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1、厚壁筒翻孔成形的理论与实验研究第37卷第4期2006年7月太原理工大学JOURNAL0FTAIYUANUNIVERSITYOFTECHN0LOGYVo1.37No.4July2006文章编号:1007—9432(2006)04—0437—03厚壁筒翻孔成形的理论与实验研究张雅琴,王冰,刘建生(1.太原科技大学化学与生物工程学院,山西太原030021;2.太原科技大学材料科学与工程学院,山西太原030024)摘要:采用有限元数值模拟与实验研究方法,模拟分析了厚壁筒体翻孔工艺过程材料塑性变形规律及特点,研究了不同温度条件下工件预加工孔型,孔
2、径等对厚壁接管成形尺寸的影响.研究结果表明,模拟与实验结果一致,当预加工孔型为反锥型且平均孔径为11II1ln时,厚壁筒体翻孔后的接管尺寸符合要求关键词:厚壁筒体;翻孔中图分类号:TG3O2文献标识码:A核电压力容器具有尺寸大,壁厚,质量要求严格等特点,其侧壁要留有用于所需管路联接的接管,目前国内通常采用焊接方法实现n],其它的接管成形方法未见报道.实际上翻孔工艺是板料成形中一种常用的内孔及凸缘成形方法,该凸缘与接管相类似,国内有过对薄壁件翻孔,预冲孔形状等的研究_2].国外则主要采用压制或焊接工艺来成形接管部分_4],日本Kumaga
3、in.T就从冲头形状对翻孔成形的影响角度对翻孔成形特征进行了分析,但厚板料均不超过10mm的厚度_6].作者在对厚壁简体热翻孔工艺方案,变形机制及主要影响因素研究的基础上],采用实验研究和数值模拟的方法,对核电厚壁筒体接管热翻孔主要工艺参数进行了研究.1翻孔工艺研究模型1.1实验方案由于核电简体尺寸较大,本文选用1:20模型进行实验研究.工件材料选用Q235A钢,筒体壁厚为20mm,凸模直径d一36mm,凹模中心孔径d一70mm,实验装置如图1所示.实验中工件的预加工孔型为圆柱形和圆锥形两种,其中圆柱形孔径分别取8mm,01omm和01
4、2mm,加热温度为800℃,900℃,1000℃,不同温度下各做三组-1].圆锥孔型有正锥和反锥两种,正锥孔径分别为l=10mm,dIn1—6mm;】【2—10mm,di2=8mm;di3—12mm,di3—8mm;反锥孔径为l一10mm,dIn1—6mm;d】【2=10mm,dm一8mm;d.3—12mm,di3—8mm和dma"一12mm,di4=10mm.】20~图1厚壁简体热翻孔实验装置1.2计算模型以1:2O模型为对象,采用DEFORM3D软件进行计算机模拟.考虑对称性,工件与模具均取1/4部分进行研究.计算条件初始温度:工件
5、800℃,900℃和1000℃,模具200℃;材料模型:采用AISI-1015钢热力模拟试验曲线;冲头压入速度为10mm/s;摩擦系数为0.3r2].收稿日期:2005—03—03基金项目:山西省自然科学基金资助项目(2006031126)作者简介:张雅琴(1965一),女,硕士,副教授,(Te1)0351—6938345,13994265072,(E-mail)zyq6938345@163.corn438太原理工大学第37卷0.10.20.30.40.50.60.7圈2AISI一1035钢高温应力与应变曲线2实验与模拟结果分析为便于评
6、价接管成形后的尺寸,确定如图3所示的参数进行测量,其中h,为成形高度,h为变薄前高度,为h位置接管最小厚度.并根据测量结果,确定优化的翻孔工艺参数,即能达到或最接近筒体接管的实际要求值(^=15mm,一7.5ram).圈3翻孔成形后示意图2.1圆柱形预JjD-r孔表】圆柱形预加工孔翻孔后结果hf/mmh,./mm3/mm3/hTrcd/mm实验模拟实验模拟实验模拟实验模拟821.522l6l76.96.70.460.4458001019.82016.5167.37.10.4870.473l222l8l6.5148.07.30.58252
7、l2O.5l7.236.36.70.420.445900lO23.520l8l67.6670.50.467l222l9l5l4.127.17.240.47382423l8l86.16.80.4060.453l000lO2l2016.8l67.57.20.50.48122119.2O14.3147.87.80.5240.536注:的取值.当≥1mm时取为15mm;当d≥7.5mm时取为7.5mm;如果h<15同时d<7.5mm时,3/h值不做考虑,记为～.实际要求h一15mm,d=7.5mm,所以3/h为0.5,如果二者均符合
8、要求记为0.5,越靠近0.5越好.从表l可以看到随着预加工孔径的增加,翻孔高度基本是逐渐减小而最小壁厚呈现增加趋势.同时变形温度越高,成形出的接管高度和壁厚越接近实际要求,除个别点外实验与数值模拟误差很小]
