弯成形方矩形管进行了参数分析,针对４０mm×２７．５mm×３mm 的 SUS３０４不锈钢矩形管建立了辊弯成形有限元模型,分析了管径和壁厚对增厚系数和角部充满度的影响。根据线性对应关系对圆管管径进行了系数修正,并基于韧性损伤准则对角部内侧可能出现的损伤区域进行判定,将确定的圆管仿真结果与试验结果进行了对比,得到以下结论:
(１)圆管成形方矩形管过程中由于内侧无约束存在,外侧受到轧辊的限制,会使金属沿壁厚方向产生流动,使得管壁厚度增加,厚度的增加会使方矩形管角部处于欠充满状态。
(２)通过增加圆管管径能够有效缓解角部欠充满问题,但管径的增加会使壁厚再次增大,同时角部内侧区域在辊弯成形结束阶段发生金属堆积,有引起角部损伤的可能。
(３)在工程应变条件下,采用 R≥２２ mm 的圆管在辊弯结束阶段会在角部内侧出现低应力三轴度或负应力三轴度的损伤;采用 R＝２１．５mm圆管的试验与仿真结果吻合度较高,但与设计结果存在一定差距,在可接受范围内,验证了有限元模型的准确性。
以下是正文：
