王占一，劉曉立,2，馬希青，王艷輝，閆賓，張望成

TA2圓管輥彎成型邊波缺陷及機(jī)理研究

王占一1，劉曉立1,2，馬希青1，王艷輝1，閆賓3，張望成4

（1.河北工程大學(xué) 機(jī)械與裝備工程學(xué)院，河北 邯鄲 056038；2.金馬工業(yè)集團(tuán)股份有限公司，山東 日照 276826；3.安陽(yáng)工學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，河南 安陽(yáng) 455000；4.湖南湘投金天新材料有限公司，湖南 益陽(yáng) 413002）

為消除TA2薄壁圓管在輥彎成型過(guò)程中產(chǎn)生的邊波缺陷，研究分析不同成型方法中TA2薄壁圓管焊縫處縱向應(yīng)力及應(yīng)變大小的變化規(guī)律。運(yùn)用專業(yè)型鋼軟件COPRA RF和有限元MSC.MARC商業(yè)軟件建立符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的三維薄壁圓管模型，展開(kāi)多機(jī)架連續(xù)輥彎成型過(guò)程的有限元仿真，并進(jìn)行輥彎成型試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果表明，成型方式不合理是引起TA2薄壁圓管輥彎成型邊波的重要原因。隨著道次間成型結(jié)束后塑性應(yīng)力與縱向應(yīng)力的累積，TA2薄壁圓管焊縫處出現(xiàn)褶皺現(xiàn)象，即薄壁圓管產(chǎn)生邊波缺陷。通過(guò)有限元分析及TA2純鈦薄壁圓管生產(chǎn)試驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，基于普通成型法加工的薄壁圓管焊縫處失穩(wěn)區(qū)輥彎縱向應(yīng)變波動(dòng)峰值由0.6%降低到基于上山法成型的0.3%。使用上山法可以消除TA2純鈦薄壁圓管在輥彎加工工藝中產(chǎn)生的邊波缺陷，提高了產(chǎn)品精度并為后續(xù)裝配提供了保障，研究結(jié)果為消除工業(yè)純鈦圓管邊波缺陷奠定了良好的理論基礎(chǔ)。

輥彎成型；純鈦；邊波；有限元；COPRA

TA2純鈦因其高強(qiáng)韌性、低密度及優(yōu)異的耐蝕性能等材料屬性，及其生產(chǎn)工序少、周期短、成材率高、制造成本低等制造特點(diǎn)，成為化工、發(fā)電、海水淡化等領(lǐng)域大型裝備在超長(zhǎng)、超薄管材應(yīng)用上的理想材料。

