《对EJMA第8版2005年补遗中成形态不锈钢波纹管屈服强度计算方法的探讨》由会员分享，可在线阅读，更多相关《对EJMA第8版2005年补遗中成形态不锈钢波纹管屈服强度计算方法的探讨（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、对E J M A 第8 版2 0 0 5 年补遗中成形态不锈钢 波纹管屈服强度计算方法的探计齐心1 孟奇2 闻超英2( 1 厦门铭光机械制造有限公司，鞍山1 1 4 0 0 3 ；2 沈阳宏奇热力设备制造厂，沈阳1 1 0 1 2 7 )摘要：在E J M A 2 0 0 5 补遗中波纹管材料的屈服强度按公式计算，作者在试用这些公式中，提出若干质疑。在选用成形方法系数时，提出了一些个人看法供参考。美键词：屈服强度；波纹管成形系数；成彤方法系数D i s c u s s i o no nt h ey i e l ds t r e n g t hS yo fs t a i n l e s ss t
2、 e e lb e l l o w s( a sf o r m e dc o n d i t i o n ) i nE J M A8 t he d i t i o n2 0 0 5a d d e n d aQ iX i n lM e n gQ i 2W e nC h a o y i n 9 2( 1 X i aM e nM i n gG u a n gM a c h i n e r yM a n u f a c t u r i n gC o ，L T D ，A nS h a n1 1 4 0 0 32 S h e nY a n gH o n gQ iT h e r m oM a c h i n
3、 e r yF a c t o r y ，S h e aY a n g1 1 0 1 2 7 )A b s t r a c t ：T h ey i e l ds t r e n g t ho fs t a i n l e s ss t e e lb e l l o w s ( a sf o r m e dc o n d i t i o n ) b ec a l c u l a t e db yf o r -m u l a ei nE J M A2 0 0 5a d d e n d a ，d u r i n ga p p l i c a t i o no ft h e s ef o r m u
4、l a e ，t h ea u t h o rs u g g e s t e ds o m eo b j e c t i o n si nf o r m u l a eo f F s F o rs e l e c t i n gt h ef o r m i n gm e t h o df a c t o rK f ，p r o p o s ea u t h o r i c o lo p i n i o nf o rr e f e r e u c e K e yw o r d ：y i e l ds l r e n t h ；b e l l o w sf o r m i n gc o e f f
5、 i c i e n t ；f o r m i n gm e t h o df a c t o r1 前言E J M A 标准2 0 0 5 补遗中对成形态波纹管材料的屈服强度的计算方法作了大幅度的改进，摘录如下：( 1 )y =( 1 ) “C m = 1 5 匕。( 介于1 5 和3 0 之间) 用于未经退火的波纹管( 有冷作硬化)( 2 )E 。= 1 + 9 9 4 1 0 2 ( 耳只) 一7 5 9 1 0 4( K f ，) 2 2 4 1 0 6 ( K f ，) 3 + 2 2 1 1 0 8( K ，t ) 4( 3 )( 用于奥氏体不锈钢)巧= 1 ( 用于胎具胀形或辊轧
