[發明專利]一種撓度可控及裂尖鈍化擴展半徑補償機構

有效

• 申請號: 202010114562.4
• 申請日: 2020-02-25
• 公開（公告）號: CN111299414B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 張立軍;楊寧;張德瀟;金永山;郭偉健;徐嘉怡;姜浩;張辛;相恒富;蓋永革
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: B21D31/04
• 分類號: B21D31/04;B21D43/00
• 代理公司: 武漢聚信匯智知識產權代理有限公司 42258
• 代理人: 沙莎

本申請提供的一種撓度可控及裂尖鈍化擴展半徑補償機構，涉及精密成型技術領域，所述補償機構包括棒體單元和球頭單元，所述棒體單元由第一棒體和第二棒體連接而成；球頭單元包括萬向可旋轉滾珠球頭、球頭推桿和彈簧；所述補償機構包括凸出部，所述凸出部的端部為半球形與圓形筒體一體而成，且半球形與圓形筒體連接處設有萬向可旋轉滾珠支點，解決金屬管料在材料動態分離全過程中經常出現所施加載力不能有效調控管材下料端撓度的問題，微觀表現形式為裂尖鈍化半徑變化不可控，在裂紋擴展至管料內壁前，因提前到達裂尖臨界鈍化半徑而失穩瞬斷的問題。

技術領域

本發明涉及精密成型技術領域，具體涉及一種撓度可控及裂尖鈍化擴展半徑補償機構。

背景技術

低應力下料是將裂紋技術應用于管材(或棒材)下料中，先人為地在管材(或棒材)表面上預制一條環向裂紋，然后對帶有環向表面裂紋的管材(或棒材)施加一定外力，使其以低應力脆斷的形式動態分離。低應力彎曲斷裂下料被公認為是未來最有發展潛力的精密下料方法，它充分利用環向V型槽的缺口效應和彎曲效應，實現材料在低應力水平下的脆斷，獲得無幾何畸變、斷口垂直平整、無需倒角的毛坯。目前學者們已就低應力彎曲下料技術從應力集中、機構設計、斷口形貌等方面進行了一些研究。但低應力彎曲下料的材料分離機理、高效精密實現方法和質量評價標準等關鍵核心技術仍未突破，因而提高產品精度和生產效率，降低能耗以及減少污染等的綜合目標也未能真正實現。為加快振興我國裝備制造業發展，研究高效、高品質、節能、環境友好型金屬材料近凈成形下料新技術及材料分離機理勢在必行。

按線彈性斷裂力學理論，理想裂紋尖端半徑ρ＝0，但實際材料的裂尖在載荷作用下會產生鈍化(包括很脆的陶瓷材料裂尖也會發生偏折或沿晶界轉彎并產生一定程度的鈍化)，故不再是理想尖裂紋，且在裂紋出現擴展前裂尖鈍化半徑有一個臨界值ρ_min。隨著載荷的增大，鈍化半徑也增大，當鈍化半徑剛超出臨界值ρ_min時，裂紋尖端材料元處的應力達到材料的斷裂應力σ_ff，材料元發生斷裂，裂紋向前穩定擴展一小段距離Δa。裂紋穩定向前擴展的同時，裂尖鈍化半徑也必須相應的增大，這是保證裂紋能產生穩定擴展而又不出現失穩擴展所必需的。當鈍化半徑達到另一臨界值ρ_c時，鈍化速率已不能抵消載荷的變化和裂紋擴展造成的裂紋頂端應力的升高，裂紋出現失穩擴展，斷裂發生。故裂尖臨界鈍化半徑ρ_c是表征材料失穩瞬斷的重要判據。

現有技術中的金屬管料低應力下料過程中管料的開槽和下料環節無支撐結構，容易因振動出現位置偏移的情況；且管料下料端撓度不能根據生產需要實時調控，下料端彎曲變形較大，其在微觀上表現為管料V型槽裂紋尖端鈍化半徑變化不可控。特別是管材下料后半程，外部加載作用于管料上的力并非管料實際受力，此時，管料下料端撓度在外部加載力和不容忽視的慣性力及已分離材料自身重力等力的共同作用下，極易迅速變大，其微觀表現形式為裂紋尖端的鈍化半徑迅速達到并超過臨界鈍化半徑ρ_c，裂紋擴展難以控制而形成凹凸不平的瞬斷區，進而影響下料斷面質量。

目前，現有所用的管料低應力下料機如附圖1所示，開槽和下料部分主要由加載傳動軸1a、轉盤2a、下料滑塊3a、下料錘頭4a、雙滑軌5a、刀具滑塊6a和切槽刀具7a等組成。

由于采用現有管料低應力下料機下料，管料的開槽和下料過程無支撐結構，開槽過程容易因振動出現位置偏移；且下料端撓度不能根據生產需要時時調控，下料端彎曲變形大，其在微觀上表現為裂紋尖端鈍化半徑變化不可控。在裂紋擴展至管料內壁前，因提前到達裂尖臨界鈍化半徑ρ_c而失穩瞬斷，形成凹凸不平的瞬斷區，進而影響斷面質量。

發明內容