純鈦圓管在輥彎成型中產(chǎn)生較大的縱向應(yīng)變，即存在邊波缺陷，該缺陷嚴(yán)重制約了產(chǎn)品在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用與價(jià)值，邊波已是影響輥彎產(chǎn)品質(zhì)量不可忽視的問(wèn)題。輥彎成型是通過(guò)順序配置的多道次孔型的軋輥，在室溫下將板帶不斷地進(jìn)行橫向彎曲，成型為特定斷面型材的塑性加工工藝[1]。與其他加工工藝相比，輥彎成型工藝具有原材料利用率高、生產(chǎn)效率高和生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)[2]。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及，國(guó)內(nèi)外學(xué)者利用有限元仿真技術(shù)對(duì)簡(jiǎn)單截面輥彎成型過(guò)程進(jìn)行仿真模擬，并與試驗(yàn)相結(jié)合，展開(kāi)了由成型參數(shù)導(dǎo)致產(chǎn)品缺陷的相關(guān)研究。Hong等[3]利用MSC.MARC有限元軟件分析了成型角度、軋輥直徑和成型速度對(duì)板帶成型長(zhǎng)度的影響。劉繼英等[4]基于有限元數(shù)值分析和試驗(yàn)驗(yàn)證的方法，對(duì)金屬板帶輥彎成型的過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)分析，并對(duì)輥彎成型的成型工藝、成型順序和成型設(shè)備等多個(gè)方面進(jìn)行了研究與分析。Park等[5]建立了更為準(zhǔn)確的縱向應(yīng)變解析式來(lái)預(yù)測(cè)翹曲問(wèn)題，通過(guò)輥彎試驗(yàn)、有限元仿真驗(yàn)證了多步應(yīng)變預(yù)測(cè)模型的準(zhǔn)確性。Zhang等[6]提出，板帶在輥彎成型過(guò)程中的變形具有顯著的材料非線性、幾何非線性和邊界非線性。Paralikas等[7]利用ANSYS軟件對(duì)成型參數(shù)與應(yīng)力應(yīng)變的影響規(guī)律展開(kāi)了研究，通過(guò)豐富的經(jīng)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行了總結(jié)。韓飛等[8]通過(guò)試驗(yàn)與有限元仿真對(duì)變截面輥彎成型過(guò)程中的邊波進(jìn)行了研究。張寶等[9]通過(guò)有限元模型仿真與試驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，下山法在輥彎成型中對(duì)回彈等問(wèn)題都有減弱作用。孫達(dá)等[10]通過(guò)有限元仿真與試驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，在帽型件輥彎加工中，成型角度對(duì)邊波和縱向應(yīng)變有一定影響。曹建國(guó)等[11]發(fā)明了一種圓管柔性輥彎成型的方法。圓管成型的柔性輥彎成型技術(shù)包含籠式成型[12]和可利用“FFX成型機(jī)”實(shí)現(xiàn)在同一輥彎?rùn)C(jī)組上生產(chǎn)規(guī)定范圍內(nèi)各種規(guī)格圓管的Flexible Forming技術(shù)[13]。Nakajima等[14]提出了一種縱向應(yīng)變計(jì)算公式。Badr等[15]創(chuàng)建了一種新的純鈦本構(gòu)模型來(lái)研究其在輥彎過(guò)程中出現(xiàn)的回彈問(wèn)題。然而，純鈦薄壁圓管在智能輥彎加工過(guò)程中產(chǎn)生的邊波問(wèn)題卻并未得到關(guān)注，消除純鈦圓管在輥彎成型中出現(xiàn)的邊波缺陷已刻不容緩。

鈦及鈦合金管材的研制正向著高性能、低成本等方向發(fā)展，為消除TA2圓管在輥彎加工過(guò)程中出現(xiàn)的邊波缺陷，利用COPRA RF進(jìn)行輥彎設(shè)計(jì)并建立模型，以某廠家冷彎?rùn)C(jī)組作為試驗(yàn)機(jī)組，利用MSC.MARC對(duì)TA2圓管成型過(guò)程進(jìn)行仿真分析，對(duì)比仿真與試驗(yàn)的邊波結(jié)果得出成型規(guī)律，在TA2圓管上進(jìn)行綜合驗(yàn)證，為以后的工藝設(shè)計(jì)和調(diào)試生產(chǎn)提供一定的理論指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 材料

試驗(yàn)材料為某廠工業(yè)純鈦TA2，材料厚度為2 mm，化學(xué)成分見(jiàn)表1。TA2具有密度?。?.51 kg/m3）、熔點(diǎn)高（1 660 ℃）、耐腐蝕性強(qiáng)、比強(qiáng)度高等特性，適合于各種焊接，焊縫區(qū)有極好的流動(dòng)性，在輥彎成型工藝中應(yīng)用廣泛。

表1 TA2純鈦的化學(xué)組成

Tab.1 Chemical compositions of TA2 pure titanium wt.%

1.2 單軸拉伸試驗(yàn)

用SANS CMT5105電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，見(jiàn)圖1。其拉伸能力為100 kN，精度為0.002。按照GB/T 222.1—2010 A50，分別取45°方向、軋制方向和板帶橫向方向拉伸試件，用非接觸式應(yīng)變傳感器來(lái)測(cè)量試件應(yīng)變，拉伸速度為2 mm/min。每組拉伸3次并求平均值，TA2材料的力學(xué)性能見(jiàn)表2。

圖1 材料性能試驗(yàn)

表2 TA2力學(xué)性能

Tab.2 Mechanical properties of TA2

1.3 金相試驗(yàn)