6、成形)耳= 0 6 ( 用于液压成形、橡胶模成形或气胎成形)( 4 )6 2 删o o I n ( 1 - 警) 州t + 割A 。= 【2 7 r ( r m ) +2 【手一2 ( r m ) 】。+ W 一2 ( r m ) 2t p n( 6 )式中S r = 成形后( 经过冷作硬化) 波纹管材料在 设汁温度下的屈服极限，( M P a ) ；C 。= 低于蠕变温度时的材料强度系数；t 。= 屈服强度因子；酶= 成形方法系数；t = 波纹管成型变化率，( ) ；A 。= 单个波纹管横截面的金属面积，( m m 2 ) ；k = 波纹管波形的平均半径，( m m ) ；D 6 = 波纹管
7、直边段和波纹的内径，( m m ) ； W = 波高与波纹管材料厚度之差，( f i l m ) ；q = 波距，即相邻两波对应点的距离，( 1 “ 1 1 1 1 1 ) ；n = 多层波纹管中厚度为材料层数；t p = 波纹管单层材料在平均直径D 。处的实 际厚度( 即考虑到在成形过程中厚度减薄) ，( m m ) ； 匦 “心D 。D 。= 波纹管波纹的平均直径，( I R a ) ；与E J M A 2 0 0 0 补遗相比，2 0 0 5 补遗的改进是材料强度系数不再是常数3 ，而是根据成形过程表1中管坯应变量的大小( 冷作硬化的程度) 在1 5至3 0 间变动，( 相应的屈服强度因
8、子则在1 至2间变动) 。下限C 。= 1 5 相当于退火态，而上限则可理解为如按( 3 ) 式计算，匕。 2 ，则令t 。=2 ，而C 。= 3 。C 。和E 。为变量解决了扩径比较小的大直径波纹管材料的屈服极限s ，不致取得过大，而设置上限，使c 。3 ，则也限制了相对波高较大的小直径波纹管的s 。取值，下面将S U S 3 0 4钢在不同冷加工量的心服极限资料值和按E J -M A 2 0 0 5 补遗方法计算值列表l 比较：冷加工量( )0371 01 1 11 42 04 0S y资料值2 3 43 0 9 84 1 0 8 74 6 54 8 85 5 l6 7 l9 3 0( M
9、 P a )计算值2 3 43 0 23 8 7“84 6 94 6 94 6 94 6 9从表1 可以看出，按2 0 0 5 补遗的计算方法屈服强度S ，随冷加工量的增加而增大，但到一定程度后( L 。= 2 ，相当于一只一1 1 1 ) 就不再增大了，我们理解这是出于安全考虑。至于应变量的计算则采用两个互相垂直的分量，第一部分2 I V D 。是波纹管的扩径率是成形过程中发生在波峰顶部的切向应变；而第二部分n 。2 r 。则是发生波峰处的子午向弯曲应变，两者的方向互相垂直，可以借用矢量和的方法求其合量。经过对2 0 0 5 补遗的学习、理解和应用，我们感到此方法似有可探讨之处：1 ( 5
10、) 式根号中第二部分m 。2 r 。中的层数n应删。理由如下：如果是厚度为t 的单层管坯弯曲成形，在板材厚度一半处为中性层，长度不变，中性层的外侧受拉，里侧受压，外表面的最大拉伸应变值为( t J 2 ) r 。，t J 2 r 。中性层处虽长度不 变，但却有巨大的剪切应变( 图l a ) 。如为多层，则在每一层的J 事度巾点，有一长度不变的中性层，其外侧受拉，里侧受压，两层的接触处有滑动，外层的里侧向波谷滑动，而里层的外侧则向波峰滑动。各层的应变分布如图1 ( b ) 。而如图1 ( c ) 所示的双层波纹管应变分布情况，则相应的应力( 不论是弹性或弹塑性应力) 也都是外层受拉，里层受压，从
11、力的平衡来看，外层与里层材料的接触面上就必须有相当于I A o r d A 的摩擦力，而这是不可能的。因此多层波纹管成形时波峰外表面的最大弯曲应变应为( t 。2 ) ( r 。+ ( n 一1 ) 2 t 。) ，或近似地取为t 。2 r 。卒牵牵“)( c )图l2 试算比较。根号中的第一部分也应改为 1 n ( 1 + 警) 】2 ，理由很简单不必论证。仅用一例试算，以作比较。例：多层波纹管D = 1 0 2 0 ，q = 7 6 ，W = 6 0 n t = 4 1 2 ，t p = 1 1 6 6 2 ，I “ m = 1 6 5 则2 W D b = 0 1 1 7 6 4 7 ，
