弯头热推芯棒参数化设计及其数据库的建立

摘要

随着工业的飞速发展，管道系统被大量的使用在各个行业与领域中。作为管道系统中的一个重要组成部分，弯头被广泛的应用到航空航天、船舶制造、电力、汽车工业和石油化工等行业中。自从改革开放以来，国内大量的研究人员对弯头的各种成形方法进行研究，特别是对弯头的热推成形进行了大量的研究。通过实际生产中的不断试验和总结，研究人员发现在弯头和管坯之间存在一个合理的扩径比范围，当按照这一合理的扩径比范围去设计芯棒和选用管坯时，能够很好的推制出质量良好的弯头。但是，由于受到管坯尺寸规格的限制，之前的芯棒设计人员在设计芯棒时往往只能有个别的芯棒是按照合理扩径比来设计的。近年来，随着管坯生产技术的发展，弯头实际的生产中能够选用的管坯规格越来越多，芯棒设计人员不再像以前那样根据现有的管坯来设计芯棒，而是按照合理的扩径比范围设计好芯棒后再去选用管坯，这样有利于实现芯棒设计的规范化。同时也有利于实现对芯棒的参数化设计。　　在本文中，以热推Φ57×3.5×76的弯头为例，使用三维建模软件UG按照合理的扩径比范围对牛角芯棒进行建模，同时设计好感应加热的线圈。在Deform软件前处理器中对导入的有限元模型的几何模型、材料模型、单元类型、接触模型、摩擦模型、推制速度等进行选定和设置。利用Deform对弯头生产中的加热过程和管坯的温度场进行有限元分析，得到管坯在整个热推过程中的温度场分布以及管坯温度随时间的变化曲线。然后对弯头的热推成形过程进行数值模拟，并对弯头的壁厚和等效应变进行分析。同时对芯棒中心轴线夹角α、芯棒截面椭圆的短轴长轴比k、推制速度和摩擦系数对弯头成形质量的影响进行研究分析。　　本文在前人的研究基础上，给出了牛角芯棒的一种通用设计方法。然后基于UG对芯棒的参数化建模进行二次开发，实现在三维建模软件 UG 中只需要输入弯头和管坯的几个基本参数就是对芯棒进行参数化建模。并且建立了牛角芯棒库，将常用的芯棒放入牛角芯棒库中，实现在加工牛角芯棒时可以直接从牛角芯棒库中直接调用芯棒的数据，避免了芯棒的多次设计和多次修模等人为因素对弯头成形质量的影响。

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