本文關鍵詞：熱推制45號鋼彎頭成形工藝的研究

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【摘要】：近年來,隨著船舶和石化、燃氣等行業(yè)的發(fā)展,作為液體、氣體的輸送管道的彎管得到了廣泛的應用。管材在彎曲時,由于管壁內側和外側受力性質的不同,導致管壁內外側承載壓力不同。彎頭作為管道系統(tǒng)彎曲時主要的連接件之一,關系到整個系統(tǒng)的安全運行,因此彎頭的結構設計十分重要。提高彎頭的成形制造水平和生產率是管件生產企業(yè)加快關鍵技術改造步伐的主要內容。通過使用ABAQUS有限元仿真軟件的數值模擬,并結合試驗驗證的方法對彎頭的熱推制成形過程進行了系統(tǒng)的模擬,根據模擬結果提出最佳的成形工藝參數,并分析了這些工藝參數(如推制溫度、推制速度、摩擦系數)對成形過程的影響程度。主要研究的內容和結果如下：(1)采用漸開線的變異作為芯棒擴徑成形段的中軸線,其主要的設計思想是由無限大曲率半徑逐漸減小到整形段曲率半徑,這樣有利于擴徑過程中金屬的流動,使彎頭內弧金屬材料能夠充分流向外弧,從而避免了傳統(tǒng)工藝變形時彎頭外側受拉減薄、內側受壓增厚的壁厚不均勻現象,保證了外徑的圓度和壁厚的均勻性。(2)采用控制變量法對中軸線的設計進行優(yōu)化,選取最優(yōu)的設計進行模擬。(3)通過有限元模擬軟件Abaqus并結合正交試驗法對不同工藝參數下彎頭的熱推制成形過程進行了模擬。模擬結果表明：推制溫度過高會導致管坯容易起皺,過低會導致開裂。在本文中,采取溫度為700℃,在合適的推制速度下管材是處于理想的彈塑性狀態(tài)的,彎頭的厚度基本保持不變；正交試驗中,溫度分布均勻,推制速度不影響溫度場的分布。推制速度較慢時,能夠為金屬的流動提供充分的時間,提高了壁厚的均勻性；但在實際的工業(yè)生產中,推制速度過慢又會增加生產周期,降低生產效率,因此需要同時考慮兩者之間的關系,既要保證生產效率,也要提高彎頭的成形質量,以此為標準來選擇適宜的推制速度；管坯和芯棒之間的摩擦系數和實際的工作環(huán)境有關,摩擦系數的增大,使得管壁內側金屬和芯棒之間的摩擦力變大,管壁內側變厚；摩擦力的增大也能約束金屬的流動,在一定程度上保證了壁厚的均勻性。(4)在推制機上進行實驗,統(tǒng)計實際生產的彎頭壁厚與模擬結果進行對比,發(fā)現實驗結果與有限元模擬結果壁厚差在合理范圍之內,進一步驗證了模擬結果的正確性。通過以上的研究得出了熱推制彎頭成形過程中工藝參數對彎頭成形的影響程度,并利用漸開線的變異作為中軸線的設計,避免了傳統(tǒng)工藝變形時彎頭內側變厚,外側減薄的壁厚不均勻現象；通過實驗進一步了解了彎頭壁厚的成形情況,也驗證了本文所采用的有限元分析模型的正確性,為彎頭成形工藝提供了一種新的研究方法。
【關鍵詞】：熱推彎 感應加熱 芯棒設計 有限元模擬
【學位授予單位】：廣東工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG306
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-14
• 第一章 緒論14-22
• 1.1 引言14-15
• 1.2 國內外相關研究現狀15-20
• 1.2.1 成形工藝的研究15-17
• 1.2.2 芯棒設計的研究17-18
• 1.2.3 感應加熱的研究18-19
• 1.2.4 有限元方法的使用19-20
• 1.3 課題來源及主要研究內容20-21
• 1.4 本章小結21-22
• 第二章 中頻熱推彎頭的工藝過程和特點22-32
• 2.1 擴徑彎曲時彎頭的變形特點22-23
• 2.2 彎曲后最大最小壁厚的計算23-25
• 2.3 熱推制成形工藝25-30
• 2.3.1 中頻感應加熱26-28
• 2.3.2 中頻熱推制彎頭的工藝流程及存在的問題28-30
• 2.4 熱推制成形工藝的特點30-31
• 2.5 本章小結31-32
• 第三章 熱推制彎頭芯棒的設計和制作32-39
• 3.1 芯棒的設計32-37
• 3.1.1 芯棒中軸線的設計33-37
• 3.2 芯棒材料的選擇37-38
• 3.3 芯棒的加工方法38
• 3.4 本章小結38-39
• 第四章 熱推制彎頭成形過程的數值模擬39-55
• 4.1 有限元法及軟件介紹39-40
• 4.2 材料模型40-46
• 4.2.1 Von.Mises屈服準則41
• 4.2.2 剛塑性有限元法41-42
• 4.2.3 材料屬性的定義42-46
• 4.3 接觸模型46-48
• 4.4 摩擦模型48-49
• 4.5 有限元模型的建立49-52
• 4.6 有限元模型溫度的設定及推制速度的施加52-54
• 4.7 本章小結54-55
• 第五章 熱推制彎頭成形過程的結果分析55-70
• 5.1 等效應力分布規(guī)律55-57
• 5.2 等效應變分布規(guī)律57
• 5.3 芯棒中軸線的優(yōu)化57-60
• 5.4 不同工藝參數對彎頭成形的影響60-68
• 5.4.1 正交試驗的原理61
• 5.4.2 主要影響因素的選取61-62
• 5.4.3 正交表的設計及實驗結果62-63
• 5.4.4 試驗結果分析63-67
• 5.4.5 工藝參數對彎頭成形的影響分析67-68
• 5.5 實驗驗證68-69
• 5.6 本章小結69-70
• 結論70-71
• 參考文獻71-76
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文76-78
• 致謝78

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