大型管件管端过弯矫圆三步法控制策略

管端过弯矫圆工艺是保证大型管件产品质量的重要工序之一.管端矫圆是一个局部弹塑性变形过程,采用传统的弹塑性理论对其变形本质的精确解析存在一定困难,而合理的矫圆控制策略是提高生产效率的有效手段.本文首先采用物理实验的方法验证了管端矫圆与压扁之间的等价关系,进而通过分析管端压扁过程的弹复规律建立了"三步法"控制策略,从而为后续的过弯矫圆智能化控制系统的奠定了基础.最终的验证实验表明,该控制策略可有效地将管件的管端椭圆度控制在0.5%以下.

大型管件管端过弯矫圆控制策略研究

管端过弯矫圆是规范大型管件管端椭圆度的重要工序之一,研究其变形过程的刚端影响及工艺控制策略是合理确定矫圆工艺参数的基础。首先通过实验验证了矫圆与压扁之间的等价关系以及管端压扁与短管整体压扁之间的相似关系,进而结合短管压扁过程的数值模拟给出了管端矫圆的控制策略。实验验证结果表明,该控制策略可以将残余椭圆度控制在0.5%以内。

大口径挤压三通差温制坯新技术研究

为解决目前大口径热挤压三通生产过程中初始管坯加热时间长、能源浪费严重等问题,根据超音频感应加热设备的特点,提出了利用"梨"形铜线圈对管坯局部进行感应加热的方法。实验结果表明,该方法可有效快速地为压包工序提供具有特殊温度场要求的管坯,同时实现了管坯局部感应加热过程在模拟软件中的模拟仿真,为后续的大型三通热挤压工艺有限元研究奠定了基础。

板料自由弯曲成形及回弹理论解析

对宽板自由弯曲成形及弹复过程进行理论分析,将弯曲过程分为板料未包覆凸模和已包覆凸模两个成形阶段,在每个成形阶段将弯曲板料分为弹性和弹塑性变形区。基于单向应力和小变形假设,分别建立了两个成形阶段的回弹计算模型,导出了任一成形阶段中性层上任一质点卸载前后的转角和弯曲半径数学表达式。基于VC++软件平台,对回弹计算模型进行编程计算,并进行了实验验证,计算结果与实验结果吻合较好,最大误差为0.58°。

纯弯曲过弯矫直等价原理及其试验验证

矫直是大口径埋弧直缝焊管生产过程中处理直线度不达标管件的关键性技术,研究矫直过程中的变形规律是合理确定矫直工艺参数的理论基础。根据矫直过程中弯曲小变形的特点,提出初始当量应变的概念,借此建立平面曲梁初始曲率分布与应变分布之间的联系。基于弹塑性小变形纯弯曲工程基本假设,导出平面曲梁小变形反向纯弯曲的几何方程和弹复方程,进而理论上论证曲梁过弯矫直与直梁纯弯曲之间的等价关系,从而给出过弯矫直等价原理,即曲梁矫直所需弯矩载荷与同材质、同形状的直梁弯曲成待矫曲梁形状所需载荷的等价关系。用三点弯曲和四点弯曲及其反向弯曲试验证实过弯矫直等价原理的正确性,为过弯矫直工艺方案和控制策略的确定奠定了理论和试验基础。

大型管件的模压式精确缩径矫圆

提出以模压式缩径矫圆的方式代替机械扩径以减小管件椭圆度,提高其承压强度。模压式缩径矫圆采用闭合后模腔为一整圆的上、下模具对椭圆管坯进行矫圆,为减小矫圆后管坯的回弹,须使整个管坯内外壁均进入压缩塑性变形,即有足够的压缩率。本文采用小曲率曲梁平面压弯的分析方法对模压式缩径矫圆工艺进行了理论分析,推导出缩径矫圆弹复方程,该方程表示了管坯截面壁厚中心线上任意一点弹复后的曲率半径与管坯初始几何参数、材料性能、缩径率间的关系。工程中管线钢管的椭圆度技术要求一般为0.5%～1%,采用本文方法缩径矫圆后的管坯椭圆度<0.12%,完全满足技术要求。理论分析与实验结果的椭圆度相对偏差<0.09%,几何尺寸相对偏差<0.19%,表明模压式缩径矫圆在工程实际中具有应用价值。

大型管件模压式管端过弯矫圆的控制策略(英文)

