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张力减径过程管形预报的有限元模型

第期

燕山大学学报

张力减径过程管形预报的有限元模型

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引言

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张力减径是热轧无缝钢管或焊管生产的一种加工方法,张力减径机(

)作为关键设备对

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尺寸精度(主要包括壁厚精度和外径精度)控制的好坏直接影响产品的质量和成材率。钢管张力减径(简称张减)时金属变形发生在三维空间,受到孔型形状、张力分布、机架间距等多种复杂因素的影响,容易产生横向壁厚不均而在钢管内部形成内多边形,造成产品质量缺陷。为此,国内外有关学

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者做了大量的研究工作,大多对横向壁厚不均进行定性讨论,或者利用有限元法进行几个机架张

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减过程模拟,分析横向壁厚分布,以便优化部分孔

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本文针对无缝钢管

机架三辊张力减径过

程,进行系统三维

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弹塑性有限元建模分析,模拟钢管减径过程中的金属变形,定量分析横向壁厚和外径分布,

钢管断面出现了内六方,并与现场实测数据进行

,验证模型的准确性,为提高无缝钢管产品质量

具有重要

指导作用。

有限元模型建立

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张减过程描述

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张减时无缝钢管内部不带芯棒,依次通过预先

设定

的孔型,

成孔型的个

辊曲面呈对

称,奇数机架与偶数机架互成排列,对钢管进行连续加工,在减径的同时实现减壁,通常轧制温度在

℃至

℃之间,如图

所示。钢管的

成品外径靠参与变形的机架数目确定,壁厚则靠各机架轧

辊的转速

控制,因此,

以通过

调整各

机架

轧辊转速来调节

机架间的张力,

灵活

的生产一定

范围

内不同壁厚的钢管,而不必制

造其它不

同规格

的管

坯。

张力减径工作

原理

计算模型基本理论

钢管在张减时产生弹塑性变形,不仅存在材

的非线

性,还存在大位移变形所引起的几何非线

文章编号:1007-791X (2008)03-0189-04

张力减径过程管形预报的有限元模型

辉,汪飞雪

,黄华贵,徐海亮,杜凤山

燕山大学机械工程学院,河北秦皇岛

摘要:根据张力减径机的孔型特点,建立了全系统三维弹塑性有限元分析模型,对

机架张力减径过程进行

数值模拟,通过研究横向壁厚分布,得出减径钢管产品沿圆周方向的壁厚分布不均,产生内多边形缺陷,并将模拟结果与实测结果进行对比,验证了所建立模型的准确性。本模

对钢管减径进行

产品质量

预测,为分

产品缺陷、指导工艺设计提供了依据

。关键词

钢管

;有限元;张力减径;横向壁厚中图分类号:TG335.7

文献标识码:

A

收稿日期:基金项目:国家自然科学基金资助项目

作者简介

:于

辉(

),男,山东泰安人。博士研究生。主要研究方向为轧制过程工艺理论及数值模拟。

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