試樣分別從同一管材未出現(xiàn)和出現(xiàn)邊波缺陷區(qū)域中截取，截取方向垂直于徑向，長(zhǎng)度、寬度均為2 cm，磨好的試樣使用4%硝酸酒精溶液侵蝕，制成觀察樣品并置于顯微鏡下仔細(xì)觀察，如圖2所示。通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，未出現(xiàn)邊波缺陷區(qū)域的晶粒仍保持其原有的單相α結(jié)構(gòu)，而出現(xiàn)邊波缺陷區(qū)域的晶粒組織明顯被拉長(zhǎng)甚至破壞。

1.4 TA2圓管模型的建立

工業(yè)的輕量化趨勢(shì)已成為主導(dǎo)方向，TA2比強(qiáng)度高的特點(diǎn)決定了TA2管材在相同強(qiáng)度條件下比其他金屬管材更輕、更薄。這也導(dǎo)致了TA2管材在加工過(guò)程中更容易縱向延伸超過(guò)材料的彈性極限，越薄的板輥彎時(shí)越容易失穩(wěn)而產(chǎn)生邊波，即TA2鈦板在輥彎加工過(guò)程中更容易產(chǎn)生邊波缺陷。本文結(jié)合作用在TA2板帶上的縱向應(yīng)力產(chǎn)生機(jī)理的成型工藝特點(diǎn)對(duì)TA2薄壁圓管模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，建立TA2圓管截面的分析模型，如圖3所示。

2 輥彎成型有限元模型的建立

2.1 建立有限元模型

TA2圓管的邊波問(wèn)題已經(jīng)嚴(yán)重制約了純鈦圓管的工業(yè)價(jià)值，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在解決輥彎成型中出現(xiàn)的各類問(wèn)題時(shí)都采取了有限元仿真與實(shí)際試驗(yàn)相結(jié)合的方法，并取得了有效的成果，因此，采取有限元仿真與實(shí)際試驗(yàn)相結(jié)合的方法對(duì)TA2圓管輥彎成型邊波缺陷及機(jī)理進(jìn)行研究。

針對(duì)TA2材料的特點(diǎn)，保證成型道次及其他成型參數(shù)一致，在只考慮成型方式不同的前提下利用COPRA RF進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)?？紤]3種不同的成型方式分別為：水平成型法、上山成型法和下山成型法。水平成型法是指保持板帶與軋機(jī)在同一水平線且無(wú)角度傾斜；上山成型法是將各個(gè)道次軋機(jī)軸線逐漸抬高；下山成型法則將各個(gè)道次軋機(jī)軸線逐漸降低，3種成型方法所得輥花圖如圖4所示。邊波即板材失穩(wěn)產(chǎn)生褶皺，也即板材發(fā)生屈服，因45°方向拉伸數(shù)據(jù)中的屈服強(qiáng)度更加貼合3組屈服強(qiáng)度數(shù)據(jù)的平均值，故輸入TA2純鈦材料泊松比0.37、彈性模量108 GPa、屈服強(qiáng)度373 MPa、極限抗拉強(qiáng)度441 MPa、伸長(zhǎng)率20%，以建立材料模型。此外，Sreenivas等[16]提出，對(duì)于成型寬度可變的高強(qiáng)度金屬板材，在成型復(fù)雜截面，尤其是應(yīng)用在汽車構(gòu)件中時(shí)，過(guò)度的縱向壓縮應(yīng)力會(huì)引起褶皺，但當(dāng)前的分析結(jié)果僅限于具有有限精度的可變寬度形狀，因此，建模未考慮賦予材料拉伸壓縮屬性。機(jī)架間距為400 mm，與實(shí)際生產(chǎn)線保持一致，原始板帶長(zhǎng)度取1 000 mm，滿足大于兩倍機(jī)架間距的要求，并保證同時(shí)有兩組軋輥參與成型。利用COPRA RF專業(yè)軟件將設(shè)計(jì)的輥花、軋機(jī)導(dǎo)入到MSC.MARC軟件中，獲得TA2薄壁圓管三維模型，如圖5所示。

