钛管冷推弯曲成形数值模拟及工艺参数优化研究

发布时间：2017-10-12 06:17

  本文关键词：钛管冷推弯曲成形数值模拟及工艺参数优化研究

  更多相关文章： 钛合金弯管 冷推弯曲 数值模拟 工艺参数 正交试验

【摘要】：近年来,钛合金无缝弯管因具有比强度高、耐腐蚀、无磁性等优点被广泛应用于核电和石化等行业。冷推弯曲成形技术因具有成形效率高、成本低,成形产品机械性能好等优点,被广泛应用于碳钢、不锈钢等易变形管材的弯曲加工。然而,钛合金室温下塑性变形能力较弱,采用冷推弯曲工艺生产钛合金弯管时,不能照搬碳钢、不锈钢等的成形工艺。所以,本文对钛管冷推弯曲的成形特点及规律进行了系统的研究,希望为钛合金弯管的规模应用提供理论指导和实践借鉴。首先,本文在阅读大量文献基础上,论述了钛管的性能及特点以及常用弯曲方法,研究了钛管冷推弯曲成形基本原理以及冷推弯曲成形中产生的常见缺陷,主要缺陷有:外弧侧壁厚减薄、内弧侧壁厚增厚、截面畸变等,并且针对上述缺陷提出了预防及改善缺陷的措施。然后,本文对影响钛管冷推弯曲成形的几何参数进行了理论分析。同时,为了探究钛管的材料性能,选取了钛管材料进行单向拉伸试验,将试验数据作为有限元模型中材料参数设定的依据。其次,为了进一步研究钛管冷推弯曲成形过程,探究工艺参数对钛管冷推弯曲成形的影响规律,本文提出了采用有限元数值模拟分析和实验相结合的研究方法。利用有限元分析软件模拟了钛管冷推弯曲成形过程,根据有限元后处理结果分析钛管冷推弯曲成形壁厚分布规律、成形极限以及应变状态,进一步探究钛管冷推弯曲成形的特点。然后利用冷推弯曲模具对钛管进行了实际加工,测量了成形弯头的真实壁厚数据值,并对比了实验结果与模拟结果,验证了有限元仿真模型的可靠性。然后利用可靠的冷推弯曲有限元模型研究了芯棒结构、推杆推动距离、模具间隙、摩擦系数、推弯速度等参数对钛管冷推弯曲成形的影响规律,并依据钛管成形质量确定了工艺参数的合理取值范围。最后,根据前文的研究结果,利用虚拟正交试验对钛管材冷推弯曲成形工艺参数进行了优化,最终确定了钛管材冷推弯曲成形较优工艺参数组合,利用优化后的工艺参数组合对钛管进行实际加工,结果表明:钛弯管实际成形质量得到了提高,验证了优化结果的正确性。
【关键词】：钛合金弯管 冷推弯曲 数值模拟 工艺参数 正交试验
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG306
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 绪论9-20
• 1.1 引言9
• 1.2 钛及钛合金管材研制9-10
• 1.3 常见管材弯曲加工方法10-14
• 1.4 国内外研究现状14-18
• 1.4.1 管材弯曲成形国内外研究现状14-16
• 1.4.2 钛管弯曲成形国内外研究现状16-18
• 1.5 选题背景和意义18-19
• 1.6 课题主要研究内容19-20
• 第二章 钛管冷推弯曲成形理论分析20-30
• 2.1 钛管冷推弯曲成形基本原理20-21
• 2.2 钛管冷推弯曲成形主要缺陷及预防措施21-25
• 2.2.1 钛成形弯管外弧侧壁厚减薄以及预防措施21-22
• 2.2.2 钛成形弯管内弧侧失稳起皱及预防措施22-23
• 2.2.3 钛成形弯管截面畸变及其预防措施23-24
• 2.2.4 钛成形弯管壁厚不均匀程度24-25
• 2.3 钛管冷推弯曲参数计算及分析25-29
• 2.3.1 壁厚变化量分析25-26
• 2.3.2 最小弯曲半径分析26-27
• 2.3.3 弯曲变形程度分析27-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 钛管冷推弯曲成形有限元数值模拟分析30-45
• 3.1 引言30-31
• 3.2 TA2管材基本力学性能研究31-33
• 3.3 钛管冷推弯曲成形有限元模型的建立33-37
• 3.3.1 几何模型的建立33-35
• 3.3.2 模型的网格划分35
• 3.3.3 模型材料的定义35-36
• 3.3.4 管材成形设置36-37
• 3.4 后处理结果分析37-43
• 3.4.1 成形过程分析37-38
• 3.4.2 壁厚值分析38-39
• 3.4.3 截面椭圆度分析39-40
• 3.4.4 成形极限分析40-41
• 3.4.5 应变分析41-43
• 3.5 本章小结43-45
• 第四章 冷推弯曲有限元模型实验验证及工艺参数分析45-64
• 4.1 冷推弯曲有限元模型实验验证45-49
• 4.1.1 实验材料准备45-46
• 4.1.2 钛管推弯成形实验过程46-47
• 4.1.3 成形结果对比47-49
• 4.2 几何参数对钛管冷推弯曲成形的影响49-56
• 4.2.1 芯棒结构对钛管冷推弯曲成形的影响49-51
• 4.2.2 芯棒直径对钛管冷推弯曲成形的影响51-54
• 4.2.3 推杆推动距离对钛管冷推弯曲成形的影响54-56
• 4.3 工艺参数对钛管冷推弯曲成形的影响56-63
• 4.3.1 内芯形式对钛管冷推弯曲成形的影响56-59
• 4.3.2 推弯速度对钛管冷推弯曲成形的影响59-61
• 4.3.3 摩擦系数对钛管冷推弯曲成形的影响61-63
• 4.4 本章小结63-64
• 第五章 工艺参数优化64-74
• 5.1 引言64
• 5.2 优化设计变量的选取64
• 5.3 正交试验设计64-66
• 5.3.1 正交试验原理64-65
• 5.3.2 因素水平的确定65-66
• 5.3.3 评价指标的确定66
• 5.3.4 正交表的选择66
• 5.4 正交试验结果分析66-73
• 5.4.1 模型建立66-67
• 5.4.2 正交试验结果67
• 5.4.3 正交试验结果直观分析67-70
• 5.4.4 正交试验结果方差分析70-72
• 5.4.5 优化结果的仿真和实验验证72-73
• 5.5 本章小结73-74
• 第六章 主要结论和展望74-76
• 6.1 研究结论74-75
• 6.2 主要创新点75
• 6.3 展望75-76
• 致谢76-77
• 参考文献77-80
• 附录: 作者在攻读硕士学位期间发表的论文80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 赵彬;杨英丽;赵恒章;吴金平;郭荻子;;高强钛合金环形管热推弯曲工艺研究[J];材料工程;2009年S1期

