金属波纹管管材液压成形工艺的国内研究现状
哈尔滨工业大学是国内***早系统开展液压成形研究的单位,二十世纪八十年代中期,王仲仁创立了成本低、周期短的球形容器无模液压成形工艺。 哈尔滨工业大学从1998年开始系统地对内高压成形机理、工艺和设备等关键技术进行研究以及样件研制,苑世剑在王仲仁研究基础上,研制出国内首台液压成形机。在板材、金属波纹管管材液压成形理论、实验和数值模拟方面,展开了许多研究工作,并在航空、航天和汽车等领域做出了杰出贡献。 燕山大学王连东、李纬民等人根据应力应变屈服轨迹得到了胀形极限系数的解法,并提取了液压大小需要与相关工艺参数相匹配的观点。利用这一观点,确定了汽车桥壳液压大小的匹配参数,并成功制造出品质良好的三通管,解决了液压胀形汽车桥壳成形过程中液压大小的匹配问题。 吉林大学韩英淳等人采用金属波纹管液压成形的方式制造了一些典型汽车零部件,并利用有限元法对其成形过程进行,在汽车轻量化工程中有很多实际应用。 上海交通大学机械与动力工程学院和湖州机床厂联合开发了200MPa内高压成形液压机,并制备三通管、金属波纹管等典型液压成形件。 金属研究所张士宏[等人对板材和金属波纹管管材的液压成形原理、成形过程、缺陷形式及形成缺陷的原因做了系统的研究,并制备出汽车发动机托架。通过实验研究发现,加载方式不同可以影响金属波纹管成品零件的减薄率。经过多次实验发现,通过脉动加载得到的成品零件比传统的线性加载得到的成品零件减薄率降低很多,大大提高了金属波纹管产品的质量,并研制出脉动加载液压机。
预应力孔道的压浆质量检测
预应力孔道的压浆质量关系着桥梁工程的质量安全性,在施工中,必须做好预应力孔道的压浆质量检测。
(1) 在超声反射法检测中,可以在换能器周围添加适当的高阻尼材料,使直达波和面波的能量极大衰减;然后通过数值处理方法,对直达波等干扰进一步剔除。这样可以获得较好的数据,为处理解释提供方便。
(2) 在检测过程中,要使采集到的原始振幅不产生剧烈变化,必须保持对换能器施加均匀一致的压力,而且耦合剂必须涂抹均匀。
(3) 由于压浆不密实引起超声波发生绕射,透射波到达时间变长。通过比较收发距相同时,透射波首波的起跳时间,可以定性判断波纹管内部压浆是否密实。
(4) 不管是塑料波纹管还是金属波纹管,其中压浆不密实时,透射波都有多个主频,并且主频略低于发射主频。压浆不密实时,造成反射变强,接收到的透射波能量明显变弱。这也可以定性地判断波纹管内部压浆是否密实。
预应力金属波纹管应力分布计算
通过以上计算结果的分析,可得到如下结论:
(1)无论何种工况,预应力金属波纹管各层的应力分布规律基本相同,其分布规律是波峰与波谷部位应力较大,其余部位应力较小。
(2)在位移载荷(拉或者压)作用下,预应力金属波纹管的等效应力均发生在波谷位置。这是因为波谷截面的面积小于波峰截面面积,在同一轴向载荷作用下,它的承力面积比波峰小,应力比波峰大。在同样大小的位移作用下,无论拉或压,应力值基本相同。当位移量超过0.4mm,结构应力超过其材料的屈服极限448MPa。
(3)在拉伸位移-内压联合作用下,结构应力发生在波峰;在压缩位移-内压联合作用下,结构应力发生在波谷。这是因为拉伸位移载荷使波谷与波峰内表面均受拉,而内压载荷使波谷内表面受压,波峰内表面受拉,根据力的叠加性可知,波峰应力大于波谷,而压缩位移载荷与内压产生的应力在波谷、波峰的叠加性刚好相反,这说明计算结果与理论分析是吻合的。
(4)在工作状态下,预应力金属波纹管的应力主要是由位移载荷引起,因此,在使用过程中应严格控制位移的大小。
预应力金属波纹管应力分布总结
(2)在位移载荷(拉或者压)作用下,预应力金属波纹管的等效应力均发生在波谷位置。
(3)在拉伸位移-内压联合作用下,结构应力发生在波峰;在压缩位移-内压联合作用下,结构应力发生在波谷。
预应力金属波纹管成形工艺的类型
预应力金属波纹管的成形过程通常是经过挤压使管坯发生塑性变形,为避免成形后材料的回弹,后再经过工序使预应力金属波纹管成形。
成形时,管坯内壁在液体压力的作用下,胀制鼓包形成初波,压模推动初波移动使其高度增加宽度缩小,直至达到设计尺寸为止。
按成形过程可分为单波多次成形和多波一次成形。
单波多次成形是,成形一个波的初波后再经挤压使该波成形,然后张开凹模,管坯前进一个波距,重复成形第二个波;多波一次成形是多个波同时胀压成初波后,再经一次挤压成形。
橡胶成形:是以橡胶作凸模,以钢模作凹模,橡胶变形产生内压力,使管坯产生径向扩张和轴向挤压的成形工艺。 成形后,橡胶卸载回复原形。
预应力金属波纹管加工成型的比较分析
1、机械旋压成形工艺只能加工螺旋波,其他成形工艺只能加工环形波;刚性模成形时管坯的径向扩张和轴向收缩是同时进行的,即使不单独对管坯施加轴向的推力,变形区的材料也能得到很好的补充,因此管壁的壁厚变化非常小。
2。软模成形的过程中,为实现挤压成形必须先胀制初波,胀制初波时仅发生径向扩张不伴随轴向收缩,如果变形区的材料得不到及时的补充就会出现壁厚变薄的情况。
考虑到密封问题,液压成形中胀制初波时,管坯轴向都被固定,径向扩张所需的材料仅靠壁厚的变薄来补充;橡胶成形中胀制初波时,可以对管坯施加一定的推力,材料可以得到较及时的补充。
挤压成形的过程和刚性模成形过程类似,即径向扩张和轴向收缩是同时进行的。
3、受成形模具的限制,除液压成形可分为单波多次成形和多波一次成形外,其余成形工艺只能采用单波多次成形的方法。
常见的预应力金属波纹管成形工艺各具特点,不同的工艺生产的预应力金属波纹管适用于不同的场合。