圖2 TA2金相試驗(yàn)

圖3 TA2簡(jiǎn)化模型及板帶應(yīng)力示意圖

2.2 單元選取與網(wǎng)格劃分

研究對(duì)象為板帶，與板帶相比，軋輥發(fā)生的微小變形可以忽略不計(jì)，則選擇為解析剛體[17]。為了便于觀察，采用應(yīng)變區(qū)域網(wǎng)格細(xì)化、其余區(qū)域使用較粗網(wǎng)格的原則。網(wǎng)格為2層，整個(gè)板帶的節(jié)點(diǎn)為10 504個(gè)，單元為5 252個(gè)，網(wǎng)格密度控制參數(shù)設(shè)為2.6。為了保證仿真與試驗(yàn)條件相吻合，施加的約束如圖6所示，對(duì)于約束，所有節(jié)點(diǎn)沿軸線對(duì)稱面在方向進(jìn)行固定；對(duì)于約束[18]，軸線對(duì)稱面末端底部最后的3個(gè)節(jié)點(diǎn)在方向固定；對(duì)于約束，前后兩端所有的節(jié)點(diǎn)在方向固定。在對(duì)比不同成型方式仿真時(shí)，單元類型、網(wǎng)格密度和初始板帶尺寸都要選取一致[19]。

圖4 輥彎成型TA2圓管輥花圖

圖5 TA2薄壁圓管三維模型

2.3 TA2圓管輥彎試驗(yàn)

輥彎試驗(yàn)條件與仿真條件一致，試驗(yàn)機(jī)組如圖7a所示，金屬帶卷在生產(chǎn)及制備過(guò)程中留有殘余應(yīng)力[20]，大部分的殘余應(yīng)力在開(kāi)卷后可以使用精整矯直機(jī)消除[21]。此外，沖孔機(jī)沒(méi)有參與試驗(yàn)，即板帶沒(méi)有預(yù)沖孔，而輥彎?rùn)C(jī)組的導(dǎo)向輥防止板帶左右偏移，避免板帶走偏。冷彎成型會(huì)引起圓管橢圓度變化，但就目前所采用的成型工藝而言，其橢圓度變化小到忽略不計(jì)[22]，即仿真過(guò)程中出現(xiàn)的邊波現(xiàn)象與橢圓度變化無(wú)關(guān)。

在保證試驗(yàn)材料、設(shè)計(jì)方式、其余成型參數(shù)一致的前提下，分別使用普通成型法、下山成型法和上山成型法進(jìn)行輥彎試驗(yàn)。普通成型法制造出的產(chǎn)品有明顯的邊波缺陷，如圖7b所示，邊波缺陷嚴(yán)重影響了管材的精度，加大了其后續(xù)與其他構(gòu)件裝配的難度，制約了產(chǎn)品在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，大大降低了TA2薄壁圓管的工業(yè)價(jià)值。

圖6 有限元仿真模型

圖7 TA2鈦合薄壁金圓管輥彎試驗(yàn)

3 結(jié)果與分析

3.1 有限元仿真結(jié)果及驗(yàn)證

在考慮不同成型方式的前提下，分別利用有限元MARC軟件仿真預(yù)測(cè)輥彎成型邊波，有限元仿真結(jié)果如圖8所示。由圖8a可知，水平成型法仿真獲得的TA2薄壁圓管有明顯的邊波缺陷，對(duì)產(chǎn)品的工藝精度及后續(xù)裝配造成了極大影響，使產(chǎn)品的工藝價(jià)值大幅降低。值得關(guān)注的是，通過(guò)上山法成型的圓管上并未發(fā)現(xiàn)邊波現(xiàn)象，如圖8b所示；通過(guò)下山法成型的圓管上有微小的邊波缺陷，對(duì)下山法成型的仿真結(jié)果局部放大，邊波缺陷如圖8c所示，即使用上山成型法可以有效消除TA2薄壁圓管在輥彎成型中出現(xiàn)的邊波缺陷。

