CN114386234A - 一种厚板jco成形工艺压下量的计算新方法 - Google Patents

一种厚板jco成形工艺压下量的计算新方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种厚板JCO成形工艺压下量的计算新方法，在传统厚板压下量计算中，会忽略中性层的偏移和厚板厚向分布系数的影响，造成计算偏差较大，只能根据现场条件和经验粗略调试，导致生产效率低，成形精度低。本发明针对目前厚板大口径直缝埋弧焊管JCO成形工艺弯曲过程预测困难的问题，压下量计算复杂且不准确的问题，提出通过测量厚向强度线性分布曲线，考虑中性层偏移影响，获得弯曲压下量的计算公式，从而建立了更为精确的成形模型，提高了厚板JCO成形工艺精度。

Description

一种厚板JCO成形工艺压下量的计算新方法
技术领域
本发明涉及厚板压下量计算技术领域，尤其涉及一种厚板JCO成形工艺压下量的计算新方法。
背景技术
在厚板的JCO成形过程工艺中，传统的压下量由操作人员凭借生产经验进行调整，导致厚壁直缝焊管的生产效率低、成形精度差。传统的经验计算公式也只适用于薄板，没有考虑厚板弯曲成形过程中厚度强度的变化，导致回弹预测不准确。因此需要针对厚板自身弯曲特性，给出一种新的计算压下量的方法，以提高厚壁直缝焊管的生产效率和成形精度。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于，提供一种厚板JCO成形工艺压下量的计算新方法，能够提高厚壁直缝焊管的生产效率和成形精度。
为了达到上述发明目的，进而采取的技术方案如下：
一种厚板JCO成形工艺压下量的计算新方法，包括以下步骤：
S1：利用实验测量得到厚向强化线性分布曲线，建立厚板材料应力—应变曲线数学模型，得到理论屈服点处的等效应力
Figure DEST_PATH_IMAGE001
：
厚板应力—应变曲线数学模型为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
（1）
设理论屈服点处等效应力为
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，则有：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
（2）
E——弹性模量，
n——材料硬化指数，
t——板材厚度，
K——硬化系数，
z——任意板层到中心层距离，
β——厚向分布系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
——理论屈服点处的等效应力；
根据E、K、β、z、t计算出理论屈服点处的等效应力
Figure 752575DEST_PATH_IMAGE001
；
S2：计算出理论屈服点处的周向应变
Figure DEST_PATH_IMAGE006
：
Figure DEST_PATH_IMAGE007
（3）
μ——泊松比，
Figure 200874DEST_PATH_IMAGE006
——理论屈服点处的周向应变；
根据式（2）、（3）所以周向应变则有：
Figure DEST_PATH_IMAGE008
（4）
根据
Figure 308507DEST_PATH_IMAGE005
、μ、E则可计算出理论屈服点处的周向应变
Figure 234875DEST_PATH_IMAGE006
；
S3：回弹前弯矩的计算公式：
回弹前弯矩M b ：
Figure DEST_PATH_IMAGE009
Figure DEST_PATH_IMAGE010
（5）
M b ——回弹前单位板料上弯矩，
R 1——回弹前中性层半径，
y——任意一点距离中性层距离；
S4：回弹后弯曲角的计算公式：
根据卸载定律以及弯矩求出回弹后中性层半径，并计算出回弹前弯曲角α 1；
待板料进入弹塑性弯曲状态后，卸除外载，弹性部分消失，塑性部分保留下来，板料不能完全恢复，其弹复应力σ C与弹复应变ε C的表达式分别为：
Figure DEST_PATH_IMAGE011
（6）
Figure DEST_PATH_IMAGE012
（7）
R 2——卸载回弹后中性层半径；
其弹复弯矩M C 为：
Figure DEST_PATH_IMAGE013
（8）
由卸载定律可知，弹复弯矩等于加载时的弯矩，即：
Figure DEST_PATH_IMAGE014
（9）
根据式（5）、（8）、（9）得：
Figure DEST_PATH_IMAGE015
（10）
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE016
（11）
假设弯曲前后弧长变化很小，偏差可以忽略不计，则可设弧长前后相等，即：
Figure DEST_PATH_IMAGE017
（12）
α 1——回弹前弯曲角，
α 2——卸载回弹后弯曲角；
则可根据式（12）计算出回弹前弯曲角α 1；
S5：理论压下量的计算：
计算压下量时，为了方便计算，假设材料与上模未完全包覆，且未包覆处间隙很小，误差可忽略，则理论压下量可推导计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE018
（13）
h——理论压下量，
R d ——凸模模具半径，
R p ——凹模模具半径，
L——凹模圆心的距离。
