[发明专利]推压拉拔复合缩径工艺管坯缩径应力的求解方法以及装置

说明书

本发明涉及一种推压拉拔复合缩径工艺管坯缩径应力的求解方法及装置，将初始参数带入定径区金属经向应力和减径后管坯壁厚的表达式，得到定径区金属经向应力以及减径后管坯壁厚，并使用四阶龙格库塔法求解壁厚减薄区平衡微分方程，以得到减径后管坯经向应力的表达式。将工艺参数代入表达式中，可快速预判出管坯是否存在屈服失稳的可能性，同时也可以获得工艺参数对缩径应力的影响规律，对工艺的快速制定提供了一种高效的方法。

技术领域

本发明涉及管件加工技术领域，尤其涉及一种推压拉拔复合缩径工艺管坯缩径应力的求解方法以及装置。

背景技术

缩径是管件加工中重要的成形方法，生产效率高、制造成本低，广泛应用于飞机、汽车、工程机械中管类零件的制造。缩径管件目前主要采用自由推压缩径和芯轴推压缩径两种方法。对于大变形管件采用自由推压缩径，模具结构简单，生产效率高，但成形质量不高，管坯端部可能发生轴向开裂；采用芯轴推压缩径，虽可改善管坯的成形质量，但缩径时管坯中部传力区压力过大易失稳起皱，导致单道次缩径量较小。相比传统工艺，推压拉拔复合缩径采用了“反向拉动”式芯轴，缩径凹模工进的同时驱动装置拉动芯轴以大于管坯伸长的速度反向拉出，具有单道次变形量大、制件成形质量好、壁厚可控等优点，但缩径成形时，模具挤压管坯塑性变形，其未变形区域金属的缩径应力表现为较大的轴向压应力，当管坯的缩径应力大于屈服极限应力时，易发生管坯屈服失稳变形，因此对于管坯缩径应力的解析是工艺制定的关键。

关于缩径管件的塑性力学理论研究，主要有主应力法、上限法以及有限元法等。主应力法又称为平均应力法、切块法、力平衡法等，是实际工程应用上进行塑性力学求解的一种主要方法，其求解方法为，在变形区内切取具有变形特征的微单元体，建立其应力平衡微分方程，与屈服准则联立，并代入边界条件对应力平衡微分方程进行求解。上限法是一种求解塑性力学问题的近似方法，其解题步骤为，首先根据材料变形规律设计合适的动可容速度场，然后利用塑性变形理论中的几何方程，确定应变速率场和等效应变速度场，并计算各项上限功率，接着利用最优化原理确定使总功率消耗为最小的准独立变量，最后求解上限载荷，给定符合实际情况的工艺参数。但对于推压—拉拔复合缩径工艺，模具变形力为凹模推力和芯轴拉拔力，且两个模具力的方向相反，无法用上限法求解出管坯的缩径应力。对于推压拉拔复合缩径，目前尚未有采用主应力法对其进行分析研究的报道。

目前推压拉拔复合缩径的工艺制定，为避免发生管坯屈服失稳变形，通常采用有限元仿真模拟的方法。该方法针对具体应用实例，依据经验，进行工艺参数的试探性设定，随后在仿真结束后查看管坯的缩径应力。但是采用有限元模拟仿真判断管坯缩径应力的方法存在耗时耗力的问题，不能及时的制定合理的工艺参数，且制定初始的工艺参数需要依靠工程人员的经验。

发明内容

基于现有技术的上述情况，本发明的主要目的在于提供一种高效的缩径应力求解方法，可快速预判出管坯是否存在屈服失稳的可能性，同时也可以获得工艺参数对缩径应力的影响规律。

为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种推压拉拔复合缩径工艺管坯缩径应力的求解方法，包括步骤：

获取推压拉拔复合缩径工艺管坯的初始参数；

将所述初始参数带入定径区金属经向应力的表达式，得到定径区金属经向应力σ_ρe2；

将所述初始参数带入减径后管坯壁厚的表达式，得到减径后管坯壁厚t_n；

利用所述σ_ρe2、t_n和X₀，使用四阶龙格库塔法求解壁厚减薄区平衡微分方程，以得到减径后管坯经向应力σ_ρe1，其中X₀为壁厚减薄区的长度；

将σ_ρe1作为边界条件代入弹性变形区的缩径应力表达式，从而得到缩径应力σ_ρe0。

进一步的，定径区金属经向应力的表达式为：