【作 者】邢夢龍;杜鳳山;付玉濤

　　【引 言】

　　輥彎成形的斷面鋼材廣泛應(yīng)用于建筑、汽車、交通運(yùn)輸、石油化工等領(lǐng)域[１].連續(xù)輥彎成形是將板帶或管材通過輥彎機(jī)成形輸出各種異型管的工藝.輥彎成形根據(jù)原材料幾何類型的不同,可以分為開式輥彎成形和閉式輥彎成形.其中,圓管成形方矩形管為閉式輥彎成形,優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品質(zhì)量更好,機(jī)組成形速度更快,效率更高,所以得到了更廣泛的應(yīng)用。

　　在閉式輥彎成形的相關(guān)研究中,NAGAMAＧCHI等[２-３]通過仿真與試驗(yàn)研究了立輥偏置成形對方管角部充滿度的影響,并對方管管端變形進(jìn)行了分析. ABRINI 等[４] 和 FARAHMAND等[５]根據(jù)輥彎過程中的金屬流動(dòng)規(guī)則,對管坯的變形區(qū)和自由區(qū)進(jìn)行劃分,基于上限法推導(dǎo)了輥彎過程的解析解,并結(jié)合試驗(yàn)驗(yàn)證了解析模型的準(zhǔn)確性.BAYOUMI[６-７]給出了圓管冷拔正多邊形管的解析解,研究了截面形狀、摩擦因數(shù)對力能參數(shù)的影響,并通過與試驗(yàn)結(jié)果及有限元模擬對比,驗(yàn)證了解析模型的準(zhǔn)確性,該方案可應(yīng)用于低碳鋼標(biāo)準(zhǔn)圓管.LEU 等[８]基于更新的拉格朗日彈塑性有限元模型研究了多因素對圓管縮方過程中不對稱程度的影響。

　　盡管大多數(shù)學(xué)者都對閉式輥彎過程金屬流動(dòng)進(jìn)行了研究,但在圓管輥彎成形方矩形管過程中會(huì)出現(xiàn)管壁增厚現(xiàn)象[２１],尤其是角部更加明顯。本文基于體積不變定律和金屬秒流量相等原則對圓管輥彎成形方矩形管過程中的參數(shù)變化進(jìn)行分析,建立輥彎成形有限元模型,分析圓管管徑和壁厚對輥彎過程中增厚系數(shù)和角部充滿度的影響,基于角部欠充滿狀態(tài),根據(jù)角部中性層弧長對圓管管徑進(jìn)行系數(shù)修正,并對可能存在的角部損傷問題進(jìn)行損傷判定,對確定的圓管管徑進(jìn)行輥彎試驗(yàn),將仿真結(jié)果與試驗(yàn)進(jìn)行對比,驗(yàn)證了仿真模型的準(zhǔn)確性。

　　【結(jié) 論】

　　本文根據(jù)體積不變定律和金屬秒流量相等原則對圓管輥彎成形方矩形管進(jìn)行了參數(shù)分析,針對４０mm×２７．５mm×３mm 的 SUS３０４不銹鋼矩形管建立了輥彎成形有限元模型,分析了管徑和壁厚對增厚系數(shù)和角部充滿度的影響。根據(jù)線性對應(yīng)關(guān)系對圓管管徑進(jìn)行了系數(shù)修正,并基于韌性損傷準(zhǔn)則對角部內(nèi)側(cè)可能出現(xiàn)的損傷區(qū)域進(jìn)行判定,將確定的圓管仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對比,得到以下結(jié)論:

　　(１)圓管成形方矩形管過程中由于內(nèi)側(cè)無約束存在,外側(cè)受到軋輥的限制,會(huì)使金屬沿壁厚方向產(chǎn)生流動(dòng),使得管壁厚度增加,厚度的增加會(huì)使方矩形管角部處于欠充滿狀態(tài)。

　　(２)通過增加圓管管徑能夠有效緩解角部欠充滿問題,但管徑的增加會(huì)使壁厚再次增大,同時(shí)角部內(nèi)側(cè)區(qū)域在輥彎成形結(jié)束階段發(fā)生金屬堆積,有引起角部損傷的可能。

　　(３)在工程應(yīng)變條件下,采用 R≥２２ mm 的圓管在輥彎結(jié)束階段會(huì)在角部內(nèi)側(cè)出現(xiàn)低應(yīng)力三軸度或負(fù)應(yīng)力三軸度的損傷;采用 R＝２１．５mm圓管的試驗(yàn)與仿真結(jié)果吻合度較高,但與設(shè)計(jì)結(jié)果存在一定差距,在可接受范圍內(nèi),驗(yàn)證了有限元模型的準(zhǔn)確性。

　　以下是正文：