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小木蟲論壇-學術科研互動平臺 » 材料區(qū) » 金屬 » 基礎研究 » 【其它】瞄準彎管加工中的基礎研究
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【其它】瞄準彎管加工中的基礎研究
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瞄準彎管加工中的基礎研究 -------------------------------------------------------------------------------- 作者:張雙虎 發(fā)表時間:2009-08-17 摘自:科學時報 彎管是工業(yè)領域應用廣泛的重要零部件。長期以來，彎管加工成型時凸邊管壁受拉減薄或開裂、凹邊管壁受壓增厚或起皺，以及管道截面扁平型變問題，是困擾加工業(yè)的世界性難題。在多項國家自然科學基金的持續(xù)支持下，山東建筑工程學院副校長鹿曉陽研究小組經(jīng)過20多年探索，對彎管成型理論、工藝參數(shù)設計和工裝設備應用等問題進行了系統(tǒng)研究，從根本上改變了我國彎管加工技術缺乏理論指導的問題。該系列研究成果應用于工業(yè)生產(chǎn)后，取得了良好的社會經(jīng)濟效益。 從基礎研究著手解決問題 彎管處是管道的關鍵部位。工業(yè)生產(chǎn)中很多管道輸送網(wǎng)絡都要求能承受高溫、高壓，當管道內的流體轉彎時，會對彎管凸邊型成較大沖擊，在彎管凹邊一側反而型成減壓區(qū)�！皞鹘y(tǒng)彎管加工工藝會造成凸邊管壁受拉減薄、凹邊管壁受壓增厚，從而出現(xiàn)彎管受力大的地方薄弱、受力小的部位反而變厚的不合理現(xiàn)象。這一工藝缺陷是彎管爆裂問題的重要原因之一，也是引發(fā)爆炸、火災等惡性后果的隱患�！甭箷躁栒f。 1984年，鹿曉陽開始與吉林化建公司合作，著手研究等壁厚彎管新工藝問題。但我國工業(yè)加工領域缺少基礎技術資料、缺少基本理論支持和基礎數(shù)據(jù)的情況讓他的研究舉步維艱。1987年，鹿曉陽到山東建筑工程學院任教，意識到彎管加工工藝中理論研究的重要性，他開始在工程彈塑性理論及優(yōu)化設計、計算結構力學及計算機輔助設計和材料塑性加工新工藝及相關力學問題方面展開研究，并很快成為工程力學、結構工程和材料科學與加工工程三個碩士點的學科帶頭人。 不久，在山東省重點自然科學基金項目和國家自然科學基金等資助下，鹿曉陽開始了感應加熱推制等壁厚彎管新工藝的研究。該課題從彎管加工工藝的基礎理論研究開始，對實驗研究、數(shù)值模擬、理論分析到工程應用等一系列問題進行了探索。2001年，他主持的“多環(huán)中頻感應加熱推制等壁厚彎管新工藝”獲教育部中國高校技術發(fā)明獎一等獎；2003年，其研究成果“等壁厚彎管塑性成型理論及工藝工裝設備”獲國家科技進步獎二等獎。這時，該系列研究已歷時十幾年，課題組成員也換了四批，最艱難時只有鹿曉陽一人在堅持工作。 為彎管加工提供理論指導 “該研究以建立等壁厚彎管成型理論為基礎，給出以便于應用的具有理論依據(jù)的工藝參數(shù)設計新方法為目的，并在此基礎上研制相應工藝、工裝設備及工藝參數(shù)CAD系統(tǒng)。實現(xiàn)全部工藝設計微機化、主要工藝參數(shù)控制自動化，從根本上改變了彎管加工技術缺乏理論指導的生產(chǎn)現(xiàn)狀�！甭箷躁栒f。 天道酬勤。