機(jī)械擴(kuò)徑工藝和工藝參數(shù)優(yōu)化

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1、機(jī)械擴(kuò)徑工藝和工藝參數(shù)優(yōu)化　　【摘要】:本論文推導(dǎo)橢圓管坯機(jī)械擴(kuò)徑的擴(kuò)徑行程計(jì)算公式。對(duì)管端機(jī)械擴(kuò)徑的變形特征進(jìn)行了研究；同時(shí)研究了擴(kuò)徑率、管坯形狀和尺寸對(duì)機(jī)械擴(kuò)徑成形工藝的影響。為選取最佳的擴(kuò)徑率，達(dá)到最佳的擴(kuò)徑效果提供了計(jì)算方法和途徑，有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值?！娟P(guān)鍵詞】:擴(kuò)徑工藝參數(shù)優(yōu)化鋼管擴(kuò)徑中圖分類(lèi)號(hào)：C35文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A1．鋼管擴(kuò)徑技術(shù)的應(yīng)用擴(kuò)徑是一種用小直徑管坯生產(chǎn)大直徑管材的方法。擴(kuò)徑有兩種方法:壓人擴(kuò)徑和拉拔擴(kuò)徑,壓人擴(kuò)徑法適合于管壁較厚、直徑較粗、長(zhǎng)度較短且長(zhǎng)度與直徑之比不大于10的管材。對(duì)于為了控制內(nèi)徑尺寸精度而進(jìn)行的擴(kuò)徑操作,則可以使

2、用較長(zhǎng)的管坯。為了在擴(kuò)徑后較容易從管坯中取出擴(kuò)徑壓桿,擴(kuò)徑壓桿應(yīng)有一定的錐度,在3m長(zhǎng)度上其直徑相差3mm～4mm。一般情況下,壓人擴(kuò)徑操作在液壓拉拔機(jī)上進(jìn)行。拉拔擴(kuò)徑法適合于較小斷面的薄壁長(zhǎng)管生產(chǎn),可在普通的鏈?zhǔn)嚼浒喂軝C(jī)上進(jìn)行。擴(kuò)徑拉伸方法和特點(diǎn)是:銅合金管材擴(kuò)徑拉伸的方法有壓人擴(kuò)徑法和拉伸擴(kuò)徑法。6(1)壓人擴(kuò)徑法。在油壓機(jī)上將直徑大于管坯內(nèi)徑的芯棒壓人管材內(nèi)部,使管材內(nèi)徑擴(kuò)大,壁厚、長(zhǎng)度減小。該方法適合于大直徑厚壁管材的小批量生產(chǎn)。(2)拉伸擴(kuò)徑法。用拉伸機(jī)將直徑大于管材內(nèi)徑的芯頭拉過(guò)管坯內(nèi)部,使管材內(nèi)徑擴(kuò)大,壁厚、長(zhǎng)度減小。該方法適合于大直徑薄壁

3、管材的生產(chǎn)。在擴(kuò)徑拉伸時(shí),管材軸向受拉應(yīng)力,因此,對(duì)塑性低的合金不宜采用。擴(kuò)徑拉伸是將直徑大于管坯的模芯壓入管材內(nèi)端部,采用壓人法或拉伸法實(shí)現(xiàn)內(nèi)徑擴(kuò)大、壁厚、長(zhǎng)度減小。2．?dāng)U徑工藝原理6根據(jù)外加彎矩的大小,橢圓管的彈塑性變形有以下幾種情況,當(dāng)附加彎矩很小時(shí),橢圓管斷面只發(fā)生彈性變形,當(dāng)附加彎矩增加一定值,橢圓表面發(fā)生彈性變形,但橢圓管的內(nèi)外表面都達(dá)到屈服極限,當(dāng)再增加附加彎矩時(shí),距離中性面一定距離的地方發(fā)生彈性變形,靠近內(nèi)外表面的地方發(fā)生塑性變形,如果附加彎矩繼續(xù)增加,塑性變形的區(qū)域逐步增加,直至中性面也發(fā)生塑性變形。長(zhǎng)軸兩端實(shí)際上是斷面繼續(xù)彎曲增大曲率

