管坯大变形自由推压缩径残余应力的研究

管坯大变形自由推压缩径时端部存在翘曲,即端部外径大于定径区外径。针对端部翘曲区进行变形分析,并基于平衡条件推导了周向残余应力与翘曲变形和剪应力的关系表达式,揭示了由内表面层到外表面层整体存在周向残余拉应力的事实。在三向液压机上进行219 mm×7.5 mm无缝钢管的双侧大变形缩径,在缩径管件上截取包含端部翘曲区和定径区的试样,在其内外表面不同区域选取测量点,并采用X射线衍射法测量残余应力,端部翘曲区测量结果与理论分析结果趋势一致。针对缩径管件变形过程,采用ABAQUS软件进行有限元模拟,缩径变形及缩径力的模拟结果与缩径试验结果吻合,内外表面层残余应力的模拟结果与X射线衍射法测量结果趋势一致。给出了自定径区至端部沿壁厚方向及沿轴向方向的残余应力分布规律。

工艺参数对自由推压缩径管坯残余应力的影响

针对自由推压缩径管坯弯曲疲劳寿命降低以及缩径时出现端部轴向开裂的问题,通过分析自由推压缩径的变形过程,揭示出缩径后已变形区内、外表面层存在较大的残余应力。使用有限元软件ABAQUS模拟了管坯的3道次自由推压缩径过程,给出已变形区内轴向、周向及径向残余应力沿长度方向、壁厚方向的分布规律,并分析了摩擦因数、缩径凹模出口圆角半径、缩径次数以及管坯的初始壁厚对缩径后残余应力的影响。对管坯进行了3道次缩径试验,实测了几何参量的变化,实测结果与有限元模拟值吻合,试验中发现第3次缩径时管坯出现了轴向开裂现象,证明了管坯内的周向残余拉应力值大于材料的强度极限。