冷顶推弯管工艺精Word文档格式.docx

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,。

此外

弯曲时管坯在型腔内还受

图1

收稿日期:

1997—01—16

（a）水管弯头　（b）冷顶推弯管示意图11冲头　21导向套　31管坯　41型腔模

25229August1986:

327～332Gothenburg

4　SugimotoM,MuramatsuTandKawashimaN.Anelastic-plasticanalysisofU2bendingasamovingcontactproblem.Ad2vancedtechnologyofplasticity,1990（3）

5　LishangjianandZhongJianghong.Theanalysisofplain2strain

bendingprocess,Advancedtechnologyofplasticity.1993-Pro2ceedingofthefourthinternationalconferenceontechnologyofplasticity.

6　CliftSE,HartleyPHandSturgessCENetal.Fracturepre2.,1990dictioninplasticdeformationprocess.Int.J.Mech.Sci32:

1～17

7　LuoZJ,JiWHandGuoNCetal.Aductiledamagemodeland

itsapplicationtometal-formingprocesses.Journalofmaterials

　　求解有限元方程这一大型的非线性方程组的迭

代收敛性问题是困挠有限变形弹塑性有限元隐式算法的主要问题,单元的类型、初始位移场的确定、边界条件的处理等极大地影响着隐式算法的收敛性。

本文通过正确地建立棒料弯曲成形分析的弹塑性有限元数学模型,揭示了棒料弯曲成形的特性,较好地解决了棒料弯曲成形弹塑性有限元分析隐式算法的迭代收敛性问题。

参考文献

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-formingofAOO-Hsteel:

nonhomogeneousdeformation.

～99Theoreticalandappliedfracturemechanics,199014:

81

冷顶推弯管工艺——李家兴33

到模腔的摩擦力作用（也是压应力）,因此,使被弯管件的应变中性层位置发生了较大变化。

2　管子弯曲受力与变形的分析211　缠绕式弯管

2.08,由理论计算和其中性层长度为77mm。

当毛坯

管下料长度为82mm时,冷顶推弯曲后符合图纸尺寸要求:

外侧弧长8416mm,伸长量为216mm,外壁微量拉伸,壁厚减薄量小,基本不出现拉裂;

内壁压缩量大,断面几何中性层半径R=52mm（实际应变中性层R′=55.3mm）,中性层向外侧移动313mm。

文献[2]规定,管子冷挤压弯管,在RD>

1.3时,外壁减薄小,管件质量能保证。

这里取RD=2.08>

1.3,是符合变形理论要求的。

312　相对壁厚tD

tD是衡量内侧压应力是否引起塑性失稳而起

其受力与变形分布见图2a,由图可知,中性层外

侧管壁受拉应力,管壁变薄;

中性层内侧管壁受压应力,管壁增厚。

当外侧拉力过大时,外侧会开裂;

当内侧压应力过大时,内侧会产生塑性失稳而起皱。

当外侧拉应力产生的合力F1’和内侧压应力产生的合力

很大时,管子会变扁（截面椭圆度大）。

在此情况F2’

下,若管子材料、弯曲半径及芯棒形状、位置选择不当,被弯管件易出现缺陷而报废

。

皱的主要参数。

由上述冷顶推弯管受力分析知,被弯管外侧受较大压应力,压缩变形程度较大,因而内侧失稳起皱倾向较大。

根据文献[2]推荐,为防止弯管内侧塑性失隐,要求tD≥0.中2511=0.06）,冷顶推制件存在微量起皱,。

由于沟纹、波纹每1～2条,而且沟浅而窄,故一般情况下不影响正常使用。

当采用<

25×

210冷轧无缝管时（tD=0.08）,冷顶推弯曲的水管弯头制件完全消除了折叠沟纹和波纹。

由此可见,使用<

115管（tD=0.06）,tD为推荐值的下限,故稍有材料不均极易

图2

212　冷顶推弯管

出现沟纹和波纹;

