管材塑性加工過(guò)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(jī)械、化工、輕工、交通運(yùn)輸?shù)裙I(yè)部門也被廣泛使用。特別是進(jìn)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(duì)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(gè)重要途徑就是在結(jié)構(gòu)上采用以空代實(shí)和變截面等強(qiáng)構(gòu)件，即對(duì)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(qiáng)度和剛度，而由此引發(fā)了對(duì)

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(shí)驗(yàn)方法研究管材的塑性加工過(guò)程耗時(shí)長(zhǎng)，成本高，已無(wú)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(jì)算機(jī)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(wèn)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(guò)數(shù)值模擬軟件模擬管材成形過(guò)程，與現(xiàn)有的工

3、藝資料和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較，證實(shí)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(duì)管材在塑性加工工藝中的成形性能進(jìn)行了分析。 對(duì)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(guò)程。分別研究了液體內(nèi)壓力、平衡力、摩擦狀態(tài)、主支管過(guò)渡圓角半徑對(duì)管材脹形成形性能的影響。研究結(jié)果表明：在脹形過(guò)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(gè)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(wèn)題，并使

4、極限脹形程度得到提高。此外，增大凹模過(guò)渡圓角半徑，改善潤(rùn)滑條件，都可顯著提高脹形成形極限。 對(duì)管材縮口工藝，應(yīng)用DEFORM軟件模擬了管材的縮口成形過(guò)程，預(yù)測(cè)了在凹模半錐角α=15°時(shí)管材的極限縮口系數(shù)。通過(guò)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(shí)，管材相對(duì)料厚與極限縮口系數(shù)的關(guān)系曲線的變化趨勢(shì)較和緩：當(dāng)凹模半錐角大時(shí)，管材相對(duì)料厚與極限縮口系數(shù)的關(guān)系曲線的變化趨勢(shì)較顯著。此外，隨著相對(duì)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(duì)管材擴(kuò)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(duì)壁厚的情況下管材的擴(kuò)口成形過(guò)程，分析了凸模半錐角和相對(duì)壁厚對(duì)管材極限擴(kuò)口系數(shù)的影響。研究結(jié)果表明：當(dāng)凸模半錐角增大時(shí)，管材的極限擴(kuò)口系數(shù)也隨之有所增大，且隨著相對(duì)壁厚的增加，管材極限擴(kuò)口系數(shù)的增大趨勢(shì)減緩。 綜上所述，本文主要研究了管材脹形、縮口與擴(kuò)口工藝的變形規(guī)律，并對(duì)影響材料成形極限的