管材绕弯成形工艺及缺陷抑制技术

在现有文献资料中，管材加工工艺很多，如绕弯、推弯、拉弯、压弯、辊弯，等等。与现有的管材塑性加工领域的专业著作相比，本书选题的针对性比较强，选题主要针对管材绕弯成形工艺。

本书基于作者现有的知识水平，概述了管材塑性加工领域的一些*新进展。重点介绍管材绕弯成形工艺技术的研究进展，从绕弯工艺、塑性力学理论基础、成形过程数值模拟、成形缺陷抑制等多方面入手，对现有研究成果进行总结。此外，本书还收录了现有文献中常见的管材材料，如不锈钢、铝合金、钛合金和铜合金等，可供读者参考。本书内容涵盖现有文献中对绕弯工艺的研究成果，如绕弯成形工艺参数优化、管材塑性加工力学理论分析模型、绕弯成形缺陷的形成与变化规律，等等。

张增坤，博士研究生，讲师，任教于南阳理工学院智能制造学院。2013.9—2015.7，西北工业大学 航空宇航制造工程，硕士研究生；2015.9—2019.12，西北工业大学 航空宇航制造工程，博士研究生；2019.12至今，南阳理工学院智能制造学院，教师。1.学术论文：[1] Zhang Z, Wu J, et al. A new iterative method for springback control based on theory analysis and displacement adjustment. International Journal of Mechanical Sciences 2016; 105:330-339 (WOS: 000368972700029).[2] Zhang Z, Wu J, et al. A semi-analytical method for the springback prediction of thick-walled 3D tubes. Materials and Design 2016; 99:57-67 (WOS: 000375356700007).[3] Wu J, Zhang Z, et al. A method for investigating the springback of 3D tubes. International Journal of Mechanical Sciences 2017; 105:330-339 (WOS: 000412960000017).[4] Zhang Z, Wu J, et al. A new strategy for describing the characteristics of bending line in flexible push bending. Engineering Computations 2019; 36(5):1597-1607 (WOS: 000481469600009).2.主要著作：主编《数控加工实用教程》，西安电子科技大学出版社出版。

第1章 绪论1
1.1 引言1
1.2 常见管材弯曲工艺的研究现状2
1.3 管材绕弯成形缺陷的研究现状8
1.4 本章小结12

第2章 管材力学性能的表征方法的研究现状13
2.1 金属材料的力学性能表征方法13
2.2 现有管材力学性能试验方法23
2.3 常见管材材料的力学性能参数29
2.4 本章小结32

第3章 管材绕弯成形过程数值模拟分析方法33
3.1 材料塑性加工数值模拟分析的基本原理33
3.2 有限元分析平台与常用分析软件36
3.3 基于ABAQUS的管材绕弯成形过程分析模型41
3.4 有限元模型参数对管材绕弯成形数值计算结果的影响52
3.5 其他重要参数对管材绕弯成形数值计算结果的影响58
3.6 本章小结68

第4章 管材绕弯成形回弹分析模型及缺陷抑制方法69
4.1 圆管绕弯回弹问题求解模型的研究现状69
4.2 绕弯回弹分析数值模拟模型的研究现状84
4.3 重要参数对管材绕弯回弹的影响规律90
4.4 管材绕弯回弹缺陷的抑制策略95
4.5 本章小结96

第5章 管材绕弯截面畸变分析模型及缺陷抑制方法97
5.1 管材绕弯过程中的截面畸变现象97
5.2 圆管绕弯截面畸变问题求解模型的研究现状99
5.3 矩形管绕弯截面畸变问题求解模型的研究现状105
5.4 其他异形管绕弯横截面畸变问题的研究现状110
5.5 管材绕弯成形截面畸变规律115
5.6 管材绕弯截面畸变缺陷的抑制策略138
5.7 本章小结143

第6章 管材绕弯失稳起皱分析模型及缺陷抑制方法145
6.1 管材绕弯过程中的失稳起皱行为145
6.2 圆管绕弯失稳起皱求解模型的研究现状146
6.3 矩形管绕弯失稳起皱求解模型的研究现状152
6.4 重要参数对管材绕弯失稳起皱的影响规律158
6.5 管材绕弯失稳起皱缺陷的抑制策略166
6.6 本章小结169

第7章 管材绕弯壁厚变化规律及缺陷抑制方法170
7.1 管材绕弯过程中的壁厚减薄/增厚行为170
7.2 圆管绕弯壁厚变化分析模型的研究现状170
7.3 重要参数对管材绕弯壁厚变化的影响规律172
7.4 管材绕弯壁厚变化的抑制策略180
7.5 本章小结182

第8章 结论与展望183
8.1 结论183
8.2 展望185

参考文献188

大承载、长续航、高可靠性和智能化是现代工业装备发展的重要方向。随着工业产品设计指标的不断提升，产品设计者对零件的材料性能、制造精度和可靠性等方面的要求也越来越高。管状零件因具有质量轻、结构性能好等优点而广泛用于航空、航天、汽车、船舶、机床和机器人等高技术领域，用来实现工业装备的气液传输和机构运动控制等功能。塑性绕弯成形是生产气液传输类管状零件的重要工艺之一，其成形产品具有组织性能好、材料利用率高、尺寸精度高等优点。然而，管材变形时材料受力和塑性流动不均匀，往往会诱发回弹、横截面畸变、失稳起皱和壁厚减薄（破裂）等缺陷，成形缺陷的控制是制约高性能管件精确成形的技术瓶颈。近二十年来，伴随着塑性加工理论、材料科学和计算机数字化仿真技术的发展，国内外科研机构对管材绕弯成形工艺进行了大量研究，在该领域取得了巨大进展。然而相关的研究成果主要以英文作为载体进行传播，对于国内英文基础较差的读者来说，存在明显的语言障碍。目前，国内针对管材绕弯成形工艺的学术著作依然较少。本书作者以大口径薄壁管材绕弯成形工艺作为研究对象，参考了国内相关科研院所（如北京航空航天大学、吉林大学、哈尔滨工业大学、西北工业大学、南京航空航天大学等）的博士研究论文，在阅读了大量国内外参考文献之后，通过总结归纳完成了本书的撰写工作。本书共有八章内容，涉及管材绕弯工艺现状及发展趋势、绕弯成形数值模拟模型、绕弯成形缺陷分析模型、绕弯成形缺陷抑制策略等内容。针对弯管过程中的四种缺陷——回弹、横截面畸变、失稳起皱和壁厚减薄（破裂），详细介绍了缺陷定量描述方法、力学分析模型和数值模拟模型，总结了关键参数对绕弯成形缺陷的影响规律，并基于作者的认知范围给出了对应的缺陷抑制策略。作者在撰写本书过程中，耗费了大量的心血。但由于时间仓促且本人学术水平有限，难免存在考虑不周之处，望同行能够批评指正！

目前，薄壁构件主要以板材/型材为毛坯，通过塑性加工制造出所需的形状。塑性加工是指金属材料在外力作用下，利用其塑性而使其成形并获得一定力学性能的加工方法。与其他加工方法（金属切削加工、铸造、焊接等）相比，金属塑性加工成形的管件具有组织性能好、材料利用率高、尺寸精度高、生产效率高等优点。