而用<

210管,其tD>

0.06,可确保弯管质量。

313　材料的力学性能

力学性能也是影响内侧失稳起皱的一个重要因素,但目前,我们还未见有现成的资料介绍。

为此,我们作了如下探索,结果见表1。

表1　冷顶推弯管力学性能影响

材料

规格

热处理状态

结果和问题当管壁厚≥215时,

45钢<

（112～215）

其受力与变形分布见图2b,可见,被弯管截面

大部分处于压应力状态,只有中性层外侧很小部分处于拉应力状态,且应力值很小,因而外侧管壁变薄很小,不会出现拉裂。

此时,内侧压应力值较大,塑性失稳引起的起皱倾向也较大,如何解决这一问题,是冷顶推弯管能否成功的关键。

若能防止内侧起皱,那么冷顶推弯管的制件,无论是产品的综合力学性能还是外观质量,比缠绕式弯管,均会有较大提高。

3　冷顶推弯管工艺设计

才能完全消除内侧起皱,但模具易磨损、寿命低　　　

20钢20钢

<

115<

115

退火,表面去氧化皮

未退火

内侧有起皱起皱基本消除

根据上述受力与变形状态的分析比较,可以知

道,被弯管外侧开裂与内侧塑性失稳起皱,受管子相对弯曲半径R材料力学性能、管D,相对壁厚tD、

子表面状态和模具润滑条件等因素的影响。

下面根据冷顶推弯管原理,确定其工艺参数。

311　相对弯曲半径RD

RD是衡量管子弯曲时外侧拉应力能否引起开裂的主要参数。

观察图1a示水管弯头,其RD=

　　由上表可见,为防止冷顶推弯管内侧起皱,不能

只靠增加（或减小）机械强度和增加管子壁厚。

对材料既要求有一定塑性便于弯曲成形,也要有一定强度防止起皱,可通过实验确定。

314　材料表面状态

管子表面状态对弯曲内侧起皱也有一定影响。

主要看管坯表面有否氧化皮,有氧化皮管坯弯曲,内侧起皱基本消除。

这是因为氧化皮提高了模具与管

34锻压机械　31997

子内侧的摩擦力,这一摩擦力在变形终结时已变为

拉力,可抵消部分内侧压应力,从而减少内侧起皱的可能性。

但这样模具易磨损、制件表面有划痕,有时还需增加毛坯的一次退火工序。

故不推荐采用此法去皱。

315　顶推力、摩擦力与模具润滑

在实际生产中,冷顶推弯管工艺的顶推力、模膛内摩擦力及润滑状况,对保证工艺的顺利实施和弯管质量至关重要。

其相互关系见表2。

表2　冷顶推水管弯头的最大顶推力和弯管质量

材料及表面状态

20钢冷轧管

图3　冷顶推水管弯头

E—零件出口端　F—与冲头（毛坯）接触端

规格<

210

顶推力（kN）第一件第二件及以后　　　　

15171

37175012731142621833114256169112

弯管质量较好很好尚可,内侧有少量皱纹很好（）（）尚可,有少量皱纹较好

20钢冷轧管（退火、去氧化皮）<

11520钢冷轧管退火45钢无缝管

采用冷顶推弯管工艺的主要优点有:

①制件两

端不需工艺余料,材料利用率100%;

②工序简单、生产率高;

③被弯管件截面椭圆度小,最大椭圆度仅4%;

④弯头外侧壁厚减薄量小序;

5%下降,普通T10A简件;

⑦制件焊接性好。

4　模具结构设计

112<

25115

　　由表中可见,当用45钢无缝管<

115进行顶推弯管时,第一件顶推力为15171kN,而第二件需46112kN,这是第一件尚在模具中,顶推第二件需克服第一件在模内的摩擦力（30141kN）。

由此不难看出,顶推弯曲其变形力与所受摩擦力之比约为12,即变形所需推力不大,而克服制件与模具之摩擦力却需较大推力。

为了提高模具寿命和弯曲制件的表面质量,在管子顶推时需进行润滑,润滑时也能降低模具因冷顶推的热效应引起的温升;

此外,还要注意提高弯曲模膛及毛坯管表面的光洁程度,以减小摩擦。

冷顶推弯曲推荐采用的润滑剂及其效果如表3所示。

表3　冷顶推弯管常用润滑剂

　　润　　滑　　剂

40#～50#机油40#～50#机油+石墨乳

冷顶推弯管工艺需用模具来实现,其顶推弯管模结构如图4所示

润滑效果

图4

较好较好很好

11下模板　21下模定位板　31凹模镶块　41凹模

座　51导套　61导向定位套　71冲头　81冲头固定板　91垫板　101导套定位圈　111上模板　

121模柄　131导柱

皂化液（机油+滑石粉+肥皂）

　　根据上述工艺参数分析,我们对水管弯头进行了冷顶推弯管工艺,弯头的实际尺寸见图3。

其工艺

2

流程如下:

