鋼管斜軋穿孔過程的三維有限元數(shù)值模擬及分析.pdf

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1、2007No6重型機械43鋼管斜軋穿孔過程的三維有限元數(shù)值模擬及分析謝玲玲,黃貞益,王萍(安徽工業(yè)大學(xué)金屬材料與加工重點實驗室,安徽馬鞍山243002)摘要:本文以某廠狄舍爾(Diescher)穿孔機為研究對象,應(yīng)用DEFORM-3D非線性有限元分析軟件對實心圓坯二輥斜軋穿孔過程進行了三維熱力耦合數(shù)值模擬,通過分析圓坯的應(yīng)力應(yīng)變場和溫度場及頂頭穿孔過程中的溫度場分布特征,得出管坯最大應(yīng)力、應(yīng)變、溫度最高處位于管坯與軋輥、導(dǎo)盤接觸區(qū)。頂頭軸向溫度梯度明顯,頭部溫

2、度最高。為改善頂頭的工作環(huán)境和提高其使用壽命提供了理論依據(jù)。關(guān)鍵詞:斜軋;頂頭;應(yīng)力應(yīng)變場;溫度場;數(shù)值模擬中圖分類號:TG3357文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1001-196X(2007)06-0043-053D-FEMnumericalsimulationandanalysisinpipecross-rollingpiercingprocessXIELing-ling,HUANGZhen-y,iWANGPing(KeyLabofMaterialsandProcessing,SchoolofMate

3、rialsScience&EngineeringinAnhuiUniversityofTechnology,Maanshan243002,China)Abstract:ThepapertakessomefactorysDiescherpunchpressasasubjectforstudy,andusesDEFORM,anon-linearFEManalysissoftware,for3Dheat-forcecouplednumericalsimulationforthecross-rollingpro

4、cessoftheroundbloom.Throughtheanalysisofthecharacteristicsofthestress-strainfielddistributionandtemperaturefieldoftheroundbloomandthetemperaturefieldofthepluginpiercingprocess,peoplefoundthatthemaximalstressandstrainaswellasthemaximaltemperatureappearatthe

5、areawherethebilletandrollercontact;theaxialtemperaturegradientofplugisclearwithmaximaltemperatureatheadpart.Alltheresultshaveaffordedtheorybasisforimprovingtheworkingconditionandtheservicelifeoftheplug.Keywords:cross-rolling;plug;stress-strainfield;tempera

6、turefield;numericalsimulation[1]裂、粘鋼等失效形式報廢。1前言目前無縫鋼管生產(chǎn)面臨的主要問題是斜軋穿斜軋穿孔是熱軋無縫鋼管生產(chǎn)的第一道變形孔過程中頂頭失效問題。某廠使用的是平頭向心工序,頂頭在穿孔過程中直接與高溫管坯接觸,頂頭,沒有鼻型前端,因此也就沒有塌鼻(或掉其受力復(fù)雜,要承受壓應(yīng)力、軸向力和表面摩擦鼻)現(xiàn)象問題,最常發(fā)生的失效形式就是開裂,力等作用,工作溫度也較高。每穿一支鋼管,頂另外還有粘鋼現(xiàn)象的發(fā)生。頭要用水急冷一次,然后再穿。由此可見,頂頭在穿孔過程模擬方面從已

7、發(fā)表的文章中可以是在高溫、高壓和急冷急熱的條件下工作的,經(jīng)看到,大多數(shù)專家、學(xué)者都是研究內(nèi)撕裂問題,受著機械疲勞和熱疲勞的作用,故頂頭常以開而對斜軋穿孔過程中軋制工藝參數(shù)對斜軋中力能收稿日期:2007-10-05;修訂日期:2007-10-15參數(shù)及溫度的影響研究較少,而該因素正是生產(chǎn)作者簡介:謝玲玲(1978-),女,安徽工業(yè)大學(xué)助教,碩士。實際中更為關(guān)心的問題。44重型機械2007No6速np=26r/min;送進角=12;輾軋角=0;2幾何模型的建立

8、及邊界條件的處理軋輥距離Bck=1546mm;導(dǎo)盤距離Lck=173mm。21幾何模型的基本假設(shè)軋輥、導(dǎo)盤、頂頭在模擬中被認為是模具。本文所建立的二輥斜軋穿孔模型為三維塑性軋輥、導(dǎo)盤和頂頭的幾何模型均按某廠生產(chǎn)所用有限元模型,其數(shù)值模擬計算時間長,工作量尺寸規(guī)格建立。大。根據(jù)斜軋工藝的實際情況,為便于進行有限在模擬過程中為了逼近生產(chǎn)現(xiàn)場情況,在管元分析計算、減小計算時間和所需硬盤空間,同坯咬入階段采用推桿(

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