辊弯成型异形管角部硬度变形规律的研究

发布时间:2023-04-11 14:11 浏览次数:301
摘要:通过对冷弯成型异管角的研究,分析总结出其变形规律。在生产异型管时,避免产生不利因素。

主题词:辊弯成型异型管加工硬化应力分析

序言:由圆管加工成方矩形管的辊式冷弯成型的主要变形方式为横向弯曲变形,而弯曲最大的部位是方矩形管的角部。为此,我公司对焊管Q235成型的各种规格方矩型管进行许多试验,利用硬度仪对现有的方矩形管产品的内外角进行硬度分析。从对方矩形管的成型进行受力分析可知,角部主要变形为弯曲变形,另外附加变形有纵向拉伸变形、扭曲变形等。
试验条件:实验中所用设备如图1所示,采用试样材质为Q235
试验目的:采用同一钢种、不同批次、不同外径尺寸的材料制成不相同成品的方、矩形及异型管的形状,尺寸和角部成型后的硬度进行测试比较。表1为试验条件。
试验结果和考察:加工后不同位置的硬度比较:取-矩形管为样,分别在角部、平直段取样(如图2所示)做硬度测量,其结果如下表2、3和图3、4、5所示。

表2  1#、2#样周向硬度分部

原料焊接圆管外部的硬度分布如下:

通过以上的图表数据可以分析出如下结果:
比较1#、2#式样的硬度,1# 式样的硬度值高于2#试样,主要是因为1#试样在变形过程中有弯曲部分,变形量较2#试样大,由于加工硬化作用使Hv1#> Hv2#, 且在1#、2#试样中,Hv内> Hv外> Hv中>;就1#、2#试样相比, 2#的硬度分布均匀,1#硬度外层起伏较大,这主要是因为1#是角部,变形量大,内外表层表面应力状态不同。外表面为拉应力,内表面为压应力。内层二向压应力使微观晶粒组织变的细小致密,由于晶粒细化作用则内层硬度最高;在外层受两向拉应力,使之微观结构变得细长,内应力增加,硬度也较高;而中部由于是冷弯生产,只有最外层扎辊施力使之变形,因此弯曲变形作用-般渗透不到中层,故硬度也较低,使之从断面上看,内、中、外变形不均,硬度呈现内高,外次之,中心层最小现象。就成品与原料相比,原料硬度分布均匀,,成品分布不均匀且硬度值较高,同样还是由于加工硬化,金属流动不均匀性造成的。其平均的硬度差值如下:

内表层: Av方矩型管-Av 圆管=158
外表层: Av方矩型管-AV 圆管=90
中心层: Av方矩型管-AV 圆管=52
对于复杂截面的异型管(如图6所示)
角部硬度分布情况见下面7、8、9、10和表3、4


表4 2#样周向及径向硬度分布表






由以上图表可见大变形的异型管较普通的方矩型管硬度

分布规律性不明显。1# 样件其角部近90度变形量较2#

样件小,其规律较明显,周向硬度排布为:内层硬度>外

层硬度>中心层硬度,而变形量较大的2#样件它的周向

硬度分布较杂乱,总的趋势为:内层硬度>外层硬度>

中心层硬度。其间各层间硬度大小有交叉现象,主要是因

为变形量过大,金属流动不均匀。



从图中曲线可看出,在每一条曲线上都有内、中、外层的点,曲线的起伏也就可见三层硬度大小的不同。该曲线图反映的规律同周向硬度分布情况一样:一般为内层硬度最高,外层次之,中心层最小。
1#样件反映的该规律较明显,2#样件稍有区别之处即左端一条经向曲线表现得中心层处硬度不是最小的,这主要是2#样件是异型管中小角部,它的变形量最大,因此径向中心层也能渗透到内外层的变形,也有-定的硬化作用,硬度提高。而且变形量次之则反映的规律正常。
结论:根据以上的结果归纳如下主要变形规律:角部的硬度普遍高于平直部,且试件内层硬度最高,外层次之,中心层的硬度最低。但对于异型管有时中心层硬度并不比外层低,这是因为变形量大,金属流动不均匀的缘故。

参考文献
1.冷弯成型角部变形规律研究。日本塑性加工学会论文集。
2、李国忠,王长春。冷弯型钢变形特征分析及实验测定。江苏冶金,1990.6.2