TA18高強鈦管(Ti-3A1-2.5V)具有質量輕、強度高、耐腐蝕、耐高壓、壽命長等優良特性,用于液壓管路系統,不僅能夠承受較大的工作壓力,還能滿足航空航天等領域對輕量化構件的需求,因此在國外已得到重視和應用°。數控彎管技術以其能夠實現管材批量、快速生產的特點,被廣泛應用于管材的彎曲成形制造當中°。管件彎曲后,彈性變形發生卸載,不可避免地產生回彈。且回彈時管子內外側應力卸載,回彈效應疊加,導致彎管的回彈較其他成形方式更為顯著。
目前,國內外僅有對鋁合金管、不銹鋼管及中強鈦管彎曲回彈的研究報道。Al-QureshP在理想彈塑性模型、平面應變條件、無截面畸變、壁厚減薄和包辛格效應的假設下,推導了鋁合金薄壁管純彎下的回彈解析模型。MurataMe結合有限元法和實驗法,發現硬化指數對鋁合金壓彎回彈沒有影響。GuRf采用有限元法發現不銹鋼管數控彎曲后總回彈包括管子彎曲段和直線段,且抽芯對回彈的影響非常大。JiangZQ0和岳永保采用有限元法研究TA18中強鈦管數控彎曲的回彈規律。
相比于其他管材,高強鈦管的屈彈比(屈服強度/彈性模量)更大、導致高強鈦管彎曲后的回彈現象更加顯著。過度回彈導致難以控制管子幾何及形狀精度,直接影響到管子與其他部件的連接、密封性能和緊湊性。同時,數控彎管是彎曲模、壓塊、防皺塊、夾塊等多模具協同約束、多重非線性的復雜過程、因此,如果不充分了解數控彎管的回彈規律,想要獲得預期精度的彎管件,就要反復試模、修模,或者在成形后對彎管件進行校形,這樣就會延長生產周期、提高生產成本。這就迫切需要深入研究高強鈦管數控彎管過程中工藝參數對回彈的影響規律,從而更好地控制管件的回彈,發展欽管精確數控彎曲成形技術。
數控彎曲后回彈問題很難通過理論解析法來精確分析,而僅通過實驗法則耗費大量的人力物力。有限元法則可以模擬具有復雜接觸條件、高度非線性的問題。基于Abaqus有限元平臺,建立TA18高強鈦管數控彎曲、抽芯及回彈顯/隱式三維彈塑性有限元模型,結合正交試驗,研究工藝參數對回彈影響的顯著性及規律;進而采用多元逐步線性回歸方法,建立回彈角的回歸預測模型。該研究可為TA18高強鈦管數控彎曲回彈角的預測及控制提供有效理論指導。
模型中設置管子外表面與模具的接觸采用動態接觸算法,管子內表面與芯棒的接觸采用罰函數法,以控制接觸面穿透;采用經典庫倫摩擦模型描述管子與模具的摩擦過程,管子與不同模具之間的摩擦系數引用文獻中的室溫扭轉-壓縮試驗結果。
為了兼顧計算效率與計算精度,模型采用半管模型及雙精度格式,對管子彎曲段進行網格細化,而管子直線段則采用較粗的網格。
采用6400的質量放大因子在確保計算精度的前提下提高計算效率。彎曲模型的動能(ALLKE)與內能(ALLIE)比值以及偽應變能(ALLAE)與內能比值隨時間歷程的變化情況,發現均小于10%,表明模型沒有引入明顯的動態效應及沙漏效應°;采用0.0002的阻尼因子和0.05的耗散能分數來控制回彈模型的收斂。圖4b為回彈模型粘滯阻尼能(ALLSD)與總應變能(ALLSE)比值的變化曲線,均小于1%,表明此模型也是穩定的。









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