4、的過(guò)程,斷面中性面以上處于受拉狀態(tài)、中性面以下處于受壓狀態(tài),長(zhǎng)軸兩端中性面以上軸向方向處于受壓狀態(tài)、中性面以下軸向方向處于受拉狀態(tài),因此原來(lái)成直線的中軸線逐步變成向內(nèi)凹的曲線,短軸方向?qū)嶋H上是斷面曲率變小的過(guò)程,在圓管加工成橢圓管的過(guò)程中,原來(lái)成直線的中軸線逐步變成向外凸的曲線。不管向內(nèi)凹的長(zhǎng)軸縱向纖維還是向外凸的短軸縱向纖維,都是處于不穩(wěn)定的狀態(tài),在塑性變形過(guò)程中,這種不穩(wěn)定的狀態(tài)總是存在的,當(dāng)用擴(kuò)徑系數(shù)很小的錐頭擴(kuò)徑時(shí),塑性變形量很小,這種不穩(wěn)定的狀態(tài)表現(xiàn)的更加明顯,使長(zhǎng)軸方向向內(nèi)凹的縱向纖維變成外凸,同時(shí)使短軸方向向外凸的縱向纖維變成內(nèi)凹,從而實(shí)現(xiàn)

5、長(zhǎng)短軸的互換:當(dāng)擴(kuò)徑系數(shù)較大的錐頭擴(kuò)徑時(shí),塑性變形量很大,掩蓋了這種不穩(wěn)定的翹曲變形,因此也沒(méi)有表現(xiàn)出這種長(zhǎng)短軸互換的反?，F(xiàn)象。3．塑性成形中應(yīng)用的優(yōu)化算法3.1數(shù)學(xué)算法塑性成形中應(yīng)用最多的方法是數(shù)學(xué)規(guī)劃方法。數(shù)學(xué)規(guī)劃可以描述為在一些數(shù)學(xué)關(guān)系諸如等式或不等式表示的約束條件下,求一個(gè)(或一組)函數(shù)極值問(wèn)題的方法。常見(jiàn)的數(shù)學(xué)規(guī)劃包括線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、目標(biāo)規(guī)劃、多目標(biāo)規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃、多層規(guī)劃、動(dòng)態(tài)規(guī)劃以及發(fā)展較新的隨機(jī)規(guī)劃和模糊規(guī)劃等。它有嚴(yán)密的數(shù)學(xué)論證,又有許多成功應(yīng)用的實(shí)例,所以成為塑性成形加工首選的算法。在數(shù)學(xué)規(guī)劃中,按是否對(duì)目標(biāo)函數(shù)求導(dǎo),將優(yōu)化算法

6、分成不利用梯度的算法和利用梯度的算法。梯度算法收斂速度快,對(duì)初始設(shè)計(jì)點(diǎn)不敏感。非梯度法簡(jiǎn)單易用,但收斂速度慢。3.2機(jī)械擴(kuò)徑成形工藝的影響因素6螺旋焊管管端擴(kuò)徑工藝的主要技術(shù)參數(shù)有擴(kuò)徑力、擴(kuò)徑率和擴(kuò)徑長(zhǎng)度。這些工藝參數(shù)與管坯的幾何參數(shù)、材料常數(shù)、模具形線等均對(duì)制品質(zhì)量有很大影響。機(jī)械擴(kuò)徑對(duì)制品質(zhì)量的影響，一方面可以改善制品的形狀，提高形狀精度和尺寸精度，另一方面也會(huì)導(dǎo)致焊管質(zhì)量的下降，如壁厚局部減薄，屈強(qiáng)比增強(qiáng)等。3.2.1機(jī)械擴(kuò)徑對(duì)制品形狀的影響管坯在擴(kuò)徑后直徑變化明顯減小，外圓形線由一條相對(duì)管坯名義直徑差值較大的曲線變成了一條相對(duì)制品名義直徑差值小的

7、一條曲線，即圓度誤差明顯減小，從直徑分部形態(tài)上看，擴(kuò)徑后，制品的直徑分部呈現(xiàn)出局部波浪形狀，并且在邊緣區(qū)和懸空區(qū)直徑變化相對(duì)明顯。針對(duì)同一管坯模型，采用不同的擴(kuò)徑率，可以得到擴(kuò)徑率與制品圓度和壁厚變化之間的關(guān)系。擴(kuò)徑率對(duì)鋼管擴(kuò)徑后曲率半徑分部的影響比較顯著，在擴(kuò)徑率較小時(shí)，擴(kuò)徑率對(duì)焊管曲率半徑的影響?zhàn)I較小，曲率半徑的最大值和最小值的差值較大，即圓度誤差較大，曲率半徑在邊緣區(qū)和懸空區(qū)的變化比較平緩，當(dāng)擴(kuò)徑率取較大值時(shí)，擴(kuò)徑率對(duì)制品曲率半徑的影響主要體現(xiàn)在最大值和最小值的差值減少，即圓度誤差減少，此外，曲率半徑在邊緣區(qū)和懸空區(qū)的變化也相對(duì)明顯一些，這種情況下

8、，制品的圓度誤差主要由局部區(qū)域半徑的變換決定，但是，擴(kuò)徑率超過(guò)某一數(shù)值后，機(jī)械擴(kuò)