多头螺旋管成型技术研究

摘要

多头螺旋盘管具有结构紧凑、换热系数高的特点，在石油、化工、核电、溶剂冷却器等领域得到了广泛的应用。但多头螺旋管在滚弯成型过程中会出现半径回弹、起始段死弯、各头管坯弯曲半径不一致等问题。这些问题将严重影响多头螺旋管的产品质量和应用领域，如何解决这些问题显得尤其重要。本课题利用理论推导、数值模拟、实验研究等方法，针对多头超长螺旋管成型机实际加工过程中遇到的管坯半径回弹、起始段死弯、各头弯曲半径不一致问题进行了深入研究，以期提高多头螺旋管一次成型产品质量。得到了如下结论：
　　1)利用ABAQUS软件对管坯滚弯过程进行了有限元模拟，分析了弯曲角度大于10°时任意角度的弯曲半径与回弹半径的相互变化关系。理论推导出了回弹公式。对该回弹公式进行了实验验证，验证结果表明：理论计算值与实验结果基本相同。
　　2)重新定义了多头超长螺旋管成型机加工过程中摆动辊轴与管坯的相对运动关系，理论推导出了死弯修正公式，对死弯修正公式进行了有限元验证，验证结果表明：通过该方法修正后基本避免了滚弯起始位置出现的死弯现象。
　　3)通过数值模拟计算出了多头螺旋管滚弯过程中成型辊轴的挠度，理论推导出了管坯弯曲半径一致时，下成型辊轴各辊槽的理论修正位移。采用对下成型辊轴中间位置施加位移的方式获得辊槽的修正位移的方法，通过数值模拟计算出了中间管坯对应的辊槽修正位移等于理论推导出的修正位移时各辊槽对应螺旋管的弯曲半径。分析修正结果，证明该方法能在很大程度上修正管坯弯曲半径不一致的问题。
　　通过上述研究，本课题保证了多根管坯通过一次滚弯便能得到回弹半径满足要求、没有死弯和管坯弯曲半径基本一致的多头螺旋管产品。

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第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 管坯弯曲成型技术简介

1.3 国内外研究现状

1.4 本课题研究的目的和意义

1.5 本课题的主要研究内容

第2章 多头超长螺旋管成型机结构及问题阐述

2.1 多头超长螺旋管成型机的研发背景

2.2 多头超长螺旋管成型机的基本结构及传动方式

2.3 多头超长螺旋管成型机加工过程中的主要问题

2.4 本章小结

第3章 管坯塑性弯曲变形理论的研究

3.1 管坯弯曲过程受力分析

3.2 管坯减薄率的计算

3.3 管坯最小弯曲半径的确定

3.4 管坯椭圆度理论分析

3.5 本章小结

第4章 管坯滚弯回弹的有限元模拟及实验研究

4.1 管坯回弹的有限元模拟

4.2 滚弯回弹模拟结果分析

4.3 摆动辊轴摆动角度与回弹半径关系

4.4 滚弯实验验证

4.5 实验结果与模拟结果对比分析

4.6 本章小结

第5章 管坯起始段死弯修正的理论分析及有限元研究

5.1 管坯起始段死弯产生的原因

5.2 管坯起始段死弯修正的理论研究

5.3 管坯起始段死弯修正的有限元验证

5.4 本章小结

第6章 成型辊轴挠度修正的理论分析及有限元计算

6.1 成型辊轴产生挠度的原因

6.2 下成型辊轴挠度修正的理论计算

6.3 下成型辊轴挠度修正的有限元计算

6.4 本章小结

结论

参考文献

致谢