12、t p 2 r 。= O 0 3 5 3 3 9 正确算法F 。= 1 0 0 以丽币瓦而面函丽两矿= 1 1 6 5 2 1 如按( 2 0 0 5 ) 原式计算F 。= 1 0 0 k ( 1 1 1 7 6 4 7 ) 2 + ( 1 n 1 0 3 5 3 3 9 ) 2= 4 7 2 9 2 4 显然第二种方法足错误的。3 对成形变化率的计算和成形方法系数取值的理解。t 计算式( 5 ) 中的应变分量2 W D b 和k 2 r m 都是波峰顶部直径最大处的数值，在平均直径D 。处的切向应变为W D 6 ；子午向弯曲应变为6 3 零，而在波谷处的切向应变为零；子午向弯曲应变为一t J
13、 2 r ) ，如何求取一个适用于整个波纹截面 积A ，的有效总应变呢? 2 0 0 5 补遗采用的方法是在F ，的计算式中用l n ( 1 + X ) 代替x ，并在计算完毕后再乘以成形方法系数K ，。将l n ( 1 + 互) 按幂级数展开，则1 n ( 1 + x ) = 盖X r 2 + 了9 3 X 了4 + ( 一1 ) “笠+ ( 7 )I n ( 1 + X ) 与x 的量纲相同，当0 X l 时，I n ( 1 + J ) x ，列表比较如下：表2x00 100 200 30 0 500 70101 0 50 1 l01 201 5O 2 ) 2 5I n ( 1 + ) D
14、 0 0 9 9 50 0 1 9 80 0 2 9 60 0 4 8 80 0 0 7 70 0 9 5 30 0 9 9 8n 1 0 401 1 30 1 40 1 8 20 2 2 3等产| o9 9 509 90 9 8 509 7 60 9 6 6 50 9 5 30 9 5 l0 | 9 4 80 9 4 40 9 3 20 9 1 1O 8 9由表2 可见，在本汁算方法适用范围( 2 W D及f 。2 r 。都不大于0 ，2 ) 内，I n ( 1 + X ) 与x 的比值不小于0 9 1 ，再乘以液压成形法的畸= 0 6 ，基本上就是最大应变量的I 2 左右，也就是说，用相当
15、于平均直径D 。处的平均应变量来代人式( 3 ) ，以计箅。4 成形方法比较波纹管成形过程中的冷加工硬化除了形状改变( 延伸和弯曲) 的应变能外，还有加工模具表面与管坯接触点存在有使管坏变形的接触压力，并伴有相对运动( 滚动或滑动) 而使管坯材料表面局部硬化。在液压、气压或弹性模成彤过程中，端模与管坯直边段接触，剖分模与管坯波谷部位接触，并承受内压造成的径向力，但不发生相对运动，所以管坯材料没有表面局部硬化，各种机械成形的模具( 扇形瓣、鞋轮等) 都与管坯的内外表面接触，并传递压力使管坯扩径并弯曲成波，扇形瓣或滚轮还在管坯上滑动或滚动，这样就使这一部分材料产生附加的冷作硬化。以胀形法为例，胀形
16、开始时扇形瓣与管坯内表面( 直径巩) 接触于A o B o 两点，中间部份不接触( 因为扇形瓣的外圆曲率P D 6 2 + 形) ，至胀形完毕，则接触点从A“滑移至A ：同时波峰直径扩大为D + 2 W ，由于滑动阻力的作用，管坯的A ”A 与B 曰“段比A 8 段的延伸率要大，因而产生额外的玲作硬化，这很容易验证，只要在管坯外表面先画上2 N 或3 N 根母线，胀形开始时使扇形瓣的叶1 心对上相邻两母线的中问，胀形完毕后就可明显看出这种现象。根据我们多次试验，延伸率的不均匀在2 0 至3 0 之问，随扇形瓣外半径P 与D 。2 的比值，角部圆角半径r 0 及模具在面光洁度而异。滚轧成形法6 4 有单波连续成形与多波一次成形两种，单波连续成形的原理与胀形法相似，可称之为旋转胀形法，这种方法管坯
