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TA18高强钛管数控弯曲回弹工艺参数影响的显著性分析

   2016-01-08 IP属地 陕西8470
  TA18高强钛管(Ti-3A1-2.5V)具有质量轻、强度高、耐腐蚀、耐高压、寿命长等优良特性,用于液压管路系统,不仅能够承受较大的工作压力,还能满足航空航天等领域对轻量化构件的需求,因此在国外已得到重视和应用°。数控弯管技术以其能够实现管材批量、快速生产的特点,被广泛应用于管材的弯曲成形制造当中°。管件弯曲后,弹性变形发生卸载,不可避免地产生回弹。且回弹时管子内外侧应力卸载,回弹效应叠加,导致弯管的回弹较其他成形方式更为显著。
  目前,国内外仅有对铝合金管、不锈钢管及中强管弯曲回弹的研究报道。Al-QureshP在理想弹塑性模型、平面应变条件、无截面畸变、壁厚减薄和包辛格效应的假设下,推导了铝合金薄壁管纯弯下的回弹解析模型。MurataMe结合有限元法和实验法,发现硬化指数对铝合金压弯回弹没有影响。GuRf采用有限元法发现不锈钢管数控弯曲后总回弹包括管子弯曲段和直线段,且抽芯对回弹的影响非常大。JiangZQ0和岳永保采用有限元法研究TA18中强钛管数控弯曲的回弹规律。
  相比于其他管材,高强钛管的屈弹比(屈服强度/弹性模量)更大、导致高强钛管弯曲后的回弹现象更加显著。过度回弹导致难以控制管子几何及形状精度,直接影响到管子与其他部件的连接、密封性能和紧凑性。同时,数控弯管是弯曲模、压块、防皱块、夹块等多模具协同约束、多重非线性的复杂过程、因此,如果不充分了解数控弯管的回弹规律,想要获得预期精度的弯管件,就要反复试模、修模,或者在成形后对弯管件进行校形,这样就会延长生产周期、提高生产成本。这就迫切需要深入研究高强钛管数控弯管过程中工艺参数对回弹的影响规律,从而更好地控制管件的回弹,发展钦管精确数控弯曲成形技术。
  数控弯曲后回弹问题很难通过理论解析法来精确分析,而仅通过实验法则耗费大量的人力物力。有限元法则可以模拟具有复杂接触条件、高度非线性的问题。基于Abaqus有限元平台,建立TA18高强钛管数控弯曲、抽芯及回弹显/隐式三维弹塑性有限元模型,结合正交试验,研究工艺参数对回弹影响的显著性及规律;进而采用多元逐步线性回归方法,建立回弹角的回归预测模型。该研究可为TA18高强钛管数控弯曲回弹角的预测及控制提供有效理论指导。
  模型中设置管子外表面与模具的接触采用动态接触算法,管子内表面与芯棒的接触采用罚函数法,以控制接触面穿透;采用经典库伦摩擦模型描述管子与模具的摩擦过程,管子与不同模具之间的摩擦系数引用文献中的室温扭转-压缩试验结果。
  为了兼顾计算效率与计算精度,模型采用半管模型及双精度格式,对管子弯曲段进行网格细化,而管子直线段则采用较粗的网格。
  采用6400的质量放大因子在确保计算精度的前提下提高计算效率。弯曲模型的动能(ALLKE)与内能(ALLIE)比值以及伪应变能(ALLAE)与内能比值随时间历程的变化情况,发现均小于10%,表明模型没有引入明显的动态效应及沙漏效应°;采用0.0002的阻尼因子和0.05的耗散能分数来控制回弹模型的收敛。图4b为回弹模型粘滞阻尼能(ALLSD)与总应变能(ALLSE)比值的变化曲线,均小于1%,表明此模型也是稳定的。
 
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