护环液压缩径工艺数值模拟与试验研究
发布时间：2021-03-25 17:38
采用有限元模拟与试验方法,分析了300 MW Mn18Cr18N钢护环液压缩径时的受力状态和变形规律。研究表明,液压缩径过程中,环坯内壁首先进入塑性变形状态,随着外压的逐渐升高,逐步向外壁扩展。变形过程中,环坯内壁、中壁和外壁变形相互协调。环坯内壁的等效应变和等效应力均始终大于外壁。模具锥角是影响环坯缩径形状的重要因素。由于模具锥角的改变,使得环坯端部受到的径向压力分量Fr和轴向压力分量Fz随之改变。当模具锥角较小时,径向压力分量Fr要明显大于轴向压力分量Fz,这导致采用小角度锥角的模具时,环坯缩径后往往呈现鼓肚形,当模具锥角较大时,轴向压力分量Fz将大于径向压力分量Fr,因此,采用大角度锥角的模具时,环坯缩径后呈现喇叭口形。通过数值模拟和试验验证的手段得出,当模具锥角在50°左右时,环坯可以获得较好的液压缩径效果。
【文章来源】：锻压技术. 2020,45(07)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
护环液压缩径工艺原理图
环坯在液压缩径变形过程中的受力状态如图2所示。首先液压缩径时，在液压机的作用下，密封上模、密封下模会与环坯上、下外端部发生接触，形成接触带。接触带上需保持一定的接触应力N以保证密封。在实际生产过程中，一般接触应力N与液体外压P之间满足N≥3P[2]。随着超高压液体进入超高压型腔，环坯在均布的液体外压P的作用下发生缩径变形。缩径变形时，环坯和密封上模、密封下模之间会存在相对运动。因此，环坯接触带上会受到一定的摩擦力τ，τ=μN，μ为摩擦系数。液压机所施加的力F通过模具作用于环坯接触带上。若将F沿径向和轴向两个方向分解，可以得到径向和轴向压力分量Fr和Fz。若将接触带上所受应力进行分解，可得径向和轴向应力σr和σz。在接触带上选取任意斜微分面，且与z轴、r轴交于A、B，其中，r、z分别表示径向和轴向方向。这样，斜微分面就与坐标轴构成一个微小单元OAB，如图2所示，其中α为模具锥角。设斜微分面AB的外法线方向为T，其方向余弦分别为m和n，即m=cos(T,r);n=cos(T,z)。若斜微分面AB的面积为d A，微分面OA、OB的面积分别为d Ar、d Az，则:
采用Marc.Mentat软件，建立护环液压缩径有限元模型。护环环坯尺寸为Φ1106/Φ884 mm×762 mm，接触带高度为5 mm。由于环坯为轴对称筒形零件，因此，可建立二维轴对称模型。对几何模型划分四节点四边形网格，网格大小约为18 mm×5 mm。对环坯端头进行了网格局部细化，网格大小约为4.5 mm×1.5 mm。最终网格总数为1152个。根据护环液压缩径工况，设定其边界条件，如图3a所示。在环坯1/2高度节点处施加位移约束，使这些节点轴向位移为零。环坯外壁施加线性增加的均布液体外压(P=1 MPa/步)。在接触带上施加接触应力N，并使N=3P。此外，在接触带上的施加摩擦力τ，摩擦系数设为0.12。对网格进行材料特性定义，材料模型为弹塑性各向同性类型，弹性模量为210 GPa，应力-应变关系如图3b所示。2 试验结果
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂稀有金属在二次电池中的应用[J]. 梁媛,赵景腾,韩志杰,尉海军. 稀有金属. 2019(11)
[2]3A21铝合金锥形件旋压成形工艺[J]. 杨文华,廖哲,郝花蕾,郝爱国,吉卫. 锻压技术. 2019(10)
[3]护环液压胀形加载路径优化设计方法[J]. 赵石岩,严智航,李娜,王晓晶,李晓雨. 塑性工程学报. 2019(03)
[4]Mn18Cr18N奥氏体不锈钢的压缩拉伸连续加载变形行为[J]. 李飞,张华煜,何文武,陈慧琴,郭会光. 金属学报. 2016(08)
[5]微小型薄壁内沟槽铜管旋压缩径数值模拟[J]. 许泽川,李勇,潘敏强,汤勇. 塑性工程学报. 2009(05)
[6]外压成形试验装置及成形特征研究[J]. 刘钢,苑世剑,阴雪莲,苗启斌. 材料科学与工艺. 2006(01)
[7]管件外压成形的数值模拟及屈曲特征分析[J]. 刘钢,阴雪莲,苑世剑. 哈尔滨工业大学学报. 2006(02)