圖8 有限元仿真結(jié)果對(duì)比

3.2 TA2輥彎成型邊波分析

型材凹弧區(qū)邊腿在成型后縱向受拉，表面光滑無(wú)褶皺；當(dāng)其縱向壓應(yīng)力足夠大時(shí)，凸弧區(qū)邊緣會(huì)由于失穩(wěn)而褶皺，出現(xiàn)邊波缺陷[8]。為探究產(chǎn)生邊波缺陷的機(jī)理，使用水平成型法進(jìn)行輥彎成型有限元仿真。TA2板帶縱向彎曲發(fā)生在輥彎時(shí)的鉛垂面內(nèi)，是因?yàn)槲挥谶呁群透拱宀糠值目v向薄膜應(yīng)變不平衡而產(chǎn)生的。上立邊腿部分的縱向薄膜應(yīng)變?yōu)槔?，而腹板部分為壓縮。腹板部分的壓縮是由上立邊腿部分在彎曲時(shí)的伸長(zhǎng)造成的，如圖9a所示。仿真結(jié)果表明，TA2板材在道次2向道次3成型過(guò)程中受到的縱向應(yīng)變較大，超過(guò)了限制值，最大應(yīng)變?yōu)?.6%，如圖9b所示?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該板材薄翼邊緣處出現(xiàn)褶皺，即邊波缺陷，其中，采取上山成型法加工的薄壁圓管節(jié)點(diǎn)處彈性應(yīng)變遠(yuǎn)小于其他兩種成型方式，如圖9c所示。將該節(jié)點(diǎn)在加工過(guò)程中受到的橫向與縱向應(yīng)力進(jìn)行對(duì)比，如圖9d所示，橫向應(yīng)力大小對(duì)加工過(guò)程中產(chǎn)生邊波缺陷的影響可忽略不計(jì)，縱向應(yīng)力是影響邊波缺陷的重要因素，該結(jié)果與Bui等[23]提出的縱向應(yīng)力才是輥彎加工過(guò)程中產(chǎn)生邊波的根本原因相吻合。此外，Safdarian等[24]提出，在輥彎成型中，橫向應(yīng)變與回彈、開(kāi)裂等缺陷有密切關(guān)聯(lián)，圓管在輥彎過(guò)程中很難產(chǎn)生邊波和開(kāi)裂缺陷也側(cè)面印證了其受到的橫向應(yīng)力較小。

3.3 TA2輥彎成型邊波缺陷優(yōu)化

為消除邊波缺陷，對(duì)成型角度分配方式[10]進(jìn)行了新的設(shè)計(jì)，針對(duì)性地調(diào)整了軋輥的縫隙[25]，但仍使用水平成型法進(jìn)行成型，試驗(yàn)結(jié)果表明，TA2圓管出現(xiàn)的褶皺稍有減少但仍未解決，產(chǎn)品質(zhì)量仍達(dá)不到實(shí)際生產(chǎn)要求的縱向應(yīng)變低于0.3%。提取相同數(shù)據(jù)路徑，因水平成型法導(dǎo)致TA2板材在輥彎成型過(guò)程中累積的縱向應(yīng)力過(guò)大，出現(xiàn)邊波的節(jié)點(diǎn)處應(yīng)變超過(guò)限制值，在保證其他成型參數(shù)一致的前提下，分別采取上山法和下山法成型，使用有限仿真和輥彎試驗(yàn)結(jié)合的方式進(jìn)一步進(jìn)行模擬。研究結(jié)果表明，可以通過(guò)改變成型方式的手段改善TA2圓管在輥彎生產(chǎn)中出現(xiàn)的邊波問(wèn)題，其中，上山成型法可以有效消除TA2薄壁圓管在輥彎加工中出現(xiàn)的邊波缺陷，并能夠?qū)⑵淇v向應(yīng)變控制在生產(chǎn)要求的0.3%以下；而下山法成型的圓管雖也改善了TA2圓管加工中的邊波問(wèn)題，卻并未將縱向應(yīng)變控制在0.3%以下，由下山法成型的TA2薄壁圓管仍有邊波缺陷，如圖10b所示。因使用下山法成型的TA2鈦管邊波缺陷并不明顯且難以觀測(cè)，故通過(guò)觀察其側(cè)截面，如圖10c所示，可發(fā)現(xiàn)焊縫處仍有褶皺，影響了產(chǎn)品質(zhì)量。

