双金属复合管旋压成形分析与工艺参数优化

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双金属复合管充分利用了基管和衬管的最佳性能,其不仅具有工业用管所要求的高强度,还具有优良的防腐蚀和耐磨损等其它特殊性能,因而双金属复合管可被广泛的应用于石油、化工等领域。本文围绕双金属复合管旋压成形的理论分析、数值模拟和试验验证进行研究,主要研究内容和结论包括:  (1)运用弹塑性理论对复合管旋压成形加载和卸载过程进行应力应变分析,提出了双金属管能够复合的条件为衬管和基管的弹性模量之比大于衬管和基管的流动应力之比,即Ei/Eo>σθi/σθo;并确立了径向旋压力与层间接触压力的关系表达式,获得了复合管成形过程中所需要的最小和最大径向旋压力Pi,衬管和基管之间最大残余接触压力Prcmax;通过图解法获得了复合管旋压成形的当量屈服强度。  (2)运用ABAQUS有限元软件对复合管旋压成形过程进行数值模拟,从模拟结果可知复合管旋压成形大致可分为三个阶段:初始旋压阶段、稳定旋压阶段、旋压卸载阶段;从等效塑性应变分布图可以分析出衬管成形过程中发生了塑性应变,基管处于弹性变形范围内,符合复合管生产控制要求;并分析了衬管径向应力、轴向应力和环向应力的分布,得出衬管在旋压过程中出现裂纹的原因,为控制复合管成形失效以及提高复合管成形质量提供了依据。  (3)在控制其他旋压工艺参数不变的前提下,分析了各参数对残余接触压力的影响,得出随着嵌入量δ、间隙ψ的增加,残余接触压力增大;随着导向角β的增大,残余接触压力减小,随着进给率f的增大,残余接触压力先增大后减小的规律,为复合管旋压成形工艺参数的选取提供依据;通过正交试验法得出嵌入量δ和导向角β对复合管成形后的残余接触压力和扭矩影响最大,间隙ψ和进给率f影响较小。综合考虑各工艺参数对残余接触压力及扭矩的影响,选取的最优旋压工艺参数组合:δ=0.16mm、ψ=0.4mm、β=3.0°、f=0.5。  (4)设计了双金属复合管旋压成形装备的关键部件旋压头装置,通过试验平台制作了双金属复合管试样,对试样进行拉脱试验,试验数据验证了残余接触压力理论值与模拟值的有效性,并分析了实际值与理论值和模拟值之间差异的原因,为建立工业用双金属复合管的质量评价体系提供借鉴。
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