一种不锈钢焊管内高压成形缺陷研究方法技术

本发明专利技术公开了一种不锈钢焊管内高压成形缺陷研究方法，其包括根据材料参数和工艺参数分析成形因素；建立管材数学模型，对管材内高压成形过程进行受力分析，包括管壁力学分析、单元体受力分析、最大内应力、开裂压力以及应力应变分析；针对成形过程中产生的问题进行研究；采用有限元分析软件对内高压成形过程进行数值模拟，对有限元模拟出的加载路径及参数进行试验验证，并通过试验结果对工艺参数进行完善，本发明专利技术过建立一种能够准确预测其内高压成形全过程的有限元分析模型，提出工艺改进措施，解决管件成形缺陷，大幅度提高生产效率和成品率，提高企业经济效益。提高企业经济效益。提高企业经济效益。

【技术实现步骤摘要】
一种不锈钢焊管内高压成形缺陷研究方法


[0001]本专利技术涉及不锈钢焊管领域，特别是一种不锈钢焊管内高压成形缺陷研究方法。

技术介绍

[0002]目前，管材液压成形技术在航空、航天和汽车制造业得到了愈来愈广泛的应用，利用该工艺生产的各种空心变截面管件使结构更具轻量化。以汽车底盘结构件为例，由于不同部位承担载荷不同，因此各部分强度、刚度的要求不同。对于强度和刚度要求高的部位，可以通过改变截面形状和尺寸或采用较高强度材料提高截面模量和抗弯、抗扭性能。
[0003]为了在增加构件承载能力的同时，不过多增加构件的质量，可以有两种方法：一是可以将其设计成变厚度构件，即在需要较高强度和刚度的部位，采用较大的厚度，在承载较小的部位，采用较小的厚度。例如制造汽车零件时，根据载荷分布情况来设计零件壁厚，可使零件重量减轻33％。二是可以采用不同密度的材料制造异种材料拼焊结构件，如将铝合金与钢焊接，在强度要求高的部位采用高强度材料，在承载小的部位采用铝合金等低密度低强度材料。
[0004]因此，为了减少不锈钢焊管内高压成形过程中缺陷的产生，需要对其生产过程中产生这些缺陷的原因进行分析，探究胀形过程中缺陷的形成机理及成形关键技术。探索管件液压成形技术涉及到的管坯材料参数、工艺参数控制、模具条件参数等因素的影响规律，通过建立一种能够准确预测其内高压成形全过程的有限元分析模型，提出工艺改进措施，解决管件成形缺陷，大幅度提高生产效率和成品率，提高企业经济效益。

