采用有限元模擬與試驗方法,分析了300 MW Mn18Cr18N鋼護環(huán)液壓縮徑時的受力狀態(tài)和變形規(guī)律。研究表明,液壓縮徑過程中,環(huán)坯內(nèi)壁首先進入塑性變形狀態(tài),隨著外壓的逐漸升高,逐步向外壁擴展。變形過程中,環(huán)坯內(nèi)壁、中壁和外壁變形相互協(xié)調(diào)。環(huán)坯內(nèi)壁的等效應(yīng)變和等效應(yīng)力均始終大于外壁。模具錐角是影響環(huán)坯縮徑形狀的重要因素。由于模具錐角的改變,使得環(huán)坯端部受到的徑向壓力分量Fr和軸向壓力分量Fz隨之改變。當模具錐角較小時,徑向壓力分量Fr要明顯大于軸向壓力分量Fz,這導(dǎo)致采用小角度錐角的模具時,環(huán)坯縮徑后往往呈現(xiàn)鼓肚形,當模具錐角較大時,軸向壓力分量Fz將大于徑向壓力分量Fr,因此,采用大角度錐角的模具時,環(huán)坯縮徑后呈現(xiàn)喇叭口形。通過數(shù)值模擬和試驗驗證的手段得出,當模具錐角在50°左右時,環(huán)坯可以獲得較好的液壓縮徑效果。 

【文章來源】：鍛壓技術(shù). 2020,45(07)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

護環(huán)液壓縮徑工藝原理圖

環(huán)坯在液壓縮徑變形過程中的受力狀態(tài)如圖2所示。首先液壓縮徑時，在液壓機的作用下，密封上模、密封下模會與環(huán)坯上、下外端部發(fā)生接觸，形成接觸帶。接觸帶上需保持一定的接觸應(yīng)力N以保證密封。在實際生產(chǎn)過程中，一般接觸應(yīng)力N與液體外壓P之間滿足N≥3P[2]。隨著超高壓液體進入超高壓型腔，環(huán)坯在均布的液體外壓P的作用下發(fā)生縮徑變形。縮徑變形時，環(huán)坯和密封上模、密封下模之間會存在相對運動。因此，環(huán)坯接觸帶上會受到一定的摩擦力τ，τ=μN，μ為摩擦系數(shù)。液壓機所施加的力F通過模具作用于環(huán)坯接觸帶上。若將F沿徑向和軸向兩個方向分解，可以得到徑向和軸向壓力分量Fr和Fz。若將接觸帶上所受應(yīng)力進行分解，可得徑向和軸向應(yīng)力σr和σz。在接觸帶上選取任意斜微分面，且與z軸、r軸交于A、B，其中，r、z分別表示徑向和軸向方向。這樣，斜微分面就與坐標軸構(gòu)成一個微小單元OAB，如圖2所示，其中α為模具錐角。設(shè)斜微分面AB的外法線方向為T，其方向余弦分別為m和n，即m=cos(T,r);n=cos(T,z)。若斜微分面AB的面積為d A，微分面OA、OB的面積分別為d Ar、d Az，則:

采用Marc.Mentat軟件，建立護環(huán)液壓縮徑有限元模型。護環(huán)環(huán)坯尺寸為Φ1106/Φ884 mm×762 mm，接觸帶高度為5 mm。由于環(huán)坯為軸對稱筒形零件，因此，可建立二維軸對稱模型。對幾何模型劃分四節(jié)點四邊形網(wǎng)格，網(wǎng)格大小約為18 mm×5 mm。對環(huán)坯端頭進行了網(wǎng)格局部細化，網(wǎng)格大小約為4.5 mm×1.5 mm。最終網(wǎng)格總數(shù)為1152個。根據(jù)護環(huán)液壓縮徑工況，設(shè)定其邊界條件，如圖3a所示。在環(huán)坯1/2高度節(jié)點處施加位移約束，使這些節(jié)點軸向位移為零。環(huán)坯外壁施加線性增加的均布液體外壓(P=1 MPa/步)。在接觸帶上施加接觸應(yīng)力N，并使N=3P。此外，在接觸帶上的施加摩擦力τ，摩擦系數(shù)設(shè)為0.12。對網(wǎng)格進行材料特性定義，材料模型為彈塑性各向同性類型，彈性模量為210 GPa，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系如圖3b所示。2 試驗結(jié)果

【參考文獻】：
期刊論文
[1]鋰稀有金屬在二次電池中的應(yīng)用[J]. 梁媛,趙景騰,韓志杰,尉海軍.  稀有金屬. 2019(11)
[2]3A21鋁合金錐形件旋壓成形工藝[J]. 楊文華,廖哲,郝花蕾,郝愛國,吉衛(wèi).  鍛壓技術(shù). 2019(10)
[3]護環(huán)液壓脹形加載路徑優(yōu)化設(shè)計方法[J]. 趙石巖,嚴智航,李娜,王曉晶,李曉雨.  塑性工程學(xué)報. 2019(03)
[4]Mn18Cr18N奧氏體不銹鋼的壓縮拉伸連續(xù)加載變形行為[J]. 李飛,張華煜,何文武,陳慧琴,郭會光.  金屬學(xué)報. 2016(08)
[5]微小型薄壁內(nèi)溝槽銅管旋壓縮徑數(shù)值模擬[J]. 許澤川,李勇,潘敏強,湯勇.  塑性工程學(xué)報. 2009(05)
[6]外壓成形試驗裝置及成形特征研究[J]. 劉鋼,苑世劍,陰雪蓮,苗啟斌.  材料科學(xué)與工藝. 2006(01)
[7]管件外壓成形的數(shù)值模擬及屈曲特征分析[J]. 劉鋼,陰雪蓮,苑世劍.  哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報. 2006(02)

碩士論文
[1]Mn18Cr18N鋼冷變形力學(xué)行為與強化參數(shù)研究[D]. 李飛.太原科技大學(xué) 2016
[2]大型護環(huán)液壓脹形的加載路徑研究[D]. 董立三.燕山大學(xué) 2013
[3]Mn18Cr18N護環(huán)外補液脹形參數(shù)可行域研究[D]. 靳兵花.燕山大學(xué) 2011



本文編號：3100047