混凝土与水泥制品
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  • 文章内容

立式径向挤压制管机成型头结构和挤压 工艺参数优化

作者:钱 刚1,2,冯 勇1,2,贾丙辉1,杨征宇1,韦文东1    单位:1.南京工程学院机械工程学院,211167;2.江苏华光双顺机械制造有限公司,扬州225266

关键词:立式径向挤压制管机;成型头;结构和工艺参数优化;正交实验

摘  要:针对目前设计的立式径向挤压制管机成型头,采用SolidWorks软件建立不同拔模斜度的成型头三维模型,运用Hypermesh软件对各模型进行前处理,通过LS-Dyna计算各成型头挤压混凝土成型的力学行为,分析了拔模斜度对混凝土最大应力和应变的影响,拟合出了拔模斜度与混凝土最大应力、应变的关系曲线,确定混凝土成型效果最佳时,成型头的拔模斜度为2.1 °。在此条件下,基于数值模拟和正交实验,分析了成型头上升速度、上挤压辊顺时针旋转速度、下挤压辊与抹光环逆时针旋转速度对混凝土成型效果的影响。

 0   前言

  立式径向挤压制管工艺是生产制造混凝土和钢筋混凝土排水管的工艺之一。目前,随着小口径水泥管需求量的增加,国内相关制管企业在引进国外先进技术的同时,也加快了自主研发的步伐[1-4]。立式径向挤压制管工艺常见的缺陷有管面气泡、坍塌、裂纹等。成型头是立式径向挤压制管机的重要部件,其结构和挤压工艺参数是影响径向挤压制管工艺正常进行和制管精度的两大重要因素。目前,由于缺乏设计优化实践经验,使得通过传统的理论来优化成型头结构和挤压工艺参数变得愈加困难。
  近年来,随着计算机技术的发展,CAD和CAE技术快速进步,使得通过计算机技术分析不同成型头结构和挤压工艺参数对混凝土成型效果的影响成为可能。白蕊[5]采用有限元分析方法,分析成型工艺参数(挤压速度与旋转速度、摩擦系数)、凸模端面锥度对AZ80镁合金杯形件旋转挤压成型过程的影响,结果表明:挤压速度越低,绕轴旋转速度越高时,工件变形程度越剧烈,采用15 °端面锥角凸模,成型件等效应变小于1.5 °端面锥角凸模;武海燕[6]采用有限元模拟软件DEFORM对AZ80镁合金管材成型过程进行数值模拟分析,研究了锥形旋转挤压与传统挤压的缺陷和优势,得出锥形旋转挤压时,轴向压力明显减少,等效应变显著增大,并通过正交实验法研究各工艺参数对旋转挤压成型过程的影响,得出最佳的工艺参数组合;陈喆等[7]运用刚塑形有限元法对镁合金内环筋壳体旋转挤压成型过程进行数值模拟,分析不同凸模高径比、不同进给速度对成型精度的独立影响和复合影响,最终确定能保证成型精度的成型方案,并在多向加载旋转挤压实验机上进行物理实验,实验结果与模拟结果基本吻合;H.HagHIGHAT等[8]运用ABAQUS模拟分析双金属管锥形模旋转挤压的过程,并优化了模具与外部材料之间的有关滑移参数,结果表明:采用锥形模旋转挤压可使挤压力减少20%。
  国内外的学者对旋转挤压金属成型的过程进行了广泛的研究,其金属成型理论及旋转挤压设备已相对成熟。而立式径向挤压制管机的对象是混凝土,其成型机理更为复杂,相关的研究和成型设备较少。金属旋转挤压的研究对立式径向挤压制管机成型头的优化提供了一定的理论参考。
  本文拟通过SolidWorks建立不同拔模斜度成型头的三维实体模型,采用Hypermesh建立各成型头的有限元模型,运用LS-Dyna计算成型头挤压混凝土成型过程的力学行为,分析拔模斜度对成型头挤压混凝土成型工艺的影响,得到成型头最优的拔模斜度。在此条件下,运用正交实验法,对成型头挤压混凝土成型过程进行数值模拟,分析成型头上升速度、上挤压辊顺时针旋转速度和下挤压辊与抹光环逆时针旋转速度对成型头挤压混凝土成型工艺的影响,确定最佳的挤压工艺参数组合,为径向挤压制管机成型头的设计及工艺参数研究提供理论依据。
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