管端矫圆是保证大型管件产品质量的重要工序之一。管端矫圆是一个局部弹塑性变形过程,由于刚端的影响而导致难以对其弹复过程进行定量解析。采用物理模拟实验方法,研究管端扁矫圆与管端圆压扁之间的等价关系,以及管端圆压扁与整管圆压扁之间的相似关系。结果表明:管端扁矫圆和管端圆压扁的压下量相等;管端圆压扁和整管圆压扁卸载后椭圆度与相对压下量均为线性关系,且两条之间的横轴截距相等。基于上述关系,建立了管端矫圆两步法控制策略。验证实验表明,该控制策略可以将残余椭圆度控制在0.5%以内。

平面曲梁纯弯曲等价定理及其试验验证

平面曲梁的纯弯曲过程是固体力学领域中的一个重要分支,但是由于曲梁初始曲率的存在,导致对其精确解析的复杂性。相对而言,直梁的平面弯曲及弹复过程却相对容易实现定量预测。为简化平面曲梁纯弯曲的理论分析模型,针对小曲率平面曲梁的小弯曲变形特点,通过引入曲梁截面弯曲应变的线性分布假设导出曲梁纯弯等价定理。基于板材的四点弯曲特点,同时依托于高精度的三坐标测量仪器,采用不同的板坯试样在不同的弯曲工艺条件下的试验验证该等价定理的可行性。最终试验结果表明,采用直梁弯曲的曲率叠加曲梁初始曲率的方式来代替曲梁弯曲后曲率值,最终结果的绝对误差小于5×10–5,相对误差不大于4.5%,完全满足工程精度的需求。

基于PID神经网络的拉深件变压边力控制方法研究

将传统的PID控制器与神经元网络融合,建立PID神经网络。运用VB语言编译了拉深过程中变压边力控制系统的PID神经网络仿真程序,并与传统的PID控制仿真进行了对比。建立了基于PIDNN的变压边力控制系统,并通过锥形件拉深实验,证实了PIDNN控制系统具有精度高,抗干扰能力强,能较准确达到变压边力控制要求等优越性。为后续的变压边力控制系统实验研究与工厂实际应用提供了理论与实践基础。

大型直缝焊管三点单次矫直技术

三点弯曲压力矫直,是目前规范大型直缝焊管直线度的主要手段。由于大型管件的特殊性,文章基于激光三角法建立了大型管件的挠度测量系统。通过实验,验证了直梁三点弯曲与曲梁三点压力矫直之间的等价关系;根据弹塑性小变形理论,解析了直梁弯曲过程中压下量与管坯卸载弹复后最大挠度的关系曲线,并实验验证了其正确性。该文为大型直缝焊管压力矫直工艺参数制定,提供了理论基础,改变了目前大型直缝焊管生产厂家矫直工艺主要依赖操作人员经验的现状。挠度测量系统的实现,为大型管件智能化矫直,提供了理论指导。

大型轴管类件过弯矫直等价原理实验

为分析大型轴管类零件过弯矫直工艺参数与直梁纯弯曲理论相关参数之间的对应关系,根据相似性原理,设计了过弯矫直等价原理的实验方法。采用不同材质、不同截面属性管坯的三点弯曲和四点弯曲及其反向弯曲实验,证实了小曲率曲梁反弯矫直所需变形量与相同材质、相同截面属性的直梁弯成曲梁形状所需变形量之间的等价关系。实验结果表明,管坯经反弯矫直后最大挠度均小于0.28mm,已非常接近直管。通过引入塑性金属材质的梁纯弯曲过程中弯矩载荷与变形行程之间的单值递增函数对应关系,论证了变形量相等的实质是两个过程的弯矩分布相等,从而给出了过弯矫直等价原理,为后续的过弯矫直工艺方法的研究及其控制策略的确定,奠定了实验基础。

EPB盾构机刀盘工况分析与结构优化

在确定不同工况条件下EPB(土压平衡式)盾构机刀盘载荷边界条件的基础上,对刀盘的强度和刚度进行有限元模拟分析,提出采用加强筋的方式增强刀盘面板强度的方法,最终结果表明改进后的刀盘变形均匀,强度和刚度均有大幅度提升。

镍基617合金的热变形和动态再结晶行为

采用Gleeble-3500热模拟实验机和显微组织分析等研究了镍基617合金在不同温度及应变速率下的再结晶行为及其与变形参数间的变化规律,建立了合金的高温本构方程及动态再结晶方程。结果表明:合金的奥氏体动态再结晶体积分数及晶粒尺寸取决于变形温度及应变速率,温度升高,应变速率降低,奥氏体动态再结晶体积分数增大。当应变速率在0. 001~0. 1 s^-1范围内及温度等于及高于1000℃时,各应变速率下合金都发生了动态再结晶。高温本构方程及动态再结晶方程可以描述合金在热变形过程中的应变及晶粒尺寸的变化,可为实际锻造过程中晶粒尺寸的控制提供指导。

