超长圆锥管无芯模旋拉过程的有限元数值模拟

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旋拉联合成形工艺是有色金属特种型材——超长无缝锥管的无芯模高效加工工艺,具有生产效率高、设备投资小、加工成本低、材料利用率高等特点。发达国家自80年代以来,大力发展这一新工艺和成套设备,现这种特种型材,尤其是铝合金质的,作为高杆(电杆、灯杆、旗杆等)用材,在城市和道路建设中得到了广泛的应用。我国在该方面的研究还处于落后状态,至今还没有形成一条旋拉生产线投入生产,另一方面,我国城市化进程和道路建设正方兴未艾,对这种铝型材存在巨大的需求,因此开发旋拉联合成形设备并研究其机理具有重要的理论和现实意义。 旋拉工艺的金属变形过程具备锻造、挤压、拉伸、弯曲、环轧和滚压等工艺的特点,变形区外部条件为无芯模、轴向拉拔力强化和旋轮接触加载,本文针对这些特点,运用弹塑性理论(Mises屈服准则、塑性流动定律、变分原理等),利用ANSYS软件建立了无芯模旋拉过程的有限元模型。 无芯模旋拉过程是一个具有材料非线性、几何非线性和接触非线性的弹塑性变形过程,由此必须建立非线性控制方程,而非线性方程求解的关键是解决收敛性问题,因此如何设置影响收敛性的参数问题成为本文有限元模拟的难题。本文对程序经过反复的调试后,最终确定主要参数法向接触刚度因子FKN为模型收敛性主要影响因素,并确定FKN的最佳值,使无芯旋拉成形有限元模型收敛性问题得到了很好的解决。 无芯模旋拉过程的有限元模拟结果深入地揭示了旋拉工艺的变形特点: 1、旋拉加工具有典型的局部变形特点。 2、整个工件沿轴向伸长。 3、管坯在旋拉缩径的同时,壁厚有增厚的趋势。 本文进行的可旋性实验,其结果与有限元模拟的理论结果基本相符,有力地证明了本有限元模型和程序的正确性,以及本文结论的可靠性。
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