在给定材料下，技术人员只需测量模具半径及距离，轻松得到压下量精确计算值，与传统计算比较更加方便快捷。
与现有技术相比，发明的有益效果在于：
1、本发明通过厚向强度线性分布曲线，可以快速得到准确的压下量计算值；
2、本发明基于中性层偏移量、材料的厚向分布系数，推导出符合厚板板材的压下量计算新公式，该压下量更加优化了成形精度，提高了厚板JCO成形的质量。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1模具板材下压示意图；
图2板材下压后JCO成形成品图；
图3为本发明所述计算方法的流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
实施例1
如图3所示，一种厚板JCO成形工艺压下量的计算新方法，包括以下步骤：
S1：利用实验测量得到厚向强化线性分布曲线，建立厚板材料应力—应变曲线数学模型，得到理论屈服点处的等效应力
Figure 206504DEST_PATH_IMAGE001
：
厚板应力—应变曲线数学模型为：
Figure 294546DEST_PATH_IMAGE002
（1）
设理论屈服点处等效应力为
Figure 561579DEST_PATH_IMAGE003
，则有：
Figure 760479DEST_PATH_IMAGE004
（2）
E——弹性模量，
n——材料硬化指数，
t——板材厚度，
K——硬化系数，
z——任意板层到中心层距离，
β——厚向分布系数，
Figure 757254DEST_PATH_IMAGE005
——理论屈服点处的等效应力；
根据E、K、β、z、t计算出理论屈服点处的等效应力
Figure 750618DEST_PATH_IMAGE001
；
S2：计算出理论屈服点处的周向应变
Figure 504947DEST_PATH_IMAGE006
：
Figure 773118DEST_PATH_IMAGE007
（3）
μ——泊松比，
Figure 296503DEST_PATH_IMAGE006
——理论屈服点处的周向应变；
根据式（2）、（3）所以周向应变则有：
Figure 991927DEST_PATH_IMAGE008
（4）
根据
Figure 233552DEST_PATH_IMAGE005
、μ、E则可计算出理论屈服点处的周向应变
Figure 508676DEST_PATH_IMAGE006
；
S3：回弹前弯矩的计算公式：
回弹前弯矩M b ：
Figure 181840DEST_PATH_IMAGE009
Figure 517007DEST_PATH_IMAGE010
（5）
M b ——回弹前单位板料上弯矩，
R 1——回弹前中性层半径，
y——任意一点距离中性层距离；
S4：回弹后弯曲角的计算公式：
根据卸载定律以及弯矩求出回弹后中性层半径，并计算出回弹前弯曲角α 1；
待板料进入弹塑性弯曲状态后，卸除外载，弹性部分消失，塑性部分保留下来，板料不能完全恢复，其弹复应力σ C与弹复应变ε C的表达式分别为：
Figure 245928DEST_PATH_IMAGE011
（6）
Figure 652639DEST_PATH_IMAGE012
（7）
R 2——卸载回弹后中性层半径；
其弹复弯矩M C 为：
Figure 150616DEST_PATH_IMAGE013
（8）
由卸载定律可知，弹复弯矩等于加载时的弯矩，即：
Figure 922263DEST_PATH_IMAGE014
（9）
根据式（5）、（8）、（9）得：
Figure 404060DEST_PATH_IMAGE015
（10）
其中，
Figure 286565DEST_PATH_IMAGE016
（11）
假设弯曲前后弧长变化很小，偏差可以忽略不计，则可设弧长前后相等，即：
Figure 904628DEST_PATH_IMAGE017
（12）
α 1——回弹前弯曲角，
α 2——卸载回弹后弯曲角；
则可根据式（12）计算出回弹前弯曲角α 1；
S5：理论压下量的计算：
计算压下量时，为了方便计算，假设材料与上模未完全包覆，且未包覆处间隙很小，误差可忽略，则理论压下量可推导计算公式为：
Figure 847177DEST_PATH_IMAGE018
（13）
h——理论压下量，
R d ——凸模模具半径，
R p ——凹模模具半径，
L——凹模圆心的距离。
在给定材料下，技术人员只需测量模具半径及距离，轻松得到压下量精确计算值，与传统计算比较更加方便快捷。
如图1-2所示，图1模具板材下压成形示意图，图2板材下压后JCO成形成品图。
实施例2
为了证实本发明，选用具不锈钢304材料板材为例，其中，板材厚度t =60mm，杨氏模量E=2.1×105MPa，厚向分布系数β=0.1，泊松比μ=0.3，硬化指数n=0.2，硬化系数K=1500，中性层偏移量e=2.5mm，板层距中间的板层距离z=9mm，回弹前中性层半径R 1 =580mm，凸模模具半径R d =280mm，凹模模具半径R p =150mm，卸载回弹后弯曲角α 2=22.5°。
对于压下量的计算，计算过程如下：
根据公式（4）计算出屈服点处的周向应变
Figure 613007DEST_PATH_IMAGE006
=1.428×10-6，具体计算过程如下：
将μ=0.3、E=2.1×105MPa、n=0.2、β=0.1、z=9mm、t=60mm、K=1500代入公式（4）中得：