鹿曉陽主持的“等壁厚彎管塑性成型理論及工藝工裝設備”研究闡明了等壁厚彎管成型過程受力變型特點、力學原理及分析求解方法；闡明等壁厚彎管成型時金屬流動規(guī)律和塑性機理，揭示了該工藝區(qū)別于其他彎管工藝的本質特征。課題組建立了熱推彎管成型過程材料本構關系和描述彎管成型時應力、應變場的理論模型，并進行了實驗驗證。提出了彎曲變型與擴徑變型應保持的嚴格比例關系，即彎曲率與擴徑率之間的函數(shù)關系。給出了變曲率牛角芯棒軸線極坐標方程，為牛角芯棒外型設計奠定了基礎。 該研究中，課題組還提出了一種新型牛角芯棒設計方法，提出了加熱溫度與推制速度模糊優(yōu)化設計方法。研究人員據(jù)彎管塑性變型機理，采用質點運動學方法，建立了描述牛角芯棒外型的曲錐面向量方程，提出了一種變曲率牛角芯棒設計方法。并據(jù)彎管成型過程金屬流動規(guī)律，建立了精確的管坯尺寸計算公式。實驗表明，該公式明顯優(yōu)于《機械工程手冊》給出的經(jīng)驗公式。 “采用該方法設計管坯可節(jié)約大量管材。與原技術相比，不考慮節(jié)省的電力、人力和提高的設計、生產(chǎn)效率，僅節(jié)省管材一項，每生產(chǎn)一噸彎管就可節(jié)約管材275公斤，節(jié)省率為27.5%。”鹿曉陽說，“該課題還研制了相應的工藝、工裝設備及工藝參數(shù)CAD系統(tǒng)，實現(xiàn)了全部工藝設計微機化，為研制工藝參數(shù)的自動控制系統(tǒng)奠定了基礎�！� 彎管是工業(yè)各領域廣泛應用的重要零部件。等壁厚彎管在石油、化工、航海、航空和核工業(yè)領域具有重要用途，在高溫、高壓和酸堿腐蝕環(huán)境中具有特殊意義。等壁厚彎管塑性成型理論及工藝工裝設備相關研究成果被企業(yè)采用后，所生產(chǎn)的彎管大量應用于國家重點建設項目萬噸乙烯工程、萬噸高碳醇工程、萬噸合成氨工程和多家石化企業(yè)。經(jīng)檢驗，彎管質量超過國外同類產(chǎn)品，不僅取代了進口，而且遠銷日本、美國和東南亞等地，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟和社會效益。 將研究推向深入 2005年，在國家自然科學基金等項目的資助下，變壁厚等強度彎管塑性成型理論與實驗研究啟動。同年，鹿曉陽設計的牛角芯棒熱推彎管新工藝及工藝參數(shù)計算機輔助設計系統(tǒng)獲山東省科學技術進步獎二等獎。 牛角芯棒熱推彎管工藝是現(xiàn)有各種彎管工藝中最為經(jīng)濟有效的一種，它采用中頻感應加熱，在牛角芯棒上用連續(xù)推制成型的方法加工彎管，避免了傳統(tǒng)彎管工藝成型時彎管凸邊管壁受拉減薄，凹邊管壁受壓增厚而造成的彎管壁厚不均勻現(xiàn)象。“但當時本工藝各種工藝參數(shù)的確定多年一直停留在實驗經(jīng)驗水平階段。生產(chǎn)過程缺乏理論指導。成型理論研究基本屬于空白�！甭箷躁栒f。 據(jù)介紹，該研究分析了牛角芯棒熱推管管成型過程瞬時應力，應變狀態(tài)及其演化過程，闡明了彎管成型時的受力變型特點，揭示了彎管型成過程所遵循的力學原理及其分析求解方法，為牛角芯棒熱推彎管成型理論研究了奠定基礎。 科學問題從實踐中來，科學研究要解決實際問題。今年年初，鹿曉陽申請的國家自然科學基金項目——“變壁厚彎管工藝參數(shù)設計理論與方法研究”又獲得了國家自然科學基金的支持。鹿曉陽和他帶領的研究團隊又開始著手解決新的彎管加工生產(chǎn)課題。 |
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