船舶管材冷弯过程回弹的分析与控制

发布时间：2020-03-21 07:03

【摘要】：管材的弯曲成型是船舶制造过程中的一个重要环节。在实际加工过程中,由于回弹和伸长等缺陷,管材的成型加工往往采用留有余量的加工方式,且在加工完成后还需进行二次划线和二次切割。这不仅导致材料的浪费,而且制约了弯管速度的提升。因此,在管材加工过程中,对回弹进行控制对于提升造船效率和管材的精确成型具有重要作用。针对管材的回弹问题,本文采用Ansys/Ls-Dyna有限元软件,对弯管的过程进行仿真模拟,通过改变模型的参数来探究弯曲角、相对弯曲半径、管材半径、轴向力等参数对回弹角度的影响,并通过试验验证模型的精度。主要研究内容如下:(1)结合管材冷弯成形的实际加工特点,建立管材冷弯成形的有限元模型,在冷弯有限元模型的基础上建立回弹模型,并进行数值模拟。(2)在有限元模拟的基础上,选取弯曲角、相对弯曲半径、管材半径、轴向力等参数,分析其对回弹角的影响规律。(3)根据有限元仿真的结果,对主要影响参数进行试验验证。(4)研究如何对管材的回弹进行控制。本文通过对模型的分析和试验的验证,得出以下结论:(1)管子弯曲卸载后,最终的成型角度和弯曲角度成线性关系,且该直线经过原点。(2)管材加工过程中工件的夹紧程度,即轴向力的存在会对回弹产生影响,且轴向力越大弯曲回弹越小。(3)管子的壁厚和直径对回弹的角度影响不大,因此在实际生成过程中可以不考虑其对回弹角度的影响。而相对弯曲半径对回弹影响较大,在实际加工过程中必须考虑其影响。(4)经过试验验证,本文中的有限元模型能够较好的对管子的弯曲加工进行模拟,对实际的加工具有指导价值。
【图文】：

示意图,数控弯管,示意图,管材

2图 1-1 数控弯管示意图如图 1-1 所示是典型的数控旋转拉弯过程，弯管部分主要包括弯模、夹模、压模、芯棒，（部分还有防皱模）。弯曲前，，将管材送至起弯点处，并用夹模夹住，为防止管材起皱及扁平化，将芯棒送至起弯处并固定。弯曲时，弯模在液压马达或电机的作用下旋转，此时为防止管材外移，用压模压住管材，且在弯曲过程中随管材送料移动。在几个模具的共同作用下，管材缠绕在弯模上形成弯管。1.3 管材弯曲成型加工缺陷在管材的加工过程中，存在各种各样的加工缺陷。根据成型质量和成型精度可以将管材弯曲过程中的变形分为两大类：一类是影响弯管成型质量的，如各种截面畸变（失稳起皱、减薄开裂、扁平化等），另一类是影响弯管成型精

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如弯曲角度的回弹、弯曲段轴线的伸长、以及弯曲段形状的变化等。（1）失稳起皱：管材在弯曲过程中，在不考虑轴向牵引力的作用下，中以外的部分受拉应力作用，中性层以内的部分受压应力作用，当内侧壁所力超过失稳极限，则会产生皱曲，甚至会使模具受损，导致加工中止，光不够的管材也会影响其力学性能和使用性能。如图 1-2 所示。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U671.3

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