热推弯管成形过程材料本构模型

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1、成形技术——热推弯管成形过程材料本构模型19热推弯管成形过程材料本构模型250014济南山东建筑工程学院鹿晓阳史宝军100084北京清华大学徐秉业吉林化建公司金属结构厂李奎摘要在热推弯管成形过程实验研究基础上,综合考虑加热温度、应变速率、变形程度、应力状态与含碳量等因素对碳钢弯管成形过程材料力学性能的影响,兼顾准确性和计算简单性建立了碳钢弯管成形过程材料本构模型。Materialconstitutivemodelofaxis-thrusttubebendingBasedonexperimentalresearchofaxis-thrustbendi

2、ngbyconsideringfactors,suchasheat2ingtemperature,strainrate,deformationdegree,stressstateandcarboncontent,whicheffecttomaterialmechanicalpropertyofcarbonsteelduringbending.叙词热推弯管塑性成形本构模型1引言上环向各部位5mm×5mm单元网格(图1a)基本无不同变形条件下材料产生塑性变形的应力强度变化,故此时管坯可视为刚性材料。是不同的。材料产生塑性变形后,应力—应变关系也②进入牛

3、角芯棒变形区的变形阶段。此时,管坯因变形条件不同而有所差异。对金属塑性加工过程通过感应区的一瞬间被加热到700～900℃,在高温进行力学分析,必须根据实际变形条件研究金属力下同时产生较大的弯曲变形和扩径变形。但管坯环学性能、建立相应的材料本构模型。向不同部位金属的变形程度有明显差别。弯管凹边采用中频感应加热在牛角形芯棒上将直管坯一金属变形量最大,原5mm×5mm正方形网格逐渐个接一个推制成弯管的工艺过程,是现有各种弯管变成矩形(图1b)。弯管凸边金属基本不变形,直至工艺中最为经济有效的一种。它可避免传统弯管工推出牛角芯棒弯管凸边正方形网格仍基本保持

4、原有艺成形时管壁凸边受拉减薄、凹边受压增厚而造成的形状和大小(图1a、b),处于弹性变形状态。的弯管壁厚不均现象。并可推制出壁厚均匀的小半径(R≈D)、薄壁(töD≈01015)、回弯头(180°)。这是其他弯管工艺无法实现的。为了研究该工艺金属流动规律、塑性变形机理及其区别于其他弯管工艺的本质特征,进而为各种工艺参数的确定奠定理论基础,通过实验建立弯管成形过程材料本构模型是一项重要的基础工作。2宏观定性分析通常分析金属塑性加工过程,采用刚塑性材料本构模型会给计算带来很大方便。热推弯管成形过程是否可以采用刚塑性材料本构模型描述呢?先分析一下它在不同

5、变形阶段各部位金属的变形。热推弯管成形过程可以分为三个变形阶段:①未进入牛角芯棒变形区的直管坯阶段。此时管坯处于室温下向前推进,只产生弹性小变形。试件图1(a)凹、凸边网格变形情况(b)成形后的弯管收稿日期:1998—03—16③变形后的整形阶段。这时牛角芯棒的曲率半©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net20锻压机械4ö1998径和横截面直径不再发生变化,不再产生新的变形,好的推制弯管质量。由于在这一温

6、度区间碳钢塑性主要是实现高温定形并完成恢复再结晶过程。好,为工艺参数控制和设计带来了方便。因此,为了全面了解热推弯管成形过程中环向(3)变形程度a各部位金属的应力、应变状态及其演化过程,应该采一般认为,当T>T再(再结晶温度)、应变速率E-1-1用弹塑性材料本构模型。<10(s)时,只要真应变(对数应变)大于材料的e最大弹性应变E>Emax,变形程度对材料塑性流动应3基于实验的定量描述力(又称真应力)的影响就可忽略不计。根据热推弯管成形时的工艺条件和有关实验数由于弯管变形时环向不同部位金属的变形程度[1,2]据,综合考虑各种因素的影响建立弯管成形过

7、程差别较大,直至变形结束弯管凸边仍有相当一部分e材料本构模型。材料没有进入塑性状态E

8、dE——应变增量再结晶。从研究变形后弯管金相组织的角度考虑,也dt——时间增量,s不可忽略变形程度的影响。L——试件长度,