目前,我国的铝型材加工企业在挤压工艺制定和挤压模具设计过程中,很大程度上依赖设计人员的经验,导致模具设计周期长、成本高,且产品质量得不到保证。因此研究铝型材挤压过程的机理和金属流动规律,进而为工艺和模具设计提供理论,就显得尤为重要。
通过研究发现目前铝型材中的实心型材多采用有限元法和有限体积法,而针对空心型材的数值模拟研究很少。因此研究空心型材挤压过程的数值模拟方法对于合理设计挤压工艺和模具结构、减少试模时间和提高型材质量都具有十分重要的意义。
本文以矩形管铝材的挤压为例,分别采用有限元法和有限体积法进行数值模拟,分析两种方法对于空心型材挤压模拟的可行性和模拟精度。
当变形材料流入焊合室以后,模拟计算变得比较困难,需要频繁的网格重划,所需模拟时间显著增加,模拟结果精度下降,但模拟仍然可以有效进行
当变形材料进入工作带时,模拟过程变得异常困难,几乎每经过一步模拟就必须重新划分网格,体积损失严重;在焊缝处,由于频繁的网格重划,相邻分流孔内流出的金属无法焊合在一起,甚至出现体积缺失的情况,仿真结果已经严重失真,难以继续进行下去。
由于有限元方法对此矩形管材的挤压模拟因为长宽不等而无法避免金属网格节点的自焊合问题,且该模型使用的是四个分流孔,所以其1/4模型总是存在两股料流在焊合室接触重新焊合的问题。分析原因是:
①矩形管挤压为大变形挤压问题,有限元模拟过程中,由于网格畸变严重,需要频繁的网格再划分,每次网格划分都存在几何上的近似,即每次划分的新网格与旧网格总是存在一定的差异,当几个模拟步骤内划分次数较多时,几何形状就会发生较大差异。
从模拟出错时的网格可以看出,焊缝处的三角平面上的每一条边并不是由两个三角平面共享。这就意味着在实际模拟中,表面上变形材料充满了焊合室完全焊合,实际还是两股料流,在后面的步骤里可见断裂,导致计算失真停止。
②每次网格划分后,边界节点与模具边界的接触条件也相应地进行了重新确定,频繁的网格划分引起的几何形状的变化会导致部分边界节点并没有发生真正的接触,而边界节点的接触条件是导致模拟结果(特别是变形体几何形状的模拟结果)失真的主要因素。
此外表示凸模行程为28mm时的模拟结果,从模拟开始到图表示的位置,总计模拟时间50h,网格重新划分了92次。因此,无论是模拟精度还是运算效率,有限元法都不是模拟矩形管铝材挤压过程的有效算法。
大口径方管是一种具有中空截面、周边没有接缝的长条钢材。
大口径方管,钢管具有中空截面,大量用作输送流体的管道,如输送石油、天然气、煤气、水及某些固体物料的管道等。钢管与圆钢等实心钢材相比,在抗弯抗扭强度相同时,重量较轻,是一种经济截面钢材,广泛用于制造结构件和机械零件,如石油钻杆、汽车传动轴、自行车架以及中用的钢脚手架等。用钢管制造环形零件,可提高材料利用率,简化制造工序,节约材料和加工工时,如滚动轴承套圈、千斤顶套等,已广泛用钢管来制造。钢管还是各种常规不可缺少的材料,管、炮筒等都要钢管来制造。钢管按横截面积形状的不同,可分为圆管和异型管。由于在周长相等的条件下,圆面积,用圆形管可以输送更多的流体。此外,圆环截面在承受内部或外部径向压力时,受力较均匀,因此,绝大多数钢管是圆管。 但是,圆管也有一定的局限性,如在受平面弯曲的条件下,圆管就不如方、矩形管抗弯强度大,一些农机具骨架、钢木家具等就常用方、矩形管。根据不同用途还需有其他截面形状的异型
实际应用
1.结构用大口径方管(GB/T8162-1999)是用于一般结构和机械结构的大口径方管。
2.流体输送用大口径方管(GB/T8163-1999)是用于输送水、油、气等流体的一般大口径方管。
3.低中压锅炉用大口径方管(GB3087-1999)是用于制造各种结构低中压锅炉过热蒸汽管、沸水管及机车锅炉用过热蒸汽管、管、小烟管和拱砖管用的碳素结构钢热轧和冷拔(轧)大口径方管。
4.高压锅炉用大口径方管(GB5310-1995)是用于制造高压及其以上压力的水管锅炉受热面用的碳素钢、合金钢和不锈耐热钢大口径方管。 5.化肥设备用高压大口径方管(GB6479-2000)是适用于工作温度为-40~400℃、工作压力为10~30Ma的化工设备和管道的碳素结构钢和合金钢大口径方管。
