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    鋼管蘇式模空拔過程的計算機

    2019-05-07   來源:   點擊數:0次 選擇視力保護色: 杏仁黃 秋葉褐 胭脂紅 芥末綠 天藍 雪青 灰 銀河白(默認色)   合適字體大小:
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     中國鋼管信息港多出鮮活生動的報道:不同載荷步下相貫區應力分布由于三通相貫區幾何結構不連續導致應力集中,使得其往往在相貫線處首先發生破壞,成為整個結構的最危險部位,因而是我們重點研究的區域。-10為等徑三通相貫線處內、外壁的Mises等效應平面內拐角處屈服,隨后整個外壁幾乎同時進入達到塑性狀態,而這時內壁的大部分還處于彈性區,這與等徑三通相同。極限壓力下異徑三通同樣是相貫線內外壁都進入屈服狀態,形成塑性鉸。
      
      用非常普遍的鋼管拔制方式之一,其特點是不采用內芯棒,外模變形區呈圓錐形。受傳統理論的限制,盡管蘇式模空拔方式應用十分普遍,但對其變形過程仍缺乏系統深入的認識,致使生產中常發生一些問題,如尺寸難于控制、鋼管出現縱裂和表面橫裂等本文作者用先進的計算機模擬技術代替傳統的方法,對這種拔制方式進行了95次各種工藝參數下的計算機模擬分柝在此基礎上,得到了各主要參數的數學模型,進而分析了生產中常見問題的成因和相應的控制方法總表T――拔模錐角;夂一一延伸系數;――摩擦系數1模擬方案及建模模擬方案的制定過程及建模方法在中己有介紹鋼管材質為ck15軟件為美國的大型有限元模擬軟件MSC*MARC硬件采用惠普公司雙中央處理器微機工作站。有限元模擬計算采用軸對稱模型,共進行了95次模擬實驗具體模擬條件參數為:人=1. 1.67,0.03~ 2空拔變形過程的分析對兩個具體模擬實例進行了分析。模擬實例1將(4 8mm的鋼管置于模孔為3mm維角為13*的拔模內拔制,拔后鋼管尺寸為O29.49爪心<7.47爪叫模擬實例2將(-0爪心<2爪爪的鋼管置于模孔為70mm錐角為17的拔模內拔制,拔后鋼官尺寸為中國鋼管信息港多出鮮活生動的報道:O534mmK212mm具體參數見表1參數模擬實例鋼管入口直徑/mm模鋼管入口壁厚/mm擬拔模模孔直徑/mm條拔制速度/m.mill-件摩擦系數拔模錐角/(°鋼管出口直徑/mm鋼管出口壁厚/mm模擬結果平均拔制應力/MPa最大軸向應力/MPa最大周向應力/MPa拔模承受最大壓力/MPa最大周向殘余應力/MPa最大塑性應變量平均塑性應變量2.1鋼管出口尺寸的變化模擬結果驗證了生產過程中實際存在的兩個現象:①厚壁管拔制后壁厚減小,薄壁管拔制后壁厚大;②空拔后鋼管出口處直徑略小于模孔直徑這兩個現象的有關機理己有論述,在此不再探討。對各種參數下的多次模擬結果進行處理,得到鋼管出口處尺寸變化規律的數學模型用這些模型可以準確預測鋼管的出口直徑和壁厚,從而可以對鋼管成品尺寸進行嚴格控制2.2變形區形狀從模擬結果可以看出,鋼管的塑性變形主要集中發生在兩個區域:一個是鋼管與拔模的咬入區;另一個是錐角過渡區特別是鋼管外表面的變形更是如此在上述兩個區域之間還存在一個近似剛性變形的區域由于鋼管內表面為自由面,始終存在一定量的變形在咬入區,鋼管的內表面承受壓縮變形,在過渡區又承受拉伸變形,這種交替的變形方式可能造成鋼管的內表面皺折,使表面質量降丨低通過分析變形區可以控制鋼管內表面發生皺折的趨勢鋼管被咬入前和進入定徑帶之后,均存在非接觸變形區這一非接觸變形區是造成鋼管出口直徑小于模孔直徑的根本原因2.3軸向應力分布顯然,在定徑區及鋼管拔出后,拔制方向的軸向應力沿鋼管壁厚呈不均勻分布狀態:鋼管的外表面為強拉應力區,而內表面為壓應力區。這是由于鋼管內表面為自由面,外表面則與拔模接觸,因而外表面承受了比內表面更高的縱向流動阻力,致使鋼管斷面上金屬縱向流動不均勻。最大拉應力出現在定徑區鋼管外表面,當該應力超過某一臨界值時,鋼管外表面將產生橫向裂紋這從力學角度上給出了空拔時鋼管外表面易產生橫裂缺陷的根本原因。防止空拔時鋼管表面出現橫向裂紋的根本措施之一是通過選取合理的工藝參數,使軸向最大拉應力低于材料的臨界值為此,在大量模擬實驗的基礎上,作者給出了軸向最大拉應力模型。此模型可用來預測各種工藝條件下的軸向最大拉應力值。另外還觀察到,在變形區任意斷面上軸向應力均呈現出極不均勻的分布狀態。可見,傳統的簡單解析法所作的平截面假設與實際情況存在很大差距,這也是初等解析公式(或相關的經驗公式)的局限性所在。
      