技术实现思路

[0005]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0006]鉴于现有技术中存在的问题，提出了本专利技术。
[0007]因此，本专利技术所要解决的技术问题是不锈钢焊管内高压成形缺陷问题。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种不锈钢焊管内高压成形缺陷研究方法，其包括根据材料参数和工艺参数分析成形因素；
[0009]建立管材数学模型，对管材内高压成形过程进行受力分析，包括管壁力学分析、单元体受力分析、最大内应力、开裂压力以及应力应变分析；
[0010]针对成形过程中产生的问题进行研究；
[0011]采用有限元分析软件对内高压成形过程进行数值模拟，对有限元模拟出的加载路径及参数进行试验验证，并通过试验结果对工艺参数进行完善。
[0012]作为本专利技术所述一种不锈钢焊管内高压成形缺陷研究方法的一种优选方案，其中：所述管壁力学分析包括：
[0013]假设在管材成形的各个阶段均可认为管材坯料的体积不可压缩，即：
[0014]ε
θ
+ε
L
+ε
t
＝0
[0015]式中：εθ、εL、εt、分别代表环向应变、轴向应变与径向应变；
[0016]厚度与半径之比t0/r0<<1(t0，r0分别代表管坯的初始厚度与初始半径)，假设厚度方向上的应力、应变均匀分布，且垂直于管壁的径向应力σt＝0；
[0017]假设胀形过程中，胀形区中间的单元体的应力应变关系满足硬化幂指函数：
[0018][0019]式中：分别代表变形过程中的等效应力、等效应变，n是材料的硬化指数，K是材料的强度系数；
[0020]假设管材是连续性介质，整个管壁厚度均匀，无应力突变点，管坯中性面满足连续性要求，采用薄壳理论进行分析；
[0021]假设管材各向同性，即塑性异性指数R＝1。
[0022]作为本专利技术所述一种不锈钢焊管内高压成形缺陷研究方法的一种优选方案，其中：所述单元体受力分析，包括：
[0023]液压成形内压力和轴向力的表达式：
[0024][0025][0026]作为本专利技术所述一种不锈钢焊管内高压成形缺陷研究方法的一种优选方案，其中：所述最大内应力包括：
[0027]建立平衡方程可得：
[0028]式中t为管材的厚度，可见，这时如果增大内压力而轴向压力F
L
保持不变，将会造成加载失稳，管材在部分成形区凸肚处可能因应力集中，而沿母线迅速产生沟槽进入集中失稳后开裂，因此，当分散性失稳发生时，环向承载能力(σ
θ
t)达到d(σ
θ
t)＝0，此时所能施加的最大内压力即为胀形最大压力P
c
；
[0029]设轴向应力σ
L
和环向应力σ
θ
的比值σ
L
/σ
θ
＝α，内高压成形时，管材两端的推头向内挤压，轴向力为正压力，α的取值范围
‑
1≤α≤1，在实际内高压成形过程中，由于轴向进给的存在，应力状态在不同阶段变化巨大，需要轴向进给和内压力的相互配合，一般来说，随着成形过程的深入，α将逐渐由负向正增加；对于管材内高压成形的理想状态，r
L
＞＞r
θ
，得出胀形压力
[0030][0031][0032]作为本专利技术所述一种不锈钢焊管内高压成形缺陷研究方法的一种优选方案，其中：所述开裂压力纯胀形时的开裂压力P
b
可以用下式计算
[0033][0034]式中：σ
b
——材料的抗拉强度(MPa)。
[0035]作为本专利技术所述一种不锈钢焊管内高压成形缺陷研究方法的一种优选方案，其中：所述应力应变分析包括：
[0036]根据应力增量理论得到：
[0037][0038]其中分别代表径向、周向和轴向应力偏量；
[0039]式26表明，厚向应变增量是由周(环)向应力和轴向应力共同决定，若σ
θ
+σ
L
<0，则dε
t
>0，此时轴向应力大于周向应力，单元处于补料状态，因此管壁厚度会增大，若轴向应力过大、补料量过大，则极易产生起皱、失稳现象，若σ
θ
+σ
L
>0，则dε
t
<0此时管壁周向的拉应力大于轴向补料产生的压应力，管坯壁厚将减小，若周向拉应力过大，管壁减薄严重，甚至可能造成管材破裂；若σ
θ
+σ
L
＝0，则有dε
t
＝0。
[0040]作为本专利技术所述一种不锈钢焊管内高压成形缺陷研究方法的一种优选方案，其中：通过拉伸试验、显微硬度试验测试焊管基体、焊缝材料的力学性能，确定焊管缝和热影响区形状、大小和材料特性，建立焊管热影响区不同位置材料的本构关系；
[0041]基于基体、焊缝和热影响区本构关系及焊缝管液压成形的特点，选用适当的损伤模型，研究焊缝管液压成形有限元模型的建立方法，考虑焊缝和热影响区的影响，主要包括焊管本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种不锈钢焊管内高压成形缺陷研究方法，其特征在于：包括，根据材料参数和工艺参数分析成形因素；建立管材数学模型，对管材内高压成形过程进行受力分析，包括管壁力学分析、单元体受力分析、最大内应力、开裂压力以及应力应变分析；针对成形过程中产生的问题进行研究；采用有限元分析软件对内高压成形过程进行数值模拟，对有限元模拟出的加载路径及参数进行试验验证，并通过试验结果对工艺参数进行完善。2.如权利要求1所述的一种不锈钢焊管内高压成形缺陷研究方法，其特征在于：所述管壁力学分析包括：假设在管材成形的各个阶段均可认为管材坯料的体积不可压缩，即：ε
θ
+ε
L
+ε
t
＝0式中：εθ、εL、εt、分别代表环向应变、轴向应变与径向应变；厚度与半径之比t0/r0<<1(t0，r0分别代表管坯的初始厚度与初始半径)，假设厚度方向上的应力、应变均匀分布，且垂直于管壁的径向应力σt＝0；假设胀形过程中，胀形区中间的单元体的应力应变关系满足硬化幂指函数：式中：σ、ε分别代表变形过程中的等效应力、等效应变，n是材料的硬化指数，K是材料的强度系数；假设管材是连续性介质，整个管壁厚度均匀，无应力突变点，管坯中性面满足连续性要求，采用薄壳理论进行分析；假设管材各向同性，即塑性异性指数R＝1。3.如权利要求2所述的一种不锈钢焊管内高压成形缺陷研究方法，其特征在于：所述单元体受力分析，包括：液压成形内压力和轴向力的表达式：液压成形内压力和轴向力的表达式：4.如权利要求1所述的一种不锈钢焊管内高压成形缺陷研究方法，其特征在于：所述最大内应力包括：建立平衡方程可得：式中t为管材的厚度，可见，这时如果增大内压力而轴向压力F
L
保持不变，将会造成加载失稳，管材在部分成形区凸肚处可能因应力集中，而沿母线迅速产生沟槽进入集中失稳后
开裂，因此，当分散性失稳发生时，环向承载能力(σ
θ
t)达到d(σ
θ
t)＝0，此时所能施加的最大内压力即为胀形最大压力P
c
；设轴向应力σ
L
和环向应力σ
θ
的比值σ
L
/σ0＝α内高压成形时，管材两端的推头向内挤压，轴向力为正压力，α的取值范σθ围
‑
1≤α≤1，在实际内高压成形过程中，由于轴向进给的存在，应力状态在不同阶段变化巨大，需要轴向进给和内压力的相互配合，一般来说，随着成形过程的深入，α将逐渐由负向正增加；对于管材内高压成形的理想状态，r
L
＞＞r
θ
，得出胀形压力形压力5.如权利要求1所述的一种不锈钢焊管内高压成形缺陷研究方法，其特征在于：所述开裂压力纯胀形时的开裂压力P
b
可以用下式计算式中：σ
b
——材料的抗拉强度(MPa)。6.如权利要求5所述的一种不锈钢焊管内高压成形缺陷研究方法，其特征在于：所述应力应变分析包括：根据应力增量理论得到：式26表明，厚向应变增量是由周(环)向应力和轴向应力共同决定，若σ
θ
+σ...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴金虎，
申请(专利权)人：苏州事达同泰汽车零部件有限公司，
类型：发明
国别省市：