金属厚壁管的旋转疲劳弯曲精密下料的研究

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1、试验研究EXPERIMENT＆RESEARCH文章编号：1672－0121（2015）03－0110－04金属厚壁管的旋转疲劳弯曲精密下料的研究景飞，赵升吨，赵仁峰，贲宁宇，蔡厚勇（西安交通大学机械工程学院模具所，陕西西安710049）摘要：针对金属厚管料的下料问题，以自行研发的旋转疲劳弯曲精密下料机为平台，研究了精密下料过程中不同外载荷方式下304不锈钢管的断面质量情况。利用径向循环外载荷管料表面V型槽的应力集中效应，通过控制不同阶段施加给管料的弯曲疲劳外载荷频率值，实现了304不锈钢管的精密下料。通过对实验所加外载频率曲线的设计，进行30

2、4不锈钢管的精密下料实验，得出了下料过程中理想的外载频率曲线———即低频启动高频起裂和裂纹扩展最后再低频断料，用此加载方式获得了良好质量的管料断面，在理想外载频率曲线的基础上研究了不同壁厚管料的下料断面质量情况，并对其断面质量进行了测量和评价。实验结果表明，在文中所提下料工艺的基础上使用所提的外载频率曲线针对不同壁厚的304管料下料均能得到比较好的断面质量。关键词：管材下料；精密下料；金属厚壁管；应力集中；外载频率曲线；断面质量中图分类号：TG386.43文献标识码：ADOI：10.16316/j.issn.1672-0121.2015.03

3、.0311引言2高速旋转弯曲疲劳下料原理金属管材在工业实际中有大量应用。国内目前该新型旋转疲劳弯曲精密下料系统的下料原理图主要是用切割的方法来切断金属管材，但该方法浪如图1所示。费原材料，噪声大，断面毛刺较长[1-3]。采用剪切加工A-A1231A234可改善上述缺点，其无废料损失且生产效率高，特别适合大批量生产，但一般的剪切下料法所生产的毛[4-6]坯变形比较大，不能满足精密成形要求。为提高剪O1O1eO1切下料精度，减小毛坯形变量，带芯棒剪切工艺应用O2O2LO2而生。但该方法仍然会使管料断面产生压塌、撕裂等A缺陷[4-9]。当前针对管料

4、下料工艺研究较少，所以新的图1旋转疲劳弯曲精密下料原理图管料下料工艺和下料机理需进一步探索和完善。1.偏心模具固定盘2.下料模具3.待下管料4.管料固定套文中提出了一种新型的旋转疲劳弯曲精密下料下料机工作前，管料的中心线O2O2与下料模具系统，该系统利用管料表面预制V形槽缺口的应力的中心线相重合且与偏心模具固定盘的中心线集中效应，在循环弯曲载荷的作用下，使V形槽底O1O1平行并保持长度为e的偏心量。开始工作时，偏部萌生裂纹并不断沿径向扩展，最终实现低周疲劳心模具固定盘绕其中心线O1O1自转，并带动下料模低应力精密下料。文中利用所提新系统及工艺

5、，研究具绕O1O1轴公转，公转半径为e，这样便会带动管料了不同外载频率曲线对管料断面质量的影响规律，的加持段做高速弯曲圆周运动，由于管料的另一端获得了下料过程中理想的外载频率曲线，在此外载被管料固定套固定着，这样便会使管料在其加持位频率曲线的基础上研究了不同壁厚的304不锈钢管置到环状V形槽之间的部分（L段）受到弯曲和剪切的下料问题，并对其断面质量进行了测量和评价。实的复合作用力，此复合作用力在V形槽底部产生很期3验表明该系统所采用的下料工艺不仅有高的下料效年第大的应力集中，便能使管料在环状V形槽根部产生15率且能获得高质量的断料。20裂纹，

6、并快速扩展直到断裂。基金项目：国家自然科学基金资助项目（51175413）3新型旋转疲劳弯曲下料系统收稿日期：2014－12－09该旋转疲劳弯曲下料系统包括机械系统和控制作者简介：景飞（1990-），男，硕士在读，主攻机械电子工程系统两大部分，下料系统如图2所示。110EXPERIMENT＆RESEARCH试验研究机械系统控制系统下料模具管料管料固定套图2新型高速旋转弯曲疲劳下料系统图4下料模具与管料固定套筒局部结构图3.1机械系统了管料与下料模具和管料固定套之间的安装关系。新型旋转疲劳弯曲下料系统如图3所示，其机管料的V形槽需放置在管料固定

7、套的右端部截面处。械系统主要由传动机构、旋转弯曲下料机构和管料3.2控制系统固定机构组成。下料机构的控制系统结构如图5所示，主要包括转速控制和音频监测两大部分。其中转速控制部分主要用来调节和控制下料模具转速，上位机发出的模拟信号通过数据采集卡到变频器，通过变频器控制交流异步电机的转速来控制下料模具的转速，进而达到控制施加给管料的外载频率的目的，同时光电传感器将下料模具的转速信息（等同于施加于（a）下料机三维模型管料的外载频率）反馈给上位机，以便进行转速的是实时控制。音频监测部分主要是监测下料过程中下电机主轴模具料模具处的声音频谱的变化，根据频

8、谱分析来判断下料过程中管料的起裂和断裂时间，以实现整个系固定支架统的自动化。光电传感器管料传声器上位机（b）下料机实物图图3管料精密下料试验机PCI-1712高速多