管材塑性加工過程數(shù)值模擬研究.pdf

1、現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，管材除大量用于氣體和液體管道工程外，在航空航天、機械、化工、輕工、交通運輸?shù)裙I(yè)部門也被廣泛使用。特別是進入20世紀(jì)90年代，由于燃料和原材料成本的原因及環(huán)保法規(guī)對廢氣排放的嚴(yán)格限制，使汽車結(jié)構(gòu)的輕量化顯得日益重要。除了采用輕體材料外，減輕重量的另一個重要途徑就是在結(jié)構(gòu)上采用以空代實和變截面等強構(gòu)件，即對于承受以彎曲或扭轉(zhuǎn)載荷為主的構(gòu)件，采用空心結(jié)構(gòu)既可以減輕重量、節(jié)約材料，又可以充分利用材料的強度和剛度，而由此引發(fā)了對

2、于管件材料及其塑性加工技術(shù)研究的一股浪潮。 管材塑性加工屬于傳統(tǒng)工藝，但有關(guān)管材塑性加工工藝方面的資料卻較少。用傳統(tǒng)實驗方法研究管材的塑性加工過程耗時長，成本高，已無法滿足高速發(fā)展的管材加工業(yè)的需要，而隨著有限元方法的出現(xiàn)以及計算機軟、硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，有限元數(shù)值模擬技術(shù)已廣泛應(yīng)用于材料成形問題的求解分析中。 本課題選用了兩種數(shù)值模擬軟件：DEFORM和DYNAFORM，首先通過數(shù)值模擬軟件模擬管材成形過程，與現(xiàn)有的工

3、藝資料和實驗結(jié)果進行了比較，證實了數(shù)值模擬結(jié)果的可靠性。然后，再利用有限元模擬軟件對管材在塑性加工工藝中的成形性能進行了分析。 對管材脹形工藝，以等徑三通管為例，應(yīng)用DYNAFORM模擬軟件模擬了管材的復(fù)合脹形過程。分別研究了液體內(nèi)壓力、平衡力、摩擦狀態(tài)、主支管過渡圓角半徑對管材脹形成形性能的影響。研究結(jié)果表明：在脹形過程中，必須要使軸向壓力、平衡力和液體內(nèi)壓力三者處在一個合理的比例范圍內(nèi)，才可改善脹形變形區(qū)的壁厚減薄問題，并使

4、極限脹形程度得到提高。此外，增大凹模過渡圓角半徑，改善潤滑條件，都可顯著提高脹形成形極限。 對管材縮口工藝，應(yīng)用DEFORM軟件模擬了管材的縮口成形過程，預(yù)測了在凹模半錐角α=15°時管材的極限縮口系數(shù)。通過分析可知：隨著凹模半錐角的增大，管材極限縮口系數(shù)也隨之增大。且當(dāng)凹模半錐角小時，管材相對料厚與極限縮口系數(shù)的關(guān)系曲線的變化趨勢較和緩：當(dāng)凹模半錐角大時，管材相對料厚與極限縮口系數(shù)的關(guān)系曲線的變化趨勢較顯著。此外，隨著相對料厚

5、的增大，不同凹模半錐角下的管材的極限縮口系數(shù)都隨之減小。 對管材擴口工藝，利用DYNAFORM軟件，模擬了在不同的凸模半錐角及不同相對壁厚的情況下管材的擴口成形過程，分析了凸模半錐角和相對壁厚對管材極限擴口系數(shù)的影響。研究結(jié)果表明：當(dāng)凸模半錐角增大時，管材的極限擴口系數(shù)也隨之有所增大，且隨著相對壁厚的增加，管材極限擴口系數(shù)的增大趨勢減緩。 綜上所述，本文主要研究了管材脹形、縮口與擴口工藝的變形規(guī)律，并對影響材料成形極限的