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环形件弯曲成形数值模拟与实验研究

孟庆闯  
【摘要】: 环形件作为密封和紧固连接件,在石油化工、管道连接,以及航天航空工业中应用十分广泛。传统的环件生产方式是直接采用钢板切割、锻造、碾压、轧制等工艺方法制造环形件毛坯,然后经过冷态切削加工生产最终产品。上述方法在制造环形件时都是采用整体加工,不但材料消耗大、成本高、生产率低,且只能加工小型环形件。现在的大型环形件多采用矩形截面钢坯经过弯曲形成若干个弧段,经退火消除残余应力,再拼成整圆用立车加工型槽,最后运到现场焊接成形并进行精加工。这种加工方法的主要缺点是需要使用大型立车加工环形件截面形状,不但加工成本高,而且当环形件直径超过国内立车设备加工能力时也是无法加工的。本文提出了大型环形件弯曲成形的新工艺,其过程为先在方坯上加工型面,经弯曲形成若干个弧段,最后运输到现场组装焊接并进行精加工。此方法生产环形件可以使用刨床加工型面,不但省去了大型立车加工的昂贵费用,而且能加工超大型环形件。 本文阐述了对称截面和异形截面环形件弯曲成形的工艺过程和缺陷控制方法。通过有限元分析和实验相结合的方法对环形件弯曲成形进行研究。 有限元分析采用软件ABAQUS,分析了矩形截面、L形截面和E型截面的坯料弯曲成形过程。对矩形截面,研究了进给量、下压次数对曲率分布的影响并给出曲率半径的补偿方法,对L形截面坯料,研究了应力和应变的分布及变化、中性层移(转)动、不对称度对侧弯的影响及侧弯机理分析;对E形截面坯料,研究了应力和应变的分布及变化、中性层移(转)动、不同对称方式对坯料截面形状变化的影响。 实验研究采用了矩形截面、L形截面和E形截面三种坯料,进行了不同进给量、下压次数、弯曲半径及不同对称方式的弯曲实验,得出了与有限元分析结果一致的结论。


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