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(dòng)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(jì)算的一些結(jié)果和數(shù)值圖，分析數(shù)值計(jì)算結(jié)果并作出假設(shè)，利用塑性流動(dòng)理論，在這個(gè)假設(shè)的基礎(chǔ)上建立非線性材料球形運(yùn)動(dòng)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(duì)稱；塑性變形；應(yīng)力分布中圖分類號(hào)：麟．2文

2、獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1001—2168(2008)cr7—0027一c14Mathematicalsimulationontheproce鸚ofpipeheadmcl【i】【lgdownU砒W黼及啪2，wUm嫩hen3(1．De陽(yáng)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(guó)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(cè)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(diǎn)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(yàn)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(duì)變形區(qū)域收稿日期：2008一01—240基金項(xiàng)目：河南省科技攻關(guān)項(xiàng)目資助(041110l伽)。作者簡(jiǎn)介：李晉(1965一)，男，河南項(xiàng)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(hào)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(duì)軸對(duì)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(duì)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(shí)采用內(nèi)外支承縮口模就可完成縮口。以下分

7、析縮口時(shí)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(zhǎng)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(dòng)坯件，同時(shí)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)緩慢，重力和慣性力忽略不計(jì)，