管頭縮口工藝過程的數(shù)學(xué)模擬

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1、<模具工業(yè)>2008年第34卷第7期27管頭縮口工藝過程的數(shù)學(xué)模擬李晉l’王振2，武良臣3(1．周口師范學(xué)院物理與電子工程系，河南周口466000；2．商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南商丘476000；3．河南理工大學(xué)機(jī)械與動力工程學(xué)院，河南焦作454000)摘要：按規(guī)定半徑的剛性凸模模擬管頭縮口數(shù)學(xué)模型，給出球形管頭成形過程中應(yīng)力變形狀態(tài)數(shù)值計算的一些結(jié)果和數(shù)值圖，分析數(shù)值計算結(jié)果并作出假設(shè)，利用塑性流動理論，在這個假設(shè)的基礎(chǔ)上建立非線性材料球形運動邊緣問題的解析解，為完善管件縮口工藝過程奠定了理論基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：管頭縮口；軸對稱；塑性變形；應(yīng)力分布中圖分類號：麟．2文

2、獻(xiàn)標(biāo)識碼：B文章編號：1001—2168(2008)cr7—0027一c14Mathematicalsimulationontheproce鸚ofpipeheadmcl【i】【lgdownU砒W黼及啪2，wUm嫩hen3(1．De陽mI嘲】tofPI嘶csandElec臼．or此ElⅫgir脫血lg，壓oukouNDmlalI『niversi夠，孫oukou，He尬n466000，CIlil】a；2．shaTl鸛iuV6ca勱mlandTechmcalCoUege，乳國11鵲iu，He尬n476000，Chim；3．sch00lofMecI】anicsandP

3、ow盯EIlgi璀枷，He艙nPo№clHlicI『nive商鑼，Jiaoz∞，Hemn454000，C}liIla)Ab!；h嘲：Amatbema垃calmOdelf6rat)，1)eofpipeI-唿dI七ckillgdownwases詛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嘔proce豁ofSphericalpipehead艙ckillgdownw豇eg咖．趾teranam啊sis

4、ontllecalcllla缸ngrE爆ultsand玎um蒯cal鯽ph，asupposition、ⅣasmadeaIldana冊l姬csolu曲nba鮐donplas廿cflowtheorywasobta址dtllatcaIlsolve吐鹼spIlericaI塒【060nedgeprDblemofl的nIiIlearprop鋤esIna劬1．1殛ywo柑s：pipeh隱dnecl【i119down；衲l甾r(nóng)Ⅱmlet眄；plas廿cdl鱈wn扭曲n；diStribu石onofstressl引言在沖壓工藝中。管口球形縮口工藝是最常用的技術(shù)。它是將預(yù)先加工好的

5、圓筒形或管狀坯件，通過球頭縮口模具將其口部縮小成球形形狀的一種成形工藝。這種縮口工藝的特點是毛坯的變形部分在切向和徑向壓力共同作用下直徑逐漸變小，壁厚增加，因此在縮口過程中，變形部分因失穩(wěn)而起皺是主要問題。試驗證明，引起失穩(wěn)的因素很多，如管壁的厚度、管件的材料種類、變形量、變形速度、模具結(jié)構(gòu)及表面質(zhì)量等。而失穩(wěn)的根本原因是變形部分所受的復(fù)雜應(yīng)力。變形部分所受應(yīng)力的大小、方向與模具結(jié)構(gòu)和變形速度有很大關(guān)系。對變形區(qū)域收稿日期：2008一01—240基金項目：河南省科技攻關(guān)項目資助(041110l伽)。作者簡介：李晉(1965一)，男，河南項城人，副教授，研究方向

6、為機(jī)械制造成形工藝、齒輪制造與設(shè)備。地址：河南周口市七一路東段31號周口師范學(xué)院物理與電子工程系，(電話)13849406729，(電子信箱)l抽l@出叫．echl．a(chǎn)【lo應(yīng)力和速度研究可有助于變形工藝和模具結(jié)構(gòu)的完善，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率?，F(xiàn)針對軸對稱管形結(jié)構(gòu)頭部球形變形過程進(jìn)行分析，研究變形部分的應(yīng)力分布和材料變形速度情況，通過圖解和數(shù)學(xué)模擬揭示其變形規(guī)律。2零件結(jié)構(gòu)與工藝過程分析圖1所示為模擬的零件結(jié)構(gòu)示意圖，為薄壁(1—2m)軸對稱管形結(jié)構(gòu)，一端為半球形結(jié)構(gòu)，另一端為開口結(jié)構(gòu)。由于工件縮口系數(shù)較小，縮口時采用內(nèi)外支承縮口模就可完成縮口。以下分

7、析縮口時變形材料應(yīng)力分布及速度變化規(guī)律。2．1工藝過程模型圖2所示為圓形坯件(管件)縮口工藝過程示意圖。把長度L，內(nèi)徑R，，外徑R：的管件(見圖1)放置在模具中。壓力機(jī)的推桿以速度口’緩慢推動坯件，同時給坯件端面施加壓力P。為了防止坯件失穩(wěn)。在<模具工業(yè)>2008年第34卷第7期圖1零件圖圖2管件縮口變形圖變形過程中使用結(jié)構(gòu)件4和5作為模具內(nèi)支承，起輔助作用。2．2坐標(biāo)系與曲線方程的建立圖2所示的變形圖，在歐拉坐標(biāo)系中，1軸為毛坯運動方向；2軸為工件徑向方向與l軸垂直；3軸分別與1和2垂直；r軸為球徑方向；口為截面角。假設(shè)研究的變形材料質(zhì)地均勻且不可壓縮，變形

8、材料的運動緩慢，重力和慣性力忽略不計，