圖9 TA2板材應(yīng)變模擬

圖10 試驗(yàn)?zāi)M結(jié)果對(duì)比

3.4 不同成型方式對(duì)邊波缺陷的影響

本節(jié)模擬與試驗(yàn)參數(shù)的選擇與上文相同，著重分析板材輥彎成型后產(chǎn)生邊波處節(jié)點(diǎn)向坐標(biāo)的變化。如圖11a所示，、、區(qū)分別為型材進(jìn)入第2道次前、中、后的縱向應(yīng)變，其中，區(qū)的縱向應(yīng)變?yōu)閺椥詰?yīng)變加塑性應(yīng)變，區(qū)與區(qū)的差值則代表了塑性應(yīng)變的累計(jì)。為了直觀地對(duì)比TA2薄壁圓管焊縫處節(jié)點(diǎn)處向位移的波動(dòng)情況，提取同一節(jié)點(diǎn)處不同成型方法的縱向位移曲線并加以對(duì)比，如圖11b所示。結(jié)果表明，在保證其他參數(shù)選取最優(yōu)分配方式的情況下，采取上山成型法的薄壁圓管焊縫處節(jié)點(diǎn)的向坐標(biāo)起伏最小，縱向應(yīng)變偏差值最小，塑性應(yīng)變累計(jì)值最小。

3.5 分析的可靠性

對(duì)高精度要求的TA2薄壁圓管進(jìn)行工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)及有限元仿真模擬驗(yàn)證，通過(guò)仿真模擬結(jié)果指導(dǎo)安裝調(diào)試，滿足了在保證成本的前提下消除邊波缺陷的要求，如圖12所示，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的批量生產(chǎn)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

圖11 塑性應(yīng)變模擬與縱向位移曲線對(duì)比

圖12 試驗(yàn)機(jī)組及上山法試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)論

以TA2薄壁圓管為研究對(duì)象，通過(guò)有限元模擬及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)相結(jié)合的方法探索了成型方式對(duì)薄壁圓管邊波缺陷的影響，得到以下主要結(jié)論。

1）有限元仿真結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果一致，進(jìn)一步驗(yàn)證了仿真結(jié)果的正確性和科學(xué)性。針對(duì)TA2薄壁圓管輥彎成型邊波缺陷缺乏深入研究，TA2型材成型過(guò)程中易出現(xiàn)邊波缺陷的問(wèn)題，通過(guò)有限元仿真與輥彎試驗(yàn)相結(jié)合的手段，發(fā)現(xiàn)TA2型材凸弧區(qū)薄邊翼緣處在成型處受到縱向應(yīng)力，縱向應(yīng)力過(guò)大時(shí)更易導(dǎo)致型材失穩(wěn)并出現(xiàn)褶皺，即邊波缺陷。

2）結(jié)合輥彎成型相關(guān)理論與實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，建立了TA2薄壁圓管輥彎成型模型，通過(guò)有限元模擬研究與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)合的方式分析了不同成型方法產(chǎn)生邊波缺陷及縱向應(yīng)變的大小，并進(jìn)行了輥彎試驗(yàn)驗(yàn)證。分析了3種不同的成型方式，通過(guò)對(duì)關(guān)鍵位置節(jié)點(diǎn)進(jìn)行橫縱向應(yīng)力對(duì)比、縱向應(yīng)力分析、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)縱向向位移對(duì)比，發(fā)現(xiàn)上道次的推力和下道次的阻礙力造成縱向壓應(yīng)力的累積才是導(dǎo)致產(chǎn)生邊波的重要因素，通過(guò)逐一抬高下一道次軋機(jī)高度的方法改變TA2板帶在加工過(guò)程中道次間的推力和阻礙力方向，從而改變了縱向應(yīng)力分布方式，避免了縱向壓應(yīng)力過(guò)大而導(dǎo)致TA2板材薄邊翼緣失穩(wěn)而產(chǎn)生褶皺的問(wèn)題，即可防止邊波缺陷產(chǎn)生。

