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《哈尔滨工业大学》 2011年
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管件磁脉冲侧翻边工艺研究

杨澍  
【摘要】:多通管件是一种典型的管类零件,在石油、航空、航天、兵器以及生产生活中广泛用于管道流体输送,常规的多通管件一般采用铸造、焊接、液体内高压、压力机侧翻边等工艺成形,随之产生了管件内壁粗糙、焊缝耐腐蚀性差、加工工序复杂、翻边高度较低等问题。使用磁脉冲侧翻边工艺成形多通管件,具有工件表面精度高、整体成形无焊缝、工序简单高效、极限翻边高度大幅度提高等优势,在生产中具有广阔的应用前景,因而对磁脉冲侧翻边工艺的研究具有重要的意义。本文在精确计算管坯侧壁预制孔尺寸的基础上,通过数值模拟和磁脉冲翻边试验相结合的方法,探索主要工艺参数对其变形规律的影响。 首先通过作图解析法与MATLAB软件结合,为管件变形过程抽象为数学问题,并为其建立数学模型,进行解析与编程求解,最终得到两种预制孔形状:椭圆形和双鼓形,并以此为基础建立有限元模型和加工预制管坯,进行试验。 基于ANSYS有限元模拟软件,采用棱边单元法建立了管件磁脉冲侧翻边的有限元分析模型,求解三维电磁场。模拟结果表明由于管件侧壁开孔而出现了磁漏,椭圆形预制孔长轴端口附近的磁场力幅值最大,而短轴端口附近磁场力幅值较小。试验结果与电磁场模拟结果一致,长轴端口附近金属变形量由于受到磁场力较大,减薄趋势严重,属于颈缩危险区。以此为基础对预制孔长轴端口采取修磨圆角、打磨光滑等措施,有效地抑制减薄。 进行了管件侧翻边试验,结果表明,电压增大,有利于管坯贴模;高频率放电会导致管坯变形加速度过大,高速撞击模具而出现破裂,低频率放电会导致集肤深度增加,管坯外壁受到磁场反向排斥力影响贴模;与短线圈相比,长线圈会加剧管壁贴模不均匀性,而且需要更高的放电能量;最佳预制孔形状为近似椭圆形,在放电电容4×192μF,电压4500V下对长轴/短轴为38.72 mm/16.24 mm以及18.72 mm/10.11 mm的椭圆形预制孔进行等径翻边(翻边直径Φ50 mm)及异径翻边(翻边直径Φ30mm)试验,可以得到端口平齐的翻边件,翻边高度可达6 mm,相对传统工艺可提高翻边极限24.7 %。减薄主要发生在预制孔长轴端口,最大减薄量达50 %,适当的润滑可以有效抑制减薄及变形不均匀性。对主要缺陷进行分析并提出解决方案,总结出试验及生产的最佳工艺路线。
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