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不锈钢薄壁管材推弯成形工艺研究

作　者: 张兴华
导　师: 刘劲松
学　校: 沈阳理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 珠粒填料冷推成形有限元模拟成形质量壁厚分布
分类号: TG386
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

薄壁管弯头能够满足强韧化、轻量化以及低耗高效、精确制造等方面的要求，因此被广泛应用于航天航空，高铁等高端技术领域。目前薄壁管弯头成形主要采用半管冲压成形而后再焊接成形，没有达到减轻产品质量的目的，还影响了整体的使用性能。针对于此，本文研究了以珠粒作为填料冷推成形工艺，研究对象为壁厚0.3mm、外径Φ30mm的1Cr18Ni9Ti不锈钢管。采用理论分析、有限元模拟、推弯实验相结合的方法，研究了各个工艺参数对成形管件的成形质量和壁厚分布的影响规律。主要工作结果如下：（1）对管材推弯成形进行了受力分析，研究了珠粒填料的传压性能，进行了推弯成形模具的研制。（2）建立了管材推弯有限元模型，完成了成形过程的数值模拟，分析了工艺参数对管件成形质量、壁厚分布的影响，以及成形时产生管头畸变缺陷的原因，在内压力15MPa，摩擦系数0.2时，模拟效果最佳。采用非均布内压进行了模拟，比较了均布加载和非均布加载两种方式对成形的影响，结果表明非均布内压的加载方式更有利于管材的成形。（3）在通过有限元模拟对工艺参数进行优化的基础上，进行了珠粒填料管材推弯实验。研究了珠粒粒径、反推压力、润滑条件对成形管件内外侧脊线壁厚分布、管件横截面上周向壁厚分布、以及横截面椭圆度的大小的影响。实验结果表明：在反推压力12~15MPa之间、珠粒粒径0.7mm和1.2mm按照1：3混合在一起作为填料、二硫化钼润滑情况下管件成形效果最为理想。研究表明，以珠粒作为填料的冷推弯工艺非常适合薄壁管弯头的成形；实验证明了以珠粒作为填料的非均布传压的特性；以珠粒作为填料的冷推弯工艺可以成形出表面质量光滑、壁厚分布均匀、椭圆度在3%以下的薄壁管弯头。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-26
  1.1 引言  12
  1.2 管材弯曲成形原理  12-14
    1.2.1 弯曲变形弹性变形阶段  13
    1.2.2 弯曲变形弹塑性变形阶段  13-14
    1.2.3 弯曲变形立体纯塑性变形阶段  14
  1.3 管材弯曲成形缺陷  14-17
    1.3.1 弯曲外侧壁厚减薄  15
    1.3.2 弯曲内侧失稳起皱  15-16
    1.3.3 横截面畸变  16-17
    1.3.4 弯曲回弹  17
  1.4 管材弯曲成形工艺的分类  17-21
  1.5 管材弯曲国内外研究现状  21-24
    1.5.1 管件弯曲成形理论研究  21-22
    1.5.2 管材弯曲过程有限元数值模拟研究  22-23
    1.5.3 管材弯曲成形实验研究  23-24
  1.6 课题主要研究内容  24-25
  1.7 本章小结  25-26
第2章珠粒填料推弯成形原理及成形模具研制  26-39
  2.1 1Cr18Ni9Ti 不锈钢管珠粒填料推弯成形原理  26-27
  2.2 珠粒填料成形特性与力学分析  27-29
    2.2.1 珠粒填料成形特性  27-28
    2.2.2 珠粒填料推弯成形力学分析  28-29
  2.3 珠粒填料推弯成形影响因素  29-31
    2.3.1 管坯相对壁厚 t/D  29-30
    2.3.2 填料选择  30
    2.3.3 反推压力施加  30
    2.3.4 摩擦力与润滑条件  30-31
  2.4 推弯模具及相关设备研制  31-36
    2.4.1 推弯模具设计与加工  31-34
    2.4.2 模具调试  34-35
    2.4.3 反推液压系统设计及工作原理  35-36
  2.5 实验设备及材料选择  36-38
    2.5.1 实验材料选择  36-37
    2.5.2 实验设备选择  37-38
  2.6 本章小结  38-39
第3章珠粒填料推弯成形有限元数值模拟  39-57
  3.1 引言  39
  3.2 1Cr18Ni9Ti 不锈钢管材性能测试及有限元模型的建立  39-41
    3.2.1 1Cr18Ni9Ti 不锈钢管材性能测试  39-40
    3.2.2 1Cr18Ni9Ti 管材推弯成形有限元模型的建立  40-41
  3.3 工艺参数对成形管件壁厚分布的影响  41-49
    3.3.1 内压力对管件内外侧壁脊线壁厚分布的影响  42-46
    3.3.2 摩擦系数对管件内外侧壁脊线壁厚分布的影响  46-49
  3.4 管头畸变分析  49-52
  3.5 非均布内压推弯成形有限元模拟  52-55
    3.5.1 两种加载方式壁厚对比  53-54
    3.5.2 两种不同加载方式应力应变对比  54-55
  3.6 本章小结  55-57
第4章珠粒填料推弯成形实验研究  57-77
  4.1 引言  57
  4.2 成形过程中珠粒填料分布情况  57-58
  4.3 管件成形质量的分析  58-63
    4.3.1 珠粒填料粒径对成形管件表面质量的影响  58-60
    4.3.2 反推压力对成形管件表面质量的影响  60-62
    4.3.3 润滑剂对成形管件表面质量的影响  62-63
  4.4 成形管件内外侧脊线壁厚变化的分析  63-67
    4.4.1 珠粒粒径大小对管件内外侧脊线壁厚分布的影响  64-65
    4.4.2 反推压力大小对管件内外侧脊线壁厚分布的影响  65-67
    4.4.3 润滑剂对管件内外侧脊线壁厚分布的影响  67
  4.5 成形管件截面上周向壁厚变化的分析  67-71
    4.5.1 珠粒粒径大小对管件截面上周向壁厚分布的影响  68-69
    4.5.2 反推力大小对弯管截面上周向壁厚分布的影响  69-70
    4.5.3 润滑剂对弯管截面上周向壁厚分布的影响  70-71
  4.6 成形管件截面椭圆度的分析  71-73
    4.6.1 珠粒粒径对成形管件截面椭圆度的影响  71-72
    4.6.2 反推压力对成形管件截面椭圆度的影响  72
    4.6.3 润滑剂对成形管件截面椭圆度的影响  72-73
  4.7 实验缺陷的产生以及原因的分析  73-76
    4.7.1 成形管件内侧壁失稳起皱  73
    4.7.2 成形管件外侧壁的拉裂  73-74
    4.7.3 成形管件内表面的压痕  74-75
    4.7.4 成形管件推入端材料的堆积  75
    4.7.5 未变形和已变形过渡区域的凹陷  75-76
  4.8 本章小结  76-77
结论  77-78
参考文献  78-82
攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果  82-83
致谢  83-84

不锈钢薄壁管材推弯成形工艺研究

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