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  • 大口徑三通支管拉拔成形數值模拟與試驗研究

  • 時間2013-12-30 14:49作者admin浏覽次數

 大□徑三通支管拉拔成形數值模拟與試驗研究

 
摘要:通過有眼元數值模拟與試驗,對高鋼級#508mn和4l219txm等徑三通熱擠壓成形工藝過程中支 管拉攏工序的工藝參數進行研究。首先通過數值模拟對拉攏道次的确定和成形載荷給出了合理定性的 分析,最後通過sJ508nin等徑三通拉攏成形試驗對數值糢拟的結果進行驗證。其研究結果對實标生産 有一定的指導作用。
 
關鍵詞:三通;支管;高鋼級;拉拔;數值模拟
 
三通管件是管道工程中重要而且用量較大的 管道配件,以往大口徑三通大多采用鑄造、焊接方 法生産,目前比較先進的成形方法主要是采用熱擠 壓成形。三通的熱擠壓工序一般分為4步:制坯— 壓扁—壓包—拉拔。在成形過程中,拉拔工序直接 決定三通擠壓成形的成敗。然而對于支管拉拔工序 中拉拔道次的分析和确定以及三通支管拉拔模具 的設計,往往隻憑經驗,這勢必會生産出很多的廢 品,加大生産成本。目前國内對三通的拉拔成形很 少有數值模拟分析和理論研究,現運用美國De> fom>3D公司開發的大型通用有限元軟件,對三通管
收稿日期:2009 - 06 - 10。
 
作者簡介:劉麗敏(1976-),女,陝西渭南人,工程師,從亊先進 成形技術與裝備的研發工作,地址:北京市海澱區學淸路18号 312 房間,(電話)13520623816,(電子信箱)lh>limin05@163. ccnio
件擠壓成形過程的支管拉拔成形工序進行三維有限 元模拟,以得到合理的工藝參數,起到事半功倍的效 果。并在此基礎上對制造的工藝模具進行試驗驗 證,這對于以後的實際設計與生産有很好的指導和 借鑒作用。
 
2數值模拟系統的建立
 
在處理大型管件成形中的幾何非線性問題時, 以采用有限變形理論為基礎的非線性連續介質力學 理論最為有效,材料非線性的解決方案是采用結合 适當屈服準則的非線性塑性本構方程,邊界非線性 的求解主要有罰函數法、拉格朗日乘子法、直接約束 法等方法[11。采用Pro/E軟件提供的三維造型平台 對模具進行三維實體造型,并将其轉換成為數值模 拟軟件所需要的* .sd文件格式。在三通的成形中, 由于施加壓力的部件由SPEED控制,中隻
 
能采用SPARSE求解器進行計算,疊代方法取系統 默認的Direct疊代法,成形中的體積損失在再劃分 網格時進行補償。
 
材料在一定溫度範圍内的變形抗力數據是确 定成形工藝、選擇成形設備的重要依據。建立該材 料成形的有限元模型時,材料變形抗力數據是影響 模拟精度的主要因素之一 |2]。試驗件采用X80鋼
多lOmnXlSnxn圓柱體,由動态材料熱力模拟試驗 機的計算機系統自動采集真應力、應變、壓力、位移、 溫度、時間等數據,從而得到模拟的材料模型。由 0£EBLE1500及aEHBIE3500動态材料熱力模拟 試驗機的計算機系統自動采集真應力、應變、壓力、 位移、溫度、時間等數據,根據這些數據繪制出應力 應變曲線,如圖1所示。
 
圖1 X80材料應力曲線示意圖
3三通管件拉拔成形三維有限元模拟 3.1研究對象分析
 
研究對象一為-508rmi等徑三通(見圖2),其 支管直徑與主管直徑相同,壁厚18.4nm,管件長 度762rnn,支管高度381 imio研究對象二為匁219 run等徑三通(見圖3),其支管直徑與主管直徑相 同,為.1 219mm,壁厚50mm,管件長度1 778mm, 支管高度為838nmo設置工件加熱溫度為1 000 X:, 成形初始溫度為8501 (考慮工件與空氣、模具之間 的熱傳導),壓機工作速度lOnm/s。研究内容是對 彡508mm和# 1219 mm等徑二通在壓包工序結束後, 經過切口工藝(切口形狀分别為440rnnX 270rim和 1055irniX650nxn橢圓孔)的工件進行拉拔工序的 有限元模拟分析。
^508
870
圖2 >508 trni等徑三通零件及坯料圖 3.2三通拉拔模具
圖3 41219 inn等徑三通零件及坯料圖
 
壓包工序結束後,工件起包部分形狀似馬鞍,經 切口工序後,支管開口形狀為橢圓,未能達到設計要 求,故要對三通的支管部分進行拉拔成形。圖4就是 拉拔模具的凹、凸模三維圖,圖5為拉拔力學模型
 
圖。
 
3.3 _nm等徑三通數值模拟與分析
 
從工藝方面分析,等徑三通的支管難以1次拉 拔成形,必須分成多道拉拔。模拟初步定了 2種方案 進行比較分析。1種采用2道拉拔成形(見圖6);另1 種采用3道拉拔成形(見圖7)。2道拉拔的凸模直徑 分别為:-350、M50mmo 3道拉拔的凸模直徑分别 為4300、幻70d450mno現針對2種方案成形時的 拉拔力以及成形後支管的壁厚進行模拟分析。
 
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