Effect of mandrel on cross section quality of thin-walled tube numerical controlled bending

The effect of mandrel with the structure of ball and socket on the cross section quality of thin-walled tube numerical controlled(NC) bending was studied by numerical simulation method, combined with theoretical (analysis) and experiment. Influencing factors of the mandrel include the count of mandrel heads, the diameter of mandrel and its position. According to the principle of NC tube bending, quality defects possibly produced in thin-walled tube NC bending process were analyzed and two parameters were proposed in order to describe the cross section quality of thin-walled tube NC bending. According to the geometrical dimension of tube and dies, the range of mandrel protrusion was derived. The finite element model of thin-walled tube NC bending was established based on the DYNAFORM platform, and key technological problems were solved. The model was verified by experiment. The effect of the number of mandrel heads, the diameter of mandrel and the protrusion length of mandrel on the cross section quality of thin-walled tube NC bending was revealed and how to choose mandrel parameters was presented.

弯曲参数对304不锈钢管材大曲率无芯弯曲成形性的影响

针对管材无芯弯曲多缺陷耦合的成形问题,以管材壁厚变化率及截面短轴变化率作为成形指标,在不同弯曲参数下进行304不锈钢管材大曲率无芯弯曲试验,结合硬度测试及微观组织表征,研究了弯曲参数对弯曲成形及微观组织演变的影响规律。结果表明:随着弯曲速度、弯曲角度及相对管径的增大,壁厚变化率呈增加趋势,且壁厚增厚率始终大于壁厚减薄率,同时,弯管截面畸变程度加剧。在各弯曲参数下,管材弯曲内外侧均发生奥氏体向马氏体转变,马氏体组织含量及硬度与壁厚变化率呈正相关关系,中性层几乎不存在马氏体。通过选择合适的工艺,最终弯制出相对弯曲半径为1.4的合格弯管。

工艺参数对薄壁数控弯管成形质量影响的实验研究

实验研究了工艺参数对薄壁管数控弯曲成形中起皱、拉裂、回弹和截面畸变等的影响规律。推导及验证了合理芯棒伸出量的计算公式,分析了芯棒伸出量影响管件起皱和拉裂的主要原因;同时研究了弯曲中心角对回弹角和截面畸变的影响,得到了弯曲中心角与回弹角呈线性关系的结论。研究工作对于数值模拟和实际生产具有借鉴意义和参考价值。

薄壁管数控弯曲成形中芯轴参数的确定

在薄壁管数控弯曲成形中,诸多错综复杂且相互耦合的物理因素严重影响弯管成形质量,其中芯轴是一个极为重要的因素,选取芯轴伸出量和球头节个数是实际生产中关键,且是难题所在。基于薄壁管绕弯成形原理,提出芯轴球头节个数和芯轴伸出量的计算公式。建立精确有限元模型对薄壁管数控弯曲成形进行力学仿真,得出芯轴参数对壁厚变化率和椭圆畸变率的影响规律,验证了芯轴伸出量计算公式。

薄壁管小弯曲半径数控绕弯成形芯模效用的实验研究

薄壁管数控弯曲中带芯头的柔性芯模是提高薄壁管件成形极限和成形精度的关键因素。文章建立了绕弯过程芯模(包括芯棒和芯头)的理论解析模型,包括了芯模直径d、芯棒伸出量e、芯头个数n、芯头厚度k、芯棒/芯头孔心间距p及芯棒圆角半径r等参数的选取公式的推导,获得了不同弯曲规格下的芯模参数取值范围,验证了解析模型的合理性;实验研究了芯模参数对管材失稳起皱、壁厚减薄和截面畸变的影响规律。通过分段抽芯的工艺方法,完成了38mm×1mm×38mm(1D)高难度不锈钢管件的弯曲。

芯棒伸出量对薄壁矩形管弯曲失稳起皱影响的数值模拟

基于动态显式有限元平台ABAQUS/Explicit,建立了3A21铝合金薄壁矩形管绕弯成形过程的三维有限元模型,模拟分析了芯棒伸出量对薄壁矩形管绕弯成形过程中失稳起皱的影响规律。结果表明:随着芯棒伸出量的增大,起皱波纹高度逐渐减小,切向压应力极大值波动的峰值减小,等效应力逐渐减小,并且变化趋于平缓;当芯棒伸出量达到一定值后,随着芯棒伸出量的增大,起皱波纹高度极大值变化不明显。该研究对薄壁矩形管绕弯成形工艺参数的确定具有重要的参考价值。