      2.4周向應力分布拔制時鋼管周向應力的分布與軸向應力分布相似,最大周向拉應力出現在定徑區鋼管外表面,當該應力超過某一臨界值時,鋼管表面將產生縱向裂紋拔制后,這種因金屬周向流動不均勻而產生的周向應力不均勻現象仍無法消除。模擬結果顯示,拔制后鋼管外表面仍呈強殘余拉應力,而內表面則為殘余壓應力。如果不及時退火,在某些因素的誘導下,強殘余拉應力可能導致鋼管產生縱裂這從力學角度給出了空拔時鋼管易產生縱裂的根本原因。防止空拔時鋼管縱裂的根本措施之一是通過選取合理的工藝參數,使周向最大殘余拉應力低于材料的臨界值。
      
      在大量模擬分析的基礎上,作者給出了周向最大拉應力模型和周向最大殘余應力模型可用這些模型來控制鋼管縱向裂紋和拔后縱裂缺陷的發生在鋼管與拔模咬入處,金屬承受強周向壓應力,特別是薄壁管,整個斷面均呈壓應力,這種壓應力可能導致鋼管端面變形失穩,致使鋼管凹陷由于薄壁管的剛度差,臨界失穩壓應力較小,因此拔制時必須考慮失穩問題通過控制咬入處的周向壓應力值,可以避免鋼管失穩。
      
      5徑向應力分布由于咬入區和錐角過渡區呈高徑向壓應力狀態,因此在這兩個區域模具磨損最快。通過優化工藝參數和模具形狀,可以減少這種區域性不均勻磨損,從而提高模具壽命。
      
