薄壁矩形管弯曲成形起皱变形的研究综述.pdf

综述
现代制造工程( Modern Manufacturing Engineering)
2012年第1期
薄壁矩形管弯曲成形起皱变形的研究综述
张丰收,李兮蒈,金建利
(河南科技大学机电工程学院,洛阳471003
摘要:失稳起皱是薄壁矩形管穹曲成形过程中的主要缺陷之一·,严重制约着薄壁矩形管的弯曲成形质量和极限的提高。
总结国内外学者和工程技术人员对薄壁矩形管起皱变形的研究现状,着軍在实验研究、理论分析和有限元数值模拟二
个方面进行讨论,介绍对现有弯曲丁艺和模具结构做的研究和改进,最后提出滹壁矩形管弯曲成形起皱变形研究的发
展趋势。
关键词:薄壁矩形管;弯曲;失稳起皱
中图分类号:THI6文献标志码:A文章编号:1671-3133(2012)1-0131-04
Research overview on wrinkling deformation of bending process
for thin-wa
alled rectangular
Zhang Fengshou, Ii Xikai, Jin Jianli
Henan University of Science and Technology, Luoyang 471003, Henan, China
Abstract Wrinkling is one of the main forming defects of the ending process for thin-walled rectangular tube, which severely re
stricts the improvement of the forming quality and forming limit. Reviews the research on wrinkling deformation of ending, which
are studied using the method such as theory analysis, experiment research, numerical simulation based on finite element method
discusses the improvement on processing technology and die structure. The research trend of thin-walled square tube 's wrinkling
deformation during bending process is also proposed
Key words: thin-walled rectangular tube; bending; wrinkling
0引言
薄壁矩形管弯曲成形起皱变形的研究现状
随着航空、航天、雷达通信、汽车,以及建筑等行
从力学角度看,薄壁矩形管的起皱现象是由于其
业的快速发展,具有质量轻、结构强韧低耗高效且易内侧翼板在弯曲成形过程中受到局部压应力作用,产
于实现精确制造等优点的薄壁矩形管被广泛使用。生屈曲并出现后屈曲大变形的宏观现象,即由于薄壁
然而,由于薄壁矩形管结构特殊,弯曲成形时内、外側件某一方向尺寸远小于其他方向尺寸,受压后当板壳
翼板应力状态复杂,易产牛起皱、山弹、截面畸变和拉面内压应力达到临界压应力时,容易发生由面内变形
裂等成形缺陷。其中,起皱现象是影响其受压成形过转到面外弯曲变形的分又失稳,即压缩失稳变形。
程中稳定性的主要因素,决定着产品成形极限的大目前判定起皱的主要准则有:静力准则、动力准则和
小、制造精度的高低、模具的寿命及后续工序的完成。能量准则叫。正确、有效地将以上判定准则应用于矩
因此,有效预报和控制薄壁矩形管弯曲过程中起鈹现形管弯曲起皱产生的预测,是该领域研究的关键。
象的产生就显得尤为重要。
国内外研究者和工程技术人员针对薄壁矩形管
本文综述了国内外在实验研究、理论分析和有限的弯曲过程,主要从实验、理论分析和有限元模拟等
元模拟方面,对薄壁矩形管弯曲过程起皱变形展开的方面展开研究。
研究工作和进展,展望了薄壁矩形管弯曲成形研究的1.1基于实验的起皱研究
发展趋勢。
在研究早期,实验是研究和预测矩形管起皱的主
国家自然科学基金项月(51075124)
万方数拼
2012年第11期
现代制造工程( Modern Manufacturing Engineering)
要方法,它在探索起皱的起因、形成及抑止方面起着何参数密切相关;翼板宽厚比是引起管材受压侧起皱
重要作用。但是,运用实验方法研究起皱现象需要与的主要因素;材料的机械加工硬化指数对起皱的发生
理论分析等其他方法相结合,且需钊对具体实验设计和后起皱变形有很人影响;起皱发生后继续弯曲,管
相应合理的实验方案
材内側压缩区的波纹变形比外側拉伸区的均匀变形
Corona和Vae等人采用实验和理论相结合的方发展更为迅速。
法,对矩形截面管材纯弯曲过程中的塌陷和起皱行为
?本学者吉田正敏等人对矩形截面铝合金管材
进行了详细的分析研究23。研究结果表明,当弯曲无芯绕弯过程中内侧翼板的起皱变形和外侧翼板的
率达到一定值时,矩形管内侧会出现周期性的、波长应变进行了理论分析及预测。其原理是将管材假
和管材截面菟度差不多的波纹式起皱变形。弯曲继设为边界受约束的板单元的集合体,通过能量法对各
续进行时,起皱波纹的幅值会继续增大,且高厚比较板单元进行塑性变形分析,获得压缩区起皱的临界应
大的管材起皱变形更加剧烈。
力、起皱波长及拉伸区的应变。研究结果表明,管材
Paulsen等人对三种不岡壁厚的单、双室铝合金起皱波纹的高度与其弯曲半径、宽厚比、弹性极限成
A6060挤压管材纯弯曲过程中的横截面畸变进行了实力和机械加工硬化指数有关;硬化指数的增大和弹性
验研究窕叫。结果表明,弯曲开始阶段就会沿整个管长极限应力的降低都可以减小皱曲波纹高度。吉田正
出现均勺的凹陷式截面变形,銖续弯曲,管坯内側压敏等人还用同样方法刈矩形截面铝合金管材无芯绕
缩区会出现起皱波纹;影响起皱开始发生时刻的主要弯过程中的起皱极限弯曲半径进行了预测,研究结
因素有翼板的宽厚比和材料的加工硬化特性;而预变果表明,起皱极限弯曲半径与各板单元的宽厚比和弹
形和后变形的变形量大小却与翼板的实际宽度有更性失稳系数有关。
直接的关系。起绒发生后,随着弯曲过程的继续进
由于起鈹失稳向题的复杂性和理论分析方法本
行,材料的应力/应变关系对截面变形量的影响逐渐身的局限性,対于具有复杂边界条件的薄壁管材弯
增大,低便化材料方管的横截面集中变形更剧烈。
曲成形过程,所得结论尚不足以完全被工程实际应
坂木修次和藤院琢磨等人对铝合金A6063S20用,但仍可为生产实际和数值模拟分析提供先期
和A6061S20矩形管绕弯过程的变形和成形极限进指导
行了实验研究,研究结果表明:刚性呱式芯棒在抑制1.3基于有限元模拟的起皱研究
起皱和横截面畸变、提高成形极限等方面有积极作
薄摩矩形管弯曲过程是多因素耦合交互作用下
用;矩形管的截面畸变形式主要表现为受拉侧及受压的复杂物理过程,涉及材料非线性、几何非线性与边
侧翼板的塌陷和侧壁处辐板的膨大?。
界条件非线性。有限元模拟技术与相应的塑性起
基于实验的研究方法能够验证理论解析和数值皱判定稚则相结合,是继解析分析和实验研究之后,
模拟研究在采用了各种假设后所得结果的正确性,而分析材