高强钢热冲压板坯“饼铛”式加热方法

针对传统热冲压生产线所用加热炉具加热时间长,能耗大的缺点,提出了"饼铛"式加热方法,并通过有限元模拟技术对不同换热系数条件下板坯的加热过程,以及5次循环加热过程中加热板和板坯的温度变化进行仿真分析,证明此种加热方法完全能够满足高强钢热冲压生产线对板坯加热速度的要求。

GH4169合金棒料挤压工艺模拟及实验研究

对GH4169合金棒料的挤压工艺进行模拟,研究挤压速度、坯料温度、摩擦系数、挤压比等工艺参数对坯料温升、等效应变及挤压力的影响;通过实验研究大变形及保温工艺对合金组织再结晶的影响。结果表明,影响挤压力各因素的主次关系为:坯料预热温度>摩擦系数>挤压比>模角>挤压速度;随着模角增大,等效应变呈增大趋势;挤压速度越大,温升越大;变形温度越高,完成再结晶所需时间越短;保温时间越长,晶粒越大,但更加均匀。

22MnB5热冲压高强钢本构关系模型的比较研究

22MnB5高强钢的高温本构模型是热冲压工艺数值模拟的重要输入参数,准确反应实际本构关系的模型可以为工艺的制定提供理论支持。为此,分别介绍Johnson-Cook、Voce-Kock、修正的Arrhenius、Norton-Hoff和修正的Tong-Wahlen模型的理论和特点,并将模拟分析结果与实验数据进行比较。研究表明,Voce-Kock模型对22MnB5本构关系的拟合效果最好,尤其对大形变量下的流变应力的拟合最为吻合;而修正的Tong-Wahlen模型与真实本构关系的曲线走势最为接近。

汽车B柱热冲压模具温度场研究

采用有限元仿真技术对汽车B柱热冲压成形的温度场进行分析计算。模拟连续热冲压生产,计算10个成形周期中热冲压模具和板料的温度变化。结果表明,热冲压模具冷却系统切实有效,板料的平均冷却速率可达60℃/s,满足超高强钢马氏体转变条件;在7个成形周期以后,热冲压模具在冷却系统的作用下即可达到热平衡状态,保证了连续生产的顺利进行,该技术指标可为实际生产中工艺参数的制定提供依据。

热冲压模具冷却管道设计计算

以典型热冲压件—汽车B柱为例,在对实际生产工况分析的基础上,基于传热学基本原理计算并确定热冲压模具冷却管道的工艺参数。在尽量保证冷却管道与模具型面距离一致以及各截面上冷却管道均布的前提下,采用多镶块拼接的方式分别设计出凸模、凹模的冷却管道。

B柱热成形数值模拟分析

介绍热冲压成形技术的基本原理,以某款汽车B柱为例对热冲压成形过程进行有限元模拟分析,得到B柱的厚度、温度、抗拉强度及硬度的分布图。模拟结果表明:热成形后,B柱的厚度、温度场分布均匀,抗拉强度达到了1 300 MPa以上,硬度达到了450HV以上,完全满足热成形工艺要求。该模拟结果,可以作为热冲压模具冷却系统的设计依据,并且可以作为热成形工艺参数进一步优化的基础。

热冲压模具压边与定位装置的设计计算

采用有限元方法研究汽车B柱热冲压过程中压边力对成形质量的影响,当大端区压边力在80~120 kN范围内变化(法兰区压边力恒定为50 kN)时,随着压边力的增加,压应变区域所占的面积比值并没有特别明显的变化,即当大端区压边力的值大到能够控制材料从大端向小端移动以后,增大压边力的值对B柱的成形影响不大;当法兰区压边力在40~80 kN范围内变化(大端区压边力恒定为100 kN)时,压应变区域的大小随着法兰区压边力的增大显著降低,但是当法兰区压边力超过70 kN以后,B柱的侧壁出现了明显的破裂;最终确定汽车B柱大端区压边力为100 kN、法兰区压边力为50 kN。随后,采用曲面定位的方式对汽车B柱的定位装置进行设计,依据B柱毛坯的几何特征及其在重力作用下的初始挠曲线,对6个定位桩的高度和位置进行设计计算。