      6塑性應變分布塑性應變在鋼管斷面上亦呈不均勻分布由于鋼管的內表面為自由面,金屬流動時不受限制,所以其塑性應變較大,如模擬實例1最大塑性應變為0.58,而斷面上的平均塑性應變為0. 50正是空拔過程中這種斷面塑性應變的不均勻性導致了空拔工藝的一些特殊問題,特別是上面己經討論過的鋼管的橫裂和縱裂問題受這些因素的限制,空拔過程不可能達到較高的延伸系數,其改進方法是采用帶芯棒拔制工藝,使鋼管內表面和外表面同時受到工具的約束,則斷面上變形趨于均勻換一個角度講,由于空拔時鋼管內表面處金屬可以自由流動,因此可采用較小的拔制力,這有利于節能和降低模具的消耗3各主要參數的數學模型及其影響因素3.1各主要參數的數學模型逐步回歸法得到了最大軸向應力、最大周向應力、最大殘余周向應力、最大塑性應變、平均塑性應變平均拔制應力、拔模最大壓力、拔制過程壁厚變化率及鋼管出口直徑減縮率等數學模型。模型分正向求解和反向求解兩種情況正向求解是以鋼管入口尺寸為己知條件,出口尺寸為未知條件。反向求解則相反以最大軸向應力為例,選用的模型如下:993,顯著性檢驗值為1518屬于高度相關,高度顯著2主要影響因素用上述模型可定量分析表1中某個條件參數對任一個效果參數的影響規律從而進行優化在回歸過程中,實際上考慮了各種條件參數,但經逐步回歸僅選出了延伸系數和拔模錐角兩個參數這說明影響最大軸向應力的因素主要是延伸系數和拔模錐角,其它參數的影響均可忽略。因此,防止鋼管出現橫裂的主要措施之一是選好延伸系數和拔模錐龜3.2. 1延伸系數給出了延伸系數對主要效果參數的影響。
      
      ①延伸系數越大,平均拔制應力(出口處平均軸向應力)越大;最大軸向應力、最大周向應力和最大殘余周向應力隨延伸系數的加呈雙峰曲線分布;③隨著延伸系數提高,拔模承受的最大壓力亦呈現與上述情況類似的分布從以上分析可知,鋼管的軸向應力和周向應力因拔制時變形不均勻而呈現出明顯的不均勻分布。當延伸系數較小時,隨變形量大,最大軸向應力和最大周向應力加延伸系數越小,變形越不充分,變形不均勻現象越嚴重。隨著延伸系數大,變形不均勻狀態逐步緩和,最大軸向應力和最大周向應力反而有所下降延伸系數在1.15~ 1.25之間時,最大軸向應力和最大周向應力出現第一個峰值。隨著延伸系數進一步大,最大軸向應力和最大周向應力又開始上升。在延伸系數1.35~ 1.40之間時,最大軸向應力和最大周向應力出現低谷值因此在設計拔制工藝時,應避開兩個峰值區,盡量設計在延伸系數為1.351.40的低谷值區,這樣可以有效防止橫裂及縱裂的發生。顯然,傳統上僅通過減小延伸系數來控制橫裂及縱裂的做法是走入了一個誤區就作者所知,目前生產廠普遍采用的拔制工藝的延伸系數正好選在1.15-1.25的峰值區,盡管該延伸系數己經較低,但仍不能避免橫裂和縱裂的發生,而有時單道次延伸系數較高卻并不會產生裂紋本研究結果對這種現象給予了合理的解釋20~1.25時,拔模承受的最大壓力達到峰值。此時變形主要集中在咬入區和過渡區,拔模承受的壓力極不均勻,局部磨損明顯,模具壽命并不因延伸系數較低而有所提高,反而可能會降低在延伸系數1.40左右時,拔模承受的最大壓力處于低谷值,此時盡管平均拔模壓力較高,但因分布較均勻,模具磨損也較均勻,壽命應較長3.2.2拔模錐角拔制錐角對主要效果參數的影響規律為:①隨著拔模錐角大,鋼管的不均勻變形程度加大,最大軸向應力加;隨著拔模錐角大,鋼管的變形區長度縮短,平均拔制應力略有下降;*拔模錐角對其它效果參數影響不大15*較合適3.2.3鋼管斷面特性和摩擦系數鋼管斷面特性的影響可以通過參數D/T來考察在延伸系數等其它條件相同時,隨著D/T大,最大軸向應力和最大周向應力略有下降,平均拔制應力略有上升,最大拔模模壓明顯上升。也就是說,在相同拔制條件下,薄壁管拔模承受更不均勻的模壓,模具局部磨損更快,產生裂紋缺陷的可能性更大因此拔制薄壁管時應取低一些的延伸系數。中國鋼管信息港多出鮮活生動的報道
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