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多模具约束下管材数控弯曲成形数值模拟研究

唐金星  
【摘要】:随着现代工业技术的发展,数控弯管技术正朝着高精度、高效率和低成本的方向发展,而管材数控弯曲成形是多模具约束下的复杂过程,成形参数选取不当容易产生各种成形缺陷。0Cr21Ni6Mn9N不锈钢管为航空航天领域常用导管,但其强度高、延伸率低、屈弹比大等特点,使其具有成形难度大、成形质量差等问题。为此,本文以0Cr21Ni6Mn9N不锈钢管为研究对象,模拟分析了不同模具组合、工艺参数及材料参数对其数控弯曲成形质量的影响规律,并获得了其数控弯曲的成形极限,研究结果对实际生产具有重要的指导作用。主要研究内容及结果如下:基于ABAQUS/Explicit有限元平台,建立了不同模具组合下的0Cr21Ni6Mn9N不锈钢管数控弯曲三维弹塑性有限元模型,采用建立的有限元模型,模拟分析了不同模具组合对管材数控弯曲成形的应力应变分布、壁厚变化和截面畸变的影响规律,并确定了最佳的模具组合为弯曲模+压块+夹块+芯棒。在最佳的模具组合下,研究分析了工艺参数对0Cr21Ni6Mn9N不锈钢管数控弯曲成形质量的影响规律,并获得了工艺参数的合理取值。结果表明:(1)壁厚减薄率随着芯棒与管材的间隙Cm、弯曲模与管材间的摩擦系数fb、压块与管材间的摩擦系数fp和助推块速度vp的增大或压块与管材的间隙Cp、芯棒与管材间的摩擦系数fm和芯棒伸出量e的减小而减小;而随着弯曲模与管材的间隙Cb的增大先减小后增大。(2)壁厚增厚率随着芯棒与管材的间隙Cm、压块与管材间摩擦系数fp和助推块速度vp的增大或压块与管材的间隙Cp的减小而增大;随着弯曲模与管材的间隙Cb的增大先减小后增大;而弯曲模与管材间的摩擦系数fb、芯棒与管材间的摩擦系数fm和芯棒伸出量e对壁厚增厚率影响不大。(3)截面畸变率随着芯棒与管材的间隙Cm、弯曲模与管材的间隙Cb、压块与管材的间隙Cp和芯棒与管材间的摩擦系数fm的增大或弯曲模与管材间的摩擦系数fb、压块与管材间的摩擦系数fp、助推块速度vp和芯棒伸出量e的减小而增大。(4)综合考虑各工艺参数对管材数控弯曲成形壁厚变化和截面畸变的影响,Cm、Cb、Cp、fm、fb、fp、vp和e的合理取值分别为0.075mm、0.1mm、0.05mm、0.05、0.25、0.25、1.0vp和1.0mm。在最佳的模具组合和合理的工艺参数取值下,研究分析了材料参数对0Cr21Ni6Mn9N不锈钢管数控弯曲成形质量的影响规律。结果表明:(1)壁厚减薄率随着厚向异性指数r和强度系数K的增大或硬化指数n和泊松比v的减小而减小;而屈服应力s?对壁厚减薄影响不大。(2)壁厚增厚率随着厚向异性指数r和强度系数K的增大或硬化指数n的减小而减小;而泊松比v和屈服应力s?对壁厚增厚率影响不大。(3)截面畸变率着随厚向异性指数r、强度系数K和硬化指数n的增大先减小后增大;随着屈服应力s?的增大而增大;而泊松比v对截面畸变率的影响不大。提出了管材数控弯曲成形极限的确定方法,并在最佳的模具组合和合理的工艺参数下确定了规格为?6.35mm?0.41mm的0Cr21Ni6Mn9N不锈钢管的最小相对弯曲半径为2.0。


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