3）針對(duì)TA2管材輥彎加工過(guò)程出現(xiàn)的邊波問(wèn)題，分析了TA2純鈦在輥彎加工過(guò)程中的縱向應(yīng)力應(yīng)變曲線，發(fā)現(xiàn)上山成型法能夠有效避免各道次間輥彎加工過(guò)程中縱向殘余應(yīng)力累積過(guò)大的問(wèn)題。在保證生產(chǎn)成本的前提下，通過(guò)改變成型方式，從TA2圓管邊波缺陷成因解決問(wèn)題，以達(dá)到避免TA2圓管輥彎加工過(guò)程中出現(xiàn)邊波缺陷的目的，提高了工廠生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。

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Edge Wave Defects and Mechanism of TA2 Round Tube Roll Forming

WANG Zhan-yi1, LIU Xiao-li1,2, MA Xi-qing1, WANG Yan-hui1, YAN Bin3, ZHANG Wang-cheng4

(1. School of Mechanical and Equipment Engineering, Hebei University of Engineering, Hebei Handan 056038, China; 2. Jinma Industry Group, Shandong Rizhao 276826, China; 3. School of Mechanical Engineering, Anyang Institute of Technology, Henan Anyang 455000, China; 4. Xiangtou Goldsky New Materials, Hunan Yiyang 413002, China)

The work aims to study and analyze the change rule of longitudinal stress and strain at the weld of TA2 thin-walled round tube under different forming methods, in order to eliminate the edge wave defects produced in the roll forming process. Professional section steel software COPRA RF and finite element business software MSC.MARC were used to build three-dimensional thin-walled round tube model in conformity with the production standards. Then, the FEM simulation of multi-frame continuous roll forming process was carried out and the roll forming test was conducted for verification. According to the test results, the unreasonable forming method was an important reason to produce the edge wave in the roll forming process of TA2 thin-walled round tube. With the accumulation of plastic stress and longitudinal stress after inter-pass forming, the wrinkles appeared at the weld of TA2 thin-walled round tube, that was, the edge wave defect of TA2 thin-walled round tube. Through FEM analysis and the verification of TA2 thin-walled round tube test, the peak value of longitudinal strain fluctuation of roll forming at the weld instability zone of thin-walled round tube processed by ordinary forming method decreased from 0.6% to 0.3% obtained based on uphill forming method. The uphill forming method can eliminate the edge wave defects of TA2 thin-walled round tube in roll forming process, which improves product accuracy and guarantees subsequent assembly. At last, the study results lay a good theoretical foundation for eliminating the edge wave defects of pure titanium thin-walled round tube.

roll forming; pure titanium; edge wave; finite element; COPRA

10.3969/j.issn.1674-6457.2023.02.007

TG337.6

A

1674-6457(2023)02-0051-09

2022?07?25

2022-07-25

河北省教育廳青年基金（QN2021209）；安陽(yáng)市科技計(jì)劃（2022C01GX015）；國(guó)家自然科學(xué)基金（52001105）

Youth Fund of Hebei Provincial Department of Education (QN2021209); Anyang Science and Technology Plan (2022C01GX015); National Natural Science Foundation of China (52001105)

王占一（1997—），男，碩士生，主要研究方向?yàn)檩亸澇尚汀?/p>

WANG Zhan-yi (1997-), Male, Postgraduate, Research focus: roll forming.

劉曉立（1986—），男，博士，講師，主要研究方向?yàn)檩亸澇尚汀?/p>

LIU Xiao-li (1986-), Male, Doctor, Lecturer, Research focus: roll forming.

王占一, 劉曉立, 馬希青, 等. TA2圓管輥彎成型邊波缺陷及機(jī)理研究[J]. 精密成形工程, 2023, 15(2): 51-59.

WANG Zhan-yi, LIU Xiao-li, MA Xi-qing, et al. Edge Wave Defects and Mechanism of TA2 Round Tube Roll Forming[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2023, 15(2): 51-59.