硕士论文
[1]Mn18Cr18N钢冷变形力学行为与强化参数研究[D]. 李飞.太原科技大学 2016
[2]大型护环液压胀形的加载路径研究[D]. 董立三.燕山大学 2013
[3]Mn18Cr18N护环外补液胀形参数可行域研究[D]. 靳兵花.燕山大学 2011
本文编号：3100047
【文章来源】：锻压技术. 2020,45(07)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
护环液压缩径工艺原理图
环坯在液压缩径变形过程中的受力状态如图2所示。首先液压缩径时，在液压机的作用下，密封上模、密封下模会与环坯上、下外端部发生接触，形成接触带。接触带上需保持一定的接触应力N以保证密封。在实际生产过程中，一般接触应力N与液体外压P之间满足N≥3P[2]。随着超高压液体进入超高压型腔，环坯在均布的液体外压P的作用下发生缩径变形。缩径变形时，环坯和密封上模、密封下模之间会存在相对运动。因此，环坯接触带上会受到一定的摩擦力τ，τ=μN，μ为摩擦系数。液压机所施加的力F通过模具作用于环坯接触带上。若将F沿径向和轴向两个方向分解，可以得到径向和轴向压力分量Fr和Fz。若将接触带上所受应力进行分解，可得径向和轴向应力σr和σz。在接触带上选取任意斜微分面，且与z轴、r轴交于A、B，其中，r、z分别表示径向和轴向方向。这样，斜微分面就与坐标轴构成一个微小单元OAB，如图2所示，其中α为模具锥角。设斜微分面AB的外法线方向为T，其方向余弦分别为m和n，即m=cos(T,r);n=cos(T,z)。若斜微分面AB的面积为d A，微分面OA、OB的面积分别为d Ar、d Az，则:
采用Marc.Mentat软件，建立护环液压缩径有限元模型。护环环坯尺寸为Φ1106/Φ884 mm×762 mm，接触带高度为5 mm。由于环坯为轴对称筒形零件，因此，可建立二维轴对称模型。对几何模型划分四节点四边形网格，网格大小约为18 mm×5 mm。对环坯端头进行了网格局部细化，网格大小约为4.5 mm×1.5 mm。最终网格总数为1152个。根据护环液压缩径工况，设定其边界条件，如图3a所示。在环坯1/2高度节点处施加位移约束，使这些节点轴向位移为零。环坯外壁施加线性增加的均布液体外压(P=1 MPa/步)。在接触带上施加接触应力N，并使N=3P。此外，在接触带上的施加摩擦力τ，摩擦系数设为0.12。对网格进行材料特性定义，材料模型为弹塑性各向同性类型，弹性模量为210 GPa，应力-应变关系如图3b所示。2 试验结果
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂稀有金属在二次电池中的应用[J]. 梁媛,赵景腾,韩志杰,尉海军. 稀有金属. 2019(11)
[2]3A21铝合金锥形件旋压成形工艺[J]. 杨文华,廖哲,郝花蕾,郝爱国,吉卫. 锻压技术. 2019(10)
[3]护环液压胀形加载路径优化设计方法[J]. 赵石岩,严智航,李娜,王晓晶,李晓雨. 塑性工程学报. 2019(03)
[4]Mn18Cr18N奥氏体不锈钢的压缩拉伸连续加载变形行为[J]. 李飞,张华煜,何文武,陈慧琴,郭会光. 金属学报. 2016(08)
[5]微小型薄壁内沟槽铜管旋压缩径数值模拟[J]. 许泽川,李勇,潘敏强,汤勇. 塑性工程学报. 2009(05)
[6]外压成形试验装置及成形特征研究[J]. 刘钢,苑世剑,阴雪莲,苗启斌. 材料科学与工艺. 2006(01)
[7]管件外压成形的数值模拟及屈曲特征分析[J]. 刘钢,阴雪莲,苑世剑. 哈尔滨工业大学学报. 2006(02)
硕士论文
[1]Mn18Cr18N钢冷变形力学行为与强化参数研究[D]. 李飞.太原科技大学 2016
[2]大型护环液压胀形的加载路径研究[D]. 董立三.燕山大学 2013
[3]Mn18Cr18N护环外补液胀形参数可行域研究[D]. 靳兵花.燕山大学 2011
本文编号：3100047
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