芯棒参数对超薄壁管数控绕弯成形质量的影响

为提高超薄壁管材的弯曲成形质量,研究了芯球个数、芯球厚度和芯棒支撑角度等芯棒参数对壁厚变化和椭圆度的影响。设计了3种芯球厚度和7种芯球个数,组合得到21种不同的芯棒支撑角度方案,建立了超薄壁不锈钢管材数控绕弯成型有限元分析模型进行仿真计算,并进行了试验验证。结果表明:芯球个数对壁厚减薄的均匀性有一定的影响,芯球个数相同时,芯球厚度越小,最大壁厚减薄率也越小,最大壁厚减薄率随着芯棒支撑角度的增大而变大;随着芯球个数、芯球厚度或芯棒支撑角度的增加或变大,椭圆度都有减小的趋势;同时总结出超薄壁不锈钢管材的合理的芯棒支撑角度范围为θ/3~θ/2。此项研究对指导芯棒参数设计、提高超薄壁管材的成形质量具有重要意义。

芯棒对铝合金矩形管绕弯回弹作用的数值模拟

为掌握芯棒参数对薄壁矩形管绕弯成形回弹的影响规律,从而为芯棒参数的选取与设计提供依据,基于ABAQUS有限元软件建立了3A21铝合金薄壁矩形管弯曲成形及回弹三维有限元模型,试验验证了所建模型的可靠性.基于所建模型,研究了芯棒参数如芯棒/芯头与管坯摩擦(μm)、芯棒/芯头与管坯间隙(δm)、芯头个数(n)及芯棒伸出量(em)对回弹角的影响.结果表明:抽芯是一个应力预卸载过程,可显著减小回弹;随着芯棒/芯头与管坯摩擦系数(μm)的增加,回弹减小;随着芯棒/芯头与管坯间隙(δm)的增加,回弹增加;随着芯头个数(n)的增加,回弹减小;随着芯棒伸出量(em)的增加,回弹先增大后减小.

芯棒形式对铜管绕弯成形质量影响的仿真研究

利用仿真技术对薄壁铜管绕弯成形中圆头、关节、曲面3种形式的芯棒对弯管质量的影响进行了研究。建立了基于显示算法的铜管弯管有限元仿真模型,并对模型进行了试验验证。验证结果表明,动力显式算法仿真模型可以较好地对铜管绕弯成形过程进行模拟。利用该模型,对空调铜管弯曲成形常用的圆头芯棒、曲面芯棒和关节芯棒进行了仿真对比,分析了芯棒形式对成形关键参数——厚度减薄和截面畸变的影响。仿真分析结果表明:圆头芯棒最有利于减轻厚度减薄的情况;关节芯棒最有利于保持铜管截面形状;曲面芯棒有利于得到综合性能更好的弯管。研究结果为工程应用中芯棒形式的选择提供了理论依据。

双层卷焊管定径辊减壁区轧制压力及芯棒轴向力的研究(续)

用解析法求出了锥-柱形芯棒定径辊减壁区轧制压力、总轧制力及芯棒轴向力的计算公式。将计算结果与腰鼓形芯棒相应的结果进行了对比,从而发现了锥-柱形芯棒的优点,提出了提高锥-柱形芯棒使用稳定性的措施。

低碳钢薄壁焊管液压胀形行为

为了研究焊管液压胀形过程的变形行为,在管材胀形性能测试系统上进行了不同长径比条件下低碳钢(STKM11A)薄壁焊管的胀形实验,获得了焊管的壁厚分布规律、胀形区轮廓形状、极限膨胀率和应变分布规律。结果表明:管材焊缝区的减薄率仅为2.4%~5.5%,等效应变仅为0.05~0.10,变形程度相对母材区较小,主要发生几何位置移动。环向壁厚的最薄点位于以焊缝为中心的对称两侧士30°位置处。随着胀形区长度增大,管材破裂压力、减薄量、极限膨胀率均发生减小,胀形区轮廓逐渐偏离椭圆形,当长径比达到2.0时,已不再适合用椭圆函数描述。此外,胀形区长度增大过程中,管材从双拉向平面应变状态发生转变,在此基础上建立了焊管的成形极限图。

芯棒形式对薄壁管弯曲成形质量的影响（英文）

薄壁管弯曲成形过程中芯棒对弯管的成形质量影响较大,芯棒形式的选取是否合理直接关系着管件成形质量的优劣。采用有限元平台ABAQUS/Explicit建立不锈钢管三维仿真模型,讨论了圆柱式、圆头式、弧式、球窝式和圆头球窝式5种形式的芯棒对弯管成形质量的影响,并对球窝式芯棒进行了实验验证。结果表明:在球窝式和圆头球窝式等关节式芯棒的支撑下弯曲管件的外壁减薄率比圆柱式、圆头式以及弧式芯棒等整体式芯棒高;弧式芯棒较有利于减轻管件弯曲后外壁减薄情况;球窝式芯棒有利于获得综合性能更好的成形管件;有限元仿真模型能够较可靠地模拟实际数控弯曲成形,为生产加工芯棒的选取提供了理论指导。

薄壁管无模内高压成形塑性皱曲的理论分析

基于J M Alexander提出的轴向载荷作用下薄壁管轴对称坍塌机构化模型,针对薄壁管无模内高压成形端部塑性皱曲的局部性特征,提出了一种“皱曲区-膨胀区-皱曲区”的管坯区划模型。通过将基于塑性失稳系数的薄壳塑性稳定性理论与能量准则相结合,在系统势能极小条件下,建立起薄壁管无模内高压成形端部塑性皱曲临界载荷的理论计算方法。