Figure 33624DEST_PATH_IMAGE006
=1.428×10-6
根据公式（5）计算出回弹前弯矩，具体计算过程如下：
将
Figure 506194DEST_PATH_IMAGE006
=1.428×10-6、R 1 =580mm、t=60mm、n=0.2、μ=0.3、K=1500、e=2.5mm代入公式（5）中得：M b =813964.584MPa。
根据公式（10）计算出回弹后中性层半径R 2 =660mm，再根据公式（12）计算出回弹前弯曲角α 1=25.6°。具体计算过程如下：
将
Figure 150802DEST_PATH_IMAGE006
=1.428×10-6、R 1 =580mm、t=60mm、n =0.2、μ=0.3、K=1500、e=2.5mm代入公式（11）中得：R 2 =660mm。
将R 2 =660mm代入公式（12），求出回弹前弯曲角α 1=25.6°。
根据公式（13）计算出理论压下量，具体计算过程如下：
将R d =280mm、R p =150mm、L/2=160mm、α 1=25.6°代入公式（13）中得：h=23.9mm。
通过计算得出的理论压下量为23.9mm，而实测压下量为25.1mm，误差为4.78%，比目前通用工艺提高了计算精度，有效的改善了板材JCO成形工艺精度。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进、部件拆分或组合等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种厚板JCO成形工艺压下量的计算新方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：利用实验测量得到厚向强化线性分布曲线，建立厚板材料应力—应变曲线数学模型，得到理论屈服点处的等效应力
Figure 846197DEST_PATH_IMAGE001
：
厚板应力—应变曲线数学模型为：
Figure 120052DEST_PATH_IMAGE002
（1）
设理论屈服点处等效应力为
Figure 283DEST_PATH_IMAGE003
，则有：
Figure 359589DEST_PATH_IMAGE004
（2）
E——弹性模量，
n——材料硬化指数，
t——板材厚度，
K——硬化系数，
z——任意板层到中心层距离，
β——厚向分布系数，
Figure 452310DEST_PATH_IMAGE005
——理论屈服点处的等效应力；
根据E、K、β、z、t计算出理论屈服点处的等效应力
Figure 721618DEST_PATH_IMAGE001
；
S2：计算出理论屈服点处的周向应变
Figure 756439DEST_PATH_IMAGE006
：
Figure 353773DEST_PATH_IMAGE007
（3）
μ——泊松比，
Figure 499453DEST_PATH_IMAGE006
——理论屈服点处的周向应变；
根据式（2）、（3）所以周向应变则有：
Figure 498633DEST_PATH_IMAGE008
（4）
根据
Figure 579721DEST_PATH_IMAGE005
、μ、E则可计算出理论屈服点处的周向应变
Figure 648040DEST_PATH_IMAGE006
；
S3：回弹前弯矩的计算公式：
回弹前弯矩M b ：
Figure 348143DEST_PATH_IMAGE009
Figure 716676DEST_PATH_IMAGE010
（5）
M b ——回弹前单位板料上弯矩，
R 1——回弹前中性层半径，
y——任意一点距离中性层距离；
S4：回弹后弯曲角的计算公式：
根据卸载定律以及弯矩求出回弹后中性层半径，并计算出回弹前弯曲角α 1；
待板料进入弹塑性弯曲状态后，卸除外载，弹性部分消失，塑性部分保留下来，板料不能完全恢复，其弹复应力σ C与弹复应变ε C的表达式分别为：
Figure 437508DEST_PATH_IMAGE011
（6）
Figure 275014DEST_PATH_IMAGE012
（7）
R 2——卸载回弹后中性层半径；
其弹复弯矩M C 为：
Figure 762496DEST_PATH_IMAGE013
（8）
由卸载定律可知，弹复弯矩等于加载时的弯矩，即：
Figure 736268DEST_PATH_IMAGE014
（9）
根据式（5）、（8）、（9）得：
Figure 283793DEST_PATH_IMAGE015
（10）
其中，
Figure 202070DEST_PATH_IMAGE016
（11）
假设弯曲前后弧长变化很小，偏差可以忽略不计，则可设弧长前后相等，即：
Figure 243975DEST_PATH_IMAGE017
（12）
α 1——回弹前弯曲角，
α 2——卸载回弹后弯曲角；
则可根据式（12）计算出回弹前弯曲角α 1；
S5：理论压下量的计算：
计算压下量时，为了方便计算，假设材料与上模未完全包覆，且未包覆处间隙很小，误差可忽略，则理论压下量可推导计算公式为：
Figure 55942DEST_PATH_IMAGE018
（13）
h——理论压下量，
R d ——凸模模具半径，
R p ——凹模模具半径，
L——凹模圆心的距离。
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