管头缩口工艺过程的数学模拟

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1、<模具工业>2008年第34卷第7期27管头缩口工艺过程的数学模拟李晋l’王振2，武良臣3(1．周口师范学院物理与电子工程系，河南周口466000；2．商丘职业技术学院，河南商丘476000；3．河南理工大学机械与动力工程学院，河南焦作454000)摘要：按规定半径的刚性凸模模拟管头缩口数学模型，给出球形管头成形过程中应力变形状态数值计算的一些结果和数值图，分析数值计算结果并作出假设，利用塑性流动理论，在这个假设的基础上建立非线性材料球形运动边缘问题的解析解，为完善管件缩口工艺过程奠定了理论基础。关键词：管头缩口；轴对称；塑性变形；应力分布中图分类号：麟．2文

2、献标识码：B文章编号：1001—2168(2008)cr7—0027一c14Mathematicalsimulationontheproce鹦ofpipeheadmcl【i】【lgdownU砒W黼及啪2，wUm嫩hen3(1．De阳mI嘲】tofPI嘶csandElec臼．or此ElⅫgir脱血lg，压oukouNDmlalI『niversi够，孙oukou，He尬n466000，CIlil】a；2．shaTl鹳iuV6ca劢mlandTechmcalCoUege，乳国11鹊iu，He尬n476000，Chim；3．sch00lofMecI】anicsandP

3、ow盯EIlgi璀枷，He舱nPo№clHlicI『nive商锣，Jiaoz∞，Hemn454000，C}liIla)Ab!；h嘲：Amatbema垃calmOdelf6rat)，1)eofpipeI-唿dI七ckillgdownwases诅bliS_f潮accOrdillgt0ammus-specifil酣rigidmledie．Thenumeri∞l、，aIu船wt此ha把坨levanttomes臼=e豁出如nm石onstated疵19mefo曲i呕proce豁ofSphericalpipehead舱ckillgdownw豇eg咖．趾teranam啊sis

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5、圆筒形或管状坯件，通过球头缩口模具将其口部缩小成球形形状的一种成形工艺。这种缩口工艺的特点是毛坯的变形部分在切向和径向压力共同作用下直径逐渐变小，壁厚增加，因此在缩口过程中，变形部分因失稳而起皱是主要问题。试验证明，引起失稳的因素很多，如管壁的厚度、管件的材料种类、变形量、变形速度、模具结构及表面质量等。而失稳的根本原因是变形部分所受的复杂应力。变形部分所受应力的大小、方向与模具结构和变形速度有很大关系。对变形区域收稿日期：2008一01—240基金项目：河南省科技攻关项目资助(041110l伽)。作者简介：李晋(1965一)，男，河南项城人，副教授，研究方向

6、为机械制造成形工艺、齿轮制造与设备。地址：河南周口市七一路东段31号周口师范学院物理与电子工程系，(电话)13849406729，(电子信箱)l抽l@出叫．echl．a【lo应力和速度研究可有助于变形工艺和模具结构的完善，从而提高产品的质量和生产效率。现针对轴对称管形结构头部球形变形过程进行分析，研究变形部分的应力分布和材料变形速度情况，通过图解和数学模拟揭示其变形规律。2零件结构与工艺过程分析图1所示为模拟的零件结构示意图，为薄壁(1—2m)轴对称管形结构，一端为半球形结构，另一端为开口结构。由于工件缩口系数较小，缩口时采用内外支承缩口模就可完成缩口。以下分

7、析缩口时变形材料应力分布及速度变化规律。2．1工艺过程模型图2所示为圆形坯件(管件)缩口工艺过程示意图。把长度L，内径R，，外径R：的管件(见图1)放置在模具中。压力机的推杆以速度口’缓慢推动坯件，同时给坯件端面施加压力P。为了防止坯件失稳。在<模具工业>2008年第34卷第7期图1零件图图2管件缩口变形图变形过程中使用结构件4和5作为模具内支承，起辅助作用。2．2坐标系与曲线方程的建立图2所示的变形图，在欧拉坐标系中，1轴为毛坯运动方向；2轴为工件径向方向与l轴垂直；3轴分别与1和2垂直；r轴为球径方向；口为截面角。假设研究的变形材料质地均匀且不可压缩，变形

8、材料的运动缓慢，重力和惯性力忽略不计，