针对管材的精密下料问题，给出一种基于疲劳断裂机理的新型精密下料方法。完成了精密下料机和控制系统的实验平台搭建，利用径向循环加载和管料表面缺口的应力集中效应，通过变频器改变下料模具的旋转速度，控制在不同下料阶段对管料的加载频率，实现管材的精密下料。通过不同的实验控制曲线，进行45钢管、304不锈钢管和T2Y铜管的下料实验，得出了下料时相应的最佳变频规律和理想控制曲线，并获得了良好质量的管料断面。在理想控制曲线下，304不锈钢管断面最大凸起高度仅为0.08mm，凹陷深度仅为0.05mm。实验结果表明，所研究的下料方法切实可行，能满足工业中多种材料中小直径厚壁管的下料要求。

由于管材是空心结构，径向冲击、受压很容易变形。我国普遍沿用锯片或砂轮片来切断管材。此方法的缺点是金属消耗量多，噪声大，而且毛刺比较长。剪切加工是一种经济的下料方法，它无废料损失且生产效率高，特别适合大批量生产，但采用普通剪切下料法生产的毛坯精度较低，不能满足精密成形的要求。目前针对棒料发展了多种精密下料的新方法，但有关管料下料的新方法研究比较少，能查到的是有关带芯棒剪切的研究，但是该方法会使管料断面产生压塌、撕裂等缺陷，相对来讲，其他管料的下料工艺研究较少，所以新的管料下料工艺和下料机理需要进一步的探索和完善。本文提出了一种新型下料系统，是一种近净成形下料工艺，该系统巧妙利用管料表面所预制环形缺口的应力集中效应来进行断裂分离，使裂纹沿着环形缺口所在的截面处萌生并扩展，实现低周疲劳、低应力的精密下料。本文采用疲劳下料原理与实验工艺相结合的方法，研究了45钢管、304不锈钢管和T2Y铜管下料时加载频率及控制曲线对断面的影响规律。获得了理想的加载频率和控制曲线，提高了下料效率，并获得了良好断面。

1低周疲劳精密下料原理

该下料机工作初始状态，管料B的中心线O1O1与下料模具的中心线重合，且与偏心模具固定盘的中心线O2O2平行，并具有偏心距e，开始工作时，下料模具的中心线以e为半径，围绕偏心模具固定盘的中心线做圆周运动，带动管料的夹持端作圆周运动，使管料在夹持位置到环形缺口之间部分(L段)同时受到弯矩和剪切力的复合作用，这样更加有利于促使管料在环形缺口处快速萌生微裂纹，并加速裂纹扩展，能够使管料在短时间内快速断裂，完成下料，且能够获得非常平整的管料断面。

2新型厚壁管下料系统

2.1机械部分

该偏心套高速旋转式管料精密下料机，主要由3部分组成，传动机构、径向加载下料机构和棒管料固定装置，如图2所示。传动机构包括主电机，主电机的轴上安装有一主动带轮，主电机下面的机架上沿同一水平面配置传动轴和主轴，主轴空心，传动轴一端安装有从动带轮，另一端安装有齿轮，齿轮连接主轴，主轴的一端固定于机架上，传动带连接主动带轮与从动带轮。径向加载下料机构包含下料模具，下料模具通过轴承连接于偏心模具固定盘上，偏心模具固定盘通过定位圆柱销固定连接于主轴的另一端上。棒管料固定装置包含支架，支架固定在底板上，在支架上固定有棒管料固定套，棒管料定位套紧配合于棒管料固定套内，棒料一端放在下料模具中，一端放在棒管料定位套里。该下料机在进行下料时，管料置于中心静止。

电机开启后，随着主轴的转动进而带动偏心模具固定盘转动，这样就会对管料进行周向加载，由于管料环形缺口的应力集中效应，快速持续的管料径向循环施加的力会使管料环形缺口处萌生疲劳裂纹，疲劳裂纹在循环力的作用下快速扩展，然后会瞬间断裂。图3为下料模具与管料固定套筒部位的结构图，很清楚地显示了下料模具和管料固定套与管料的配合状态。管料的环形缺口需要放置在管料固定套的端部截面处。

2.2计算机控制部分

下料机控制部分的结构简图如图4所示。包括转动速度控制和声音监测。转动速度控制的主要任务是完成对下料机转动主轴及下料模具转速的调节和控制，通过计算机发出的模拟信号控制变频器的输出频率，来改变振动电机转速，以达到控制管料径向加载频率的目的，同时光电传感器将转动信号反馈回计算机，起到转速动态显示的效果，方便调节控制。声音检测的主要任务是检测下料机下料过程中主轴产生的声音频谱，进而摸索和完善对管料下料系统的优化和对管料加载过程中裂纹起裂、然后断裂这个过程的探索研究。控制系统中的主要设备选用联想品牌电脑、研华PCI－1712型高速多功能数据采集卡、采集卡端子板、博光E18－D50NK红外光电传感器、传声器、亿恒MI－7008数据采集与分析仪、PanasonicM1XA54BSA型变频器。

3厚壁管低周疲劳精密下料实验研究

3.1实验管料

实验管料采用工业中常用的304不锈钢管、45钢管和T2Y铜管，其几何参数如图5所示。图中，L1为下料长度，D为管料外径，d为管料内径，r为开槽底角半径，h为开槽深度，α为开槽角度。根据课题组的研究结果和实际生产中的需要，将本实验中管料参数定为L=50mm，D=20mm，d=14mm，r=0.2mm，h=0.5mm，α=90°。

3.2下料实验工艺参数的确定

该下料实验中，在控制方面主要有以下几种参数起到主要的作用:初始频率f0、结束频率f1、过渡频率值Δf、完成过渡频率的时间Δt、完成下料所用时间tc，实验中选取了图6中6种控制曲线进行研究，进而找出理想的控制曲线，在较短时间内完成下料且获得良好断面。

3.3实验验证

按照图6中的控制曲线进行下料实验研究，表1中为采用的管料材料及其相关的控制参数。通过实验研究及验证得出控制曲线图6f为理想控制曲线，能够在保证提高效率的情况下获得良好断面。图7为理想控制曲线所得的下料管料实物图。

表2是不同材料精密下料实验的实验数据，包括测量后管料断面的凹凸最大数值以及完成下料所用时间。

4结论

(1)介绍了一种新型的厚壁管精密下料工艺，完成了实验平台的搭建，并对厚壁管料的下料进行了具体的实验研究。

(2)选取了6种不同实验控制曲线进行实验研究，结果获得了理想控制曲线，通过该曲线能够提高下料效率，并且可以获得具有良好断面质量的坯料。

(3)该精密下料工艺能获得良好管料断面、适用范围较广，该下料工艺尤其更适合脆性材料的管料下料。虽然塑性材料的管料下料效率很高，但断面质量的提高还有待进一步研究。