基于知识的薄壁管数控弯曲加工中芯轴的快速设计

在薄壁管NC绕弯加工中,合理的芯轴设计能够有效地消除薄壁管外壁减薄拉裂、内壁增厚起皱、截面严重椭圆畸变等缺陷。针对目前芯轴设计过程中存在的问题,将知识工程引入到芯轴设计中,建立数据库与知识库,实现设计信息、数据、规则等的积累、传递与重用,采用基于规则与实例的方法来指导芯轴设计,实现芯轴的快速设计。

芯模参数对3A21矩形管绕弯截面变形的影响研究

为解决截面变形对铝合金薄壁矩形波导管通信信号传输质量的影响,基于ABAQUS/Explicit平台建立了3A21铝合金薄壁矩形管绕弯成形三维有限元模型,并试验验证了该模型的可靠性,在此基础上模拟研究了芯模参数对截面变形的影响规律.研究结果表明:增加芯头个数、增大芯头厚度以及芯头间间距,截面变化率减小,而增大芯头圆弧角度,截面变化率增大;当芯模支撑角度不变时,芯头个数和芯头厚度的改变仍会对截面变形产生很大影响,芯头厚度越大,管坯的截面变形程度越小.

芯棒参数对薄壁管绕弯成形质量影响分析

芯棒的使用有助于减小薄壁管绕弯成形截面扁化,但对管件的回弹角和壁厚也产生了影响。为探究芯棒前伸量、芯棒与管件间隙及芯头个数对管件质量的影响,通过正交试验设计,应用有限元软件DYNAFORM模拟了薄壁管绕弯成形过程。横截面扁化率、回弹角度、壁厚减薄率、壁厚增大率的极差分析和方差分析表明:截面扁化率随芯棒前伸量的增大而减小,随芯棒与管件间隙增大而增大,芯棒与管件间隙对截面扁化有显著性影响;壁厚减薄率随芯棒前伸量的增大而增大,芯棒前伸量对壁厚减薄有显著性影响;芯棒参数对回弹和内侧壁厚增大率的影响不具显著性。减小芯棒前伸量、芯棒与管件间隙及芯头个数将有助于提高管件弯曲质量。

抽芯对H96薄壁矩形波导管绕弯成形回弹的影响

基于ABAQUS软件平台,建立了考虑弹性模量变化的H96薄壁矩形管绕弯回弹预测模型,模拟研究了考虑弹性模量随塑性变形的变化和不考虑弹性模量变化对回弹预测精度的影响,并试验验证了模型的可靠性.基于所建模型,模拟研究了抽芯参数对H96黄铜薄壁矩形管绕弯成形回弹角的影响规律及抽芯前后截面尺寸的变化规律.结果表明:采用变弹性模量的回弹预测模型可有效提高回弹预测精度14.9%;随着芯棒与管坯摩擦系数增大,回弹角减小;抽芯次数增加,回弹角先减小后趋于稳定;抽芯速度增大,回弹角先减小后趋于稳定;抽芯后的截面回弹有助于使各截面变化量趋于均匀.

薄壁管无芯缩径挤压成形过程的理论解析

薄壁管无芯缩径挤压成形过程可分为四个阶段:刚性滑入阶段、自由弯曲阶段、缩径变形阶段、反弯曲阶段。文中论述了刚性滑入阶段、自由弯曲阶段、缩径变形阶段的变形特点和应力场;分析了反弯曲阶段的变形特点,建立了凹模出口圆弧过渡部分的反弯曲阶段的应力场数学模型;并综合考虑薄壁管无芯缩径成形时轴向压应力的影响因素,建立了一种薄壁管无芯缩径应力场的数学模型和缩径力的计算公式。

基于薄壁管材冷弯工艺的空心芯棒形状参数研究

针对芯球结构具有成本高且弯曲时易在内壁卡住的缺点,考虑使用空心芯棒代替有球芯棒。针对不同几何尺寸的管材,讨论了空心芯棒形状参数的确定方法。借助数值分析手段,采用Abaqus软件针对不同规格的管材、不同空心芯棒的空心段厚度和长度进行了大量冷弯数值模拟,并对成形结果进行了分析。结果表明,空心段长度对管材冷弯成形的影响相对较小,空心段厚度影响较为显著。采用逐步回归分析法得到了空心段厚度选取的回归方程,并分析了空心段长度对成形结果的影响,得出了薄壁管冷弯的空心芯棒的空心段长度选取宜在80~120 mm,为弯管加工提供了参考。

自定心静压膨胀芯轴在加工中心上的应用

介绍了运用自定心静压膨胀芯轴,成功解决了薄壁管状工件径向通孔的加工难题,不但保证了产品质量,提高了生产效率,而且降低了采购成本,并为其他类似工件的机械加工提供了成功经验。