6.石油裂化用大口径方管(GB9948-88)是适用于石油精炼厂的炉管、热交换器和管道大口径方管。
7.地质钻探用钢管(YB235-70)是供地质部门进行岩心钻探使用的钢管,按用途可分为钻杆、钻铤、岩心管、套管和沉淀管等。
8.金刚石岩芯钻探用大口径方管(GB3423-82)是用于金刚石岩芯钻探的钻杆、岩心杆、套管的大口径方管。
9.石油钻探管(YB528-65)是用于石油钻探两端内加厚或外加厚的大口径方管。钢管分车丝和不车丝两种,车丝管用接头联结,不车丝管用对焊的方法与工具接头联结。
10.船舶用碳钢大口径方管(GB5213-85)是制造船舶I级耐压管系、Ⅱ级耐压管系、锅炉及过热器用的碳素钢大口径方管。碳素钢大口径方管管壁工作温度不**过450℃,合金钢大口径方管管壁工作温度**过 450℃。
方管、矩形管、圆管是使用量非常大的型钢类产品,除了无缝管,常见的这三种管材多是以冷弯、焊接而形成成品,是冷弯型钢生产线产品的其中几种,所以用板材冷弯焊接成型的管材归属于冷弯型钢产品。
冷弯型钢是钢带在常温条件下经过一组纵向排列的轧辊,逐步变形,达到符合使用要求的形状尺寸,再经确定尺寸剪切成相应长度,这种产品就是冷弯型钢。
如果在机组中配有焊接设备(如高频焊、氩弧焊等)还可生产闭口断面的冷弯型钢。而闭口冷弯型钢常见的就是方矩形管和圆管,当然还有P、D等各种异型管。
热轧和冷轧的主要区别是:
1、 冷轧成型钢允许截面出现局部屈曲,从而可以充分利用杆件屈曲后的承载力;而热轧型钢不允许截面发生局部屈曲。
2、热轧型钢和冷轧型钢残余应力产生的原因不同,所以截面上的分布也有很大差异。冷弯薄壁型钢截面上的残余应力分布是弯曲型的,而热扎型钢或焊接型钢截面上残余应力分布是薄膜型。
3、热轧型钢的自由扭转刚度比冷轧型钢高,所以热轧型钢的抗扭性能要**冷轧型钢。
方矩型管、圆管应用
各行业对冷弯型钢有不同的要求,而方矩型管、圆管应用也是多种多样,例如:
汽车制造:大客车多数用闭口的方矩形钢和异形钢,货运汽车多数用开口冷弯型钢,车辆如消防车、工程车多数用方矩形和异形冷弯型钢等。
输电铁塔:在高压长距输电铁塔中,高强耐腐结构钢管已在各地试用。
工程机械:起重机升降臂、支撑臂、塔式吊车构架用冷弯型钢。
建筑行业:钢结构(梁、柱)、维护结构、屋面、墙面、门窗、装璜用冷弯型钢。
水利工程:塑钢复合管用于城市生活用水输送、大口径螺旋焊管用于大型水利工程。
家具:凳、椅、橱、床等为冷弯型钢。
在工业上不锈方管主要用来做一些输送管道,当然在建筑行业中它的运用就较为广泛了,比如用作楼梯扶手,护窗,栏杆,马路隔断等等,目前,许多的产品都用到了不锈钢管,例如自行车,器械,汽车等等。
不锈方管被广泛的使用,当然也是有一定的原因的,其中主要的就是其使用寿命很长,具有很好的抗腐蚀性,并且本身自重较轻,但强度很大,为产品减少了负重,增加了其承受能力,让消费者用得较加的放心。
锈钢管的规格一般只看其内径以及壁厚,其长度都是可以根据消费者的需求决定的,市面上常见的不锈钢管的规格大致有:内径6.0mm以上,壁厚13mm以下;内径大于30mm,壁厚大于1.2mm;内径大于30mm,壁厚小于1.2mm等。
佛山市央泽钢铁有限公司是集产、仓库、加工、配送为一体的钢材销售公司。专业供应:镀锌角钢、镀锌槽钢、镀锌圆钢、镀锌扁钢、镀锌光伏支架。 公司分为四个事业部: **:型材事业部主营:槽钢.角钢.H型钢.工字钢.C型钢.Z型钢 *二:钢管事业部主营:方管.圆管.镀锌方管.镀锌圆管.无缝钢管.螺旋管.球墨铸铁管 *三:钢板是业主主营:开平板.花纹板.中厚板.船板.镀锌板 *四:钢材加工事业部主要从事钢板裁剪、切、钻孔、折弯、焊接加工。 公司位于广东省佛山市顺德区乐从镇钢铁世界F3区4号整栋 "精诚合作、携手共赢"是公司的经营宗旨、严把质量关、提供完善的售后服务、欢迎新老客户前来考察洽谈。