2 戴毅;曾卫东;杨英丽;赵恒章;赵彬;周义刚;;钛合金环形管成形模具参数优化[J];稀有金属材料与工程;2009年10期

3 李林涛;曾卫东;殷京瓯;张学敏;徐斌;杨英丽;周义刚;;中频感应加热纯钛弯管成形过程中的有限元模拟[J];锻压技术;2006年06期

4 陈先成;袁正;晏建军;;5083铝合金弯头冷推弯数值模拟及试验研究[J];锻压技术;2011年01期

5 刘劲松;张兴华;刘海;张士宏;;薄壁钢管内胀推弯成形数值模拟及实验研究[J];锻压技术;2012年02期

6 周养萍;;型材滚弯加工现状与展望[J];锻压装备与制造技术;2010年03期

7 宋飞飞;杨合;李恒;詹梅;王艳;李光俊;;TA18高强钛管数控弯曲回弹工艺参数影响的显著性分析[J];稀有金属材料与工程;2013年01期

8 徐建美;王克鲁;方军;许小妹;;间隙对0Cr21Ni6Mn9N不锈钢管材数控弯曲截面质量的影响[J];锻压技术;2014年05期

9 ;A Study on Multi-defect Constrained Bendability of Thin-walled Tube NC Bending Under Different Clearance[J];Chinese Journal of Aeronautics;2011年01期

10 董立立;赵益萍;梁林泉;朱煜;段广洪;;机械优化设计理论方法研究综述[J];机床与液压;2010年15期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 吴文云;AZ31和AM30镁合金管材弯曲成形及变形机理研究[D];上海交通大学;2010年

2 王胜满;轨道车辆车体不锈钢型材构件拉弯成形数值模拟与实验研究[D];大连交通大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 张立伍;钛基复合管件冷成形数值模拟及制备工艺研究[D];南京航空航天大学;2010年

2 胡杰;热推制高压弯头成形工艺研究[D];燕山大学;2011年

3 李林涛;钛环形管成形过程的有限元模拟[D];西北工业大学;2006年

，

本文编号：1017123