不锈钢管件滚弯成形工艺的有限元模拟

目前，管材滚弯加工在航空航天、汽车、船舶制造等工业中应用十分广泛，对管材弯曲技术和质量的要求也越来越高．但是，由于管材具有特殊的中空结构以及受多重非线性因素的影响，在滚弯成形时极易产生失稳、起皱和开裂等问题，对上述问题的研究单纯依靠实验的方法所需周期较长、费用高，且试验过 中的随机干扰因素较多，难以对工艺参数通过试验进行改进和提高．
近年来，计算机仿真技术的发展为塑性成形研究提供了有力的辅助工具，各种有限元计算方法在管材弯曲变形研究中也得到了广泛应用，并已存弯曲加工类产品的设计和优化方面被证明是有效的．在管材滚弯的系统研究中，将有限元模拟与实验结合起来对弯曲变形过程中的诸多现象进行比较分析，对成形过程进行科学预测，并对工艺加以优化，已成为人们关注的问题．
本文通过对薄壁不锈钢管件的弯曲成形过程进行三维弹塑性有限元模拟，揭示了其成形时应力应变分布规律和变形机理，分析了对成形质量影响的主要因素，为进一步研究薄壁不锈钢的变形机理和失效机理奠定了基础，为同类产品弯曲成形工艺方案的制定及工艺参数的优化提供指导．
1 实验条件及有限元模型
这里的实验和模拟主要针对小直径不锈钢管件的回转式滚动弯曲变形．实验对象材料的管件外径为‘1)=l2 mm；弯模半径R=30 mm：壁厚t=1．2 mm；实验设备自制手动弯管机．弯曲成形前，应对管材形状、尺寸及质量进行严格筛选，为了检测弯管切线方向的变形状况，在管壁表面尽可能浅地刻入间距为1 IllII1的标记线．弯曲成形后，利用精密测试仪和显微测试仪对标距的变化进行测量．有限兀模拟的变形条件、参数与实验相同，以便进行比较和验证l3I．有限元模型的模具材料45钢，弹性模量E=210x10 Pa，密度p=7 890 k ’，泊松LLu~-o．269；管件的材料为小锈钢1Crl8Ni9Ti，弹性模量E=198x10 Pa，屈服强cr=205x10 Pa，切线模量Et=l O00x10 Pa，泊松比 =0．26，密度p=7 900 kg／m ．
2 有限元模型
为了确定有效的有限元模拟方法，分别利用实体单元法和壳单元法进行 模拟，与实际弯曲实验结果进行初步的比较后，确定采用壳单元 ．模拟计算采用基于巾心差分法的动态 示时间积分的仃限元算法，模型单元全部为shell 163薄壳单元；管件材料模型选用经典双线性各向同性硬化模型，根据实验条件确定静动摩擦系数分别为0．1l和0．09；管件一端采用节点川性体约束以代替 滚动轮的连接，滚动轮和旋轮均简化