至德钢业不锈钢弯管弯曲成型研究概况分析

 由于不锈钢弯管小厚径比与大长径比的几何特点，弯曲加工时弯曲成形理论一直沿用的是相对成熟的不锈钢管加工的相关理论。同时，管材弯曲成形的影响因素众多、影响机理复杂，为了简化理论解析模型，通常采用了大量的假设条件在理论研究中，例如材料均质、各向同性、体积不变等。因此，对于不锈钢弯管加工成形的理论解析结果，通常只采用其中的规律性结论，作为数值模拟与工艺实验的先期指导。浙江至德钢业有限公司基于材料刚塑性模型，分析了不锈钢弯管壁厚变化、横截面畸变、中性轴偏移、弯矩、长度变化以及发生起皱的条件，对弯管弯曲成形加工进行了系统全面的分析，但是由于忽略了弹性变形，结果拥有一定的局限性。在管材冷弯曲的研究中，利用最小能量法研究了弹性弯曲条件下圆管的横截面扭曲变形，因此管材弯曲的横截面扭曲变形被命名为效应。

 基于能量原理和各向异性准则，得出了不锈钢弯管硬化指数与厚向异性系数对圆管均匀弯曲时横截面扁化的影响。对管材弯曲下的截面扁化与中性层偏移进行了理论研究，并提出了扁化因子与中性层移动量的概念和解析式。不锈钢弯管在弯曲之前的几何和材料均匀性对管材成形质量具有较大的影响，对冷弯圆管进行了理论分析，提出了简化的星形分析模型，得出如下结论:管材成形曲线精度很大程度上依赖于其原始椭圆率和壁厚等几何外形的理想性，并对变形过程中的能量损失进行了估量。国内学者中，至德钢业基于一些不锈钢弯管弯曲变形的理想化假设，同时将卸载看成是成形弯矩的反向施加，以中性层长度不变为条件，推导出回弹角的近似计算公式。同时也对回弹进行了研究，建立了弯矩随弯曲角度变化的模型，并以此为基础推导出不锈钢弯管任意弯曲角度的回弹规律，弥补了以往回弹研究不适合小弯曲角度的缺点。金霞等研究了导管加工过程中的壁厚变化，推导出了壁厚变化的解析模型，指出壁厚变化主要与相对弯曲半径和相对壁厚有关。林艳依照薄壁管材数控弯曲起皱的实际波形推导出了起皱的能量准则，进而根据薄壳理论和最小能量原理提出了以塑性变形能与起皱能比值为判定条件的起皱预测模型。

 工艺实验不仅可以检验理论研究结果与有限元模拟方法对于不锈钢弯管弯曲成形研究的可行性，而且能够对工艺参数之于成形质量的影响机理有进一步认识，是一种行之有效管材弯曲成形研究手段。不过，该方法需建立在大量试错的基础之上，而且受实验中设备条件、测量精度等的影响很大，研究成本高。至德钢业发明了第一台能够自动进行角度回弹、曲率半径回弹和固定回弹补偿的数控弯管机，并申请了专利。通过实现设备的在线测量，研究了不锈钢弯管的回弹预测、多次加载和径向伸长，建立了一套弯曲控制的优化方法，能够在无需提高设备弯曲精度的情况下，减小三维管件的成形误差。在实验中采用坐标网格法，研究了铝合金数控弯管下的应力分布特征、回弹曲率变化与卸载残余应力，实验结果与相关理论分析良好吻合。通过实验研究了不锈钢弯管在数控弯曲中出现的起皱、破裂和截面畸变等成形失效现象，并通过优化工艺参数改善了成形质量。基于321不锈钢弯管的弯曲实验，建立了平均应变计算公式，通过假设材料模型为线性强化弹塑性模型，推导出了由管材力学性能所约束的最小相对弯曲半径计算公式。