锯床下料（毛坯尺寸80+0）→630kN油压机冷顶推管子弯曲（用弯曲模并涂抹40#机油润滑）→去应力退火（消除残余应力,去油）

这套弯管模设计上有如下特点:

①模具的主要零件是冲头7、导向定位套6、凹模镶块3;

②导向定位套与凹模镶块要求严格同心,要求导向定位套与冲头间配合间隙合理,推荐间隙为0105～0110mm;

③为提高模具寿命、便于更换易磨损件,冲头用T10,凹模镶块用W8Cr4V;

④由于弯曲用主要设备

中频压缩弯管成形研究——余心宏　董秋月　赵小军35

中频压缩弯管成形研究

710072　西安市　西北工业大学　余心宏　董秋月　赵小军

　　摘要　在系统分析中频压缩弯管变形机理的基础上,推导出弯管最大壁厚减薄率、最小相对弯曲半径的计算公式,并提出减小壁厚减薄率、减小相对弯曲半径的主要途径。

Astudyonformingmechanismofcompressed-windingpipeusingmedium-frequencyheat-ing

Basedonanalysingtheformingmechanismofcompressed-windingpipeusingmedium-fre2quencyheating,thecomputingformulasforwallthicknessreductionrateandMin.bendradiusareputforward.Presentthemainchannelstoreducewallthicknessreductionrateandbendradius.

叙词　中频加热　压缩　弯曲　管材

　　弯管广泛应用于机械、石油、化工和电力等工业部门。

随着弯管复杂程度的增大,,。

把感应加热带宽度控制在（115～210）t（t——管壁厚度）,可以有效地限制弯管受压侧的塑性失稳变形,避免弯管受压侧出现波浪折皱,防止椭圆度的增加,这使弯管壁厚减薄率成为控制弯管质量的最重要指标。

本文针对中频加热压缩弯管的变形特点,对其成形机理进行了系统的研究,推导出了壁厚减薄率的计算公式,分析了最大壁厚减薄率与最小相对弯曲半径的关系,对压缩弯管的工艺制定具有一定指导意义。

1

1所示。

管子由

图1　弯管机工作示意图

11液压缸　21后夹头　31支承轮41感应圈　51弯管　61前夹头

活塞通过后夹头2推动,经过两对滚轮3支承导向,穿过瞬间能产生800～900℃高温的感应加热器4后,前端在摇臂作用下,按一定圆弧轨迹边加热,边弯曲,边冷却,最终弯至所需角度。

分析可知,这是一种压缩和弯曲联合作用的超5　结论

（1）冷顶推弯管工艺经工艺实验及较大批量产

1996—09—28

630kN油压机导向精度低,加之弯管时,下模受力

不平衡,易造成上下模错移,从而使冲头、导向定位套拉伤,制件也易报废,因而在模具上设置了导向装置（导套5、导柱13）;

⑤由于弯曲件的要求,模具封闭高度较高,为使模具结构紧凑,将导柱和导套分别置于下模板1和上模板11的表面上,从而可在不增加导套、导柱尺寸的情况下,增加相对导向长度,提高模具的导向精度。

综上所述,我厂水管弯头（图1a所示）在采用冷顶椎弯管工艺生产后,其综合效益有显著提高。

生产周期由6min件降至2min件,生产率提高2倍多;

生产成本由1187元件降至0178元件,年节约成本达8万元。

品生产论证,证明不失为一种行之有效的弯管方法。

（2）与缠绕式弯管相比,弯曲制件的外观质量和力学性能均有较大提高。

（3）该工艺生产效率高、模具寿命长、适合组织大批量生产。

（4）用该工艺弯管工序减少、成本降低、经济效益显著。

1　中国机械工程学会锻压学会编.锻压手册（第2卷）.北京:

机械工

业出版社,1993.

2　王孝培.冲压手册（修订本）.北京:

机械工业出版社,1990.