大弯曲半径管材在推弯过程的形变研究和有限元分析

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大弯曲半径管材的弯曲成形主要是利用推弯完成塑性加工的,具有模具参数简单、工艺方便、可避免材料浪费等优点,但由于推弯过程中受到多因素耦合交互作用,导致大弯曲半径管材在推弯后期不可避免地产生失稳和回弹问题,严重影响了弯管的弯曲质量。针对以上问题,本文采用三维有限元数值模拟技术,以大弯曲半径管材推弯成形过程发生的回弹、失稳为研究对象,针对工艺参数和材料参数对回弹、失稳的影响规律进行了系统研究。该研究对大弯曲半径管材推弯成形技术的发展及成形过程中工艺参数的选取与优化具有重要的理论意义和参考价值。本文主要研究内容和结果如下:基于动态有限元ABAQUS/Explicit软件,建立符合实际推弯弯管模型同时兼顾了计算精度和计算效率的大弯曲半径管材推弯成形三维有限元模型,分析解决了建模过程中所涉及到的关键技术问题。为研究工艺参数和材料参数对大弯曲半径管材推弯过程中的回弹和失稳的影响规律尊定了基础。基于大弯曲半径管材推弯三维有限元模型,分析工艺参数和材料参数对推弯卸载后回弹角的影响规律。主要研究了相对弯曲半径、相对壁厚、推轮与管坯摩擦系数、其它模具与管坯间摩擦系数、同步块助推速度、芯棒伸入量、模具与管坯间隙、材料硬化指数和强度系数等因素对大弯曲半径管材推弯回弹的影响规律,得出这些参数的规律曲线图。分析工艺参数和材料参数对大弯曲半径管材推弯失稳的影响规律,主要研究了相对壁厚、相对弯曲半径、推轮与管坯间摩擦系数以及材料的硬化指数、强度系数在固定角度内对管坯变形区截面壁厚和等效应变的影响规律,以及在各自失稳角度内随推弯进程的进行应力应变及壁厚变化的规律;同时研究了在0.75弧度时,同步块的助推速度、助推块的助推速度、模具与管坯间隙和模具与管坯摩擦系数对管坯变形区截面壁厚和等效应变的影响规律。根据已获得的大弯曲半径管材推弯回弹规律,基于响应曲面法对大弯曲半径管材推弯回弹的影响参数进行优化,优化结果表明优化后的铝合金管产生的回弹角明显小于优化前的回弹角,因此该优化方法对提高管坯的弯曲质量具有重要的意义。
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