厚壁钢管张力减径过程的变形规律研究.pdfVIP

文章编 号 ：1672—0121(2012)03—0087—03 厚壁钢管张力减径过程 的变形规律研究 李熹平 ，林 军 (1．浙江师范大学 工学 院，浙江 金华 321004； 2．山东大学 材料科学与工程 学 院，山东 济南 250061) 摘要 ：荒管壁厚和张力系数是张力减径工艺的重要参数 ，对成 品钢管质量具有直接影响。针对 20机架钢 管张力减径过程建立热力耦合有 限元模型，并选择 9种不 同壁厚的钢管进行数值模拟 ，得到 了张力减径过程 中金属 的流动规律 ，研 究讨论 了钢管 内多边形 的形成机理 ，总结 了荒管壁 厚和张力系数对张力减径工艺的影 响规 律 。 关键词 ：机械 制造 ；钢 管 ；张力减径 ；变形规律 ；热力耦合 ；有 限元模拟 中图分 类号 ：TG356 文 献标 识码 ：A 0 引言 得到 了荒管壁厚和张力系数对钢管 内多边形程度 的 张力减径工艺是在前后布置 的一系3JO~L辊机架 影 响规律 ，可为提高产 品的壁厚精度和形状精度提 中对荒管进 行连续轧制 的过程 ，也是钢管生产 中的 供理论指导 。 最后一道热变形工序 。在这一过程 中，采用适 当的孔 型系列 ，使荒管外径得 以连续减缩 ，同时凭借机架系 1 设 备主要 参数 及热 力耦 合有 限元模 型 的建立 列 中轧辊转速 比例 的调节 ，可 以取得预定 的壁厚变 1．1 设备主要参数 化 。张力减径 工艺 具有轧 制 速度高 、产 品规格 范 围大 本文在建立 张力减径有 限元模 型时 ，设定 的张 等优 点 ，目前 已得到广泛应用 。在 张力减径过程 中， 力减径机组 的机架个数为 20，轧辊 的名义直径设定 钢管周 向变形不均匀 ，导致钢 管 内表面 由圆形变为 为 345mm，相邻机架 间的距离为 320mm，荒管 的#1- 多边形 ，在轧制 中厚壁钢管时 ，该现 象尤为严重 l【J。为 圆直径为 180ram，成 品钢管直径为 79ram。为 了研究 了改善和消除钢管的内多边形缺陷，需要实时测量 荒管壁 厚及 张力 系数对钢管 内多边形 的影 响规律 ， 张力减径过程 中钢 管各个部位 的应力 、应变及温度 在其他参数相 同的情况下 ，本文选取 了9种不 同壁 等场量 ，但在生产现场 ，测量这些数据往往 比较 困难 厚的荒管及对应 的张力系数进行有 限元模拟 ，其具 且费时费力 ，因此利用数值模拟技术来掌握上述场 体数值如表 1所示 。 量在 张力减径过程 中的变化是非常必要 的。为 了提 表 1 荒管壁厚与张力系数数值 高产 品的壁厚精度 ， 目前 国内外许 多学者 已经利用 荒管壁厚m／m 15．5 16 16．5 17 18 19 20 22 24 有 限元法针对钢 管张力减径过程 的壁厚变化规律进 平均张力系数 0．2030．2350．2650．2930．3460．3950．4400．5200．592 行 了大量 的研究工作 ，并取得 了较大 的进展 。 最大张力系数 0．2170．2500．2820-3130．3840．4380．4880．5920．674 导致钢管 内表面 由圆形变为多边形 的因素主要 1．2 有 限元模拟模 型建立 有轧辊孔 型 、张力分布情况 、荒管壁厚及轧制温度 三辊张力减径 的热力耦合有 限元模 型如 图 1所 等 。本文采用基于 MSC．MARC的有 限元分析方法 ， 示 ，轧辊设 为刚性体 ，钢管为 弹塑性体 ，材 料为 20 建立 了钢 管张力减径过程 的有 限元热力耦合分析模 钢 ，长度取 4．8rn。根据轧辊与