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1、第23卷第8期中國(guó)冶金Vo1．23No．82013年8月ChinaMetallurgyAugust2013二輥斜軋穿孔過程金屬變形缺陷有限元分析劉雨龍，王輔忠(天津工業(yè)大學(xué)理學(xué)院，天津300387)摘要：使用MSC．Superform2005有限元仿真軟件，結(jié)合無錫西姆萊斯鋼管有限公司提供的曼內(nèi)斯曼穿管機(jī)結(jié)構(gòu)，建立基于33Mn2V鋼的三維有限元仿真模型。仿真設(shè)計(jì)采用靜力隱式算法，結(jié)合Kumar本構(gòu)模型對(duì)實(shí)心坯二輥斜軋穿孔過程進(jìn)行熱力耦合有限元模擬分析。模擬結(jié)果顯示了穿管過程中出現(xiàn)的開裂等質(zhì)量缺陷，而且缺陷位置處的塑性應(yīng)變與試驗(yàn)計(jì)算值吻合。模擬結(jié)果表明：橢圓形孔腔以及管坯下壓
2、量是導(dǎo)致管口與導(dǎo)板摩擦過大并產(chǎn)生開裂的主要原因。為實(shí)際生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量提高以及同行業(yè)進(jìn)行相關(guān)仿真設(shè)計(jì)提供一定的參考。關(guān)鍵詞：二輥斜軋；開裂；熱力耦合；有限元仿真中圖分類號(hào)：TG335．7文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1006—9356(2013)08—0014—06FEMAnalysis0fMaterialDeformationDefectsForminginTwoSkewrollPiercingProcessLIUYu—long，WANGFu—zhong(TianjinPolytechnicUniversity，Tianjin300387，China)Abstract：The3DF
3、Emodelisbuilttosimulatethe33Mn2VsteelpipepiercingprocessinMannesmannMil1．TheMannesmannMillstructuralparametersprovidedbyWuxiSeamlessSteelTubeCo．(WSSTC)，Ltd．staticimplicitalgorithmandKumarconstitutiveequationareadoptedinthemode1．ByusingMSC．Superform2005，coupledther—mal—mechanicalsimulationo
4、ftwoskewrollpiercingprocessiscarriedout．Thesimulatedresultshowsthedefectsuchascrackandspringbackgeneratedinthepiercingprocess．Plasticstrainvalueofgapnodesisidenticaltothecalculatedvalue．Thereasonswhichcausedtheproductdefectsaretheellipticholecavityandimpropersinkvalue．Simulatingresultswill
5、provideareferencebasisforthesimulationdesignmemberandtheproductqualityimprove．Keywords：twoskewrollpiercing；crack；thermalmechanicalcoupledmethod；FESimulation穿孔過程是熱軋無縫鋼管生產(chǎn)過程中最重要的品質(zhì)量，造成毛管外表面的凹坑、青線、軋傷、外折以變形工序，依據(jù)不同的穿孔方法管坯穿孔可分為斜及內(nèi)表面螺旋、內(nèi)折等缺陷。實(shí)際生產(chǎn)中由于力能軋穿孔、推軋穿孔和壓力穿孔，穿孔過程最終將實(shí)心參數(shù)設(shè)置不精確往往造成穿孔機(jī)設(shè)備強(qiáng)度設(shè)定過大管
6、坯軋制成空心毛管。目前應(yīng)用最為廣泛的是輥式造成浪費(fèi)，或者設(shè)定過弱造成次品率過高等問題。斜軋穿孑L機(jī)，中國(guó)有大量的二輥臥式斜軋穿孔機(jī)(曼有限元法的應(yīng)用為模擬新產(chǎn)品的成形優(yōu)化提供內(nèi)斯曼型)。1884年曼內(nèi)斯曼兄弟發(fā)明二輥斜軋穿了有效的數(shù)值模擬方法。通過對(duì)穿管過程進(jìn)行高精孔機(jī)為近代無縫鋼管工業(yè)的形成和迅速發(fā)展提供了度計(jì)算，可以全面了解成形過程中的應(yīng)力、應(yīng)變分條件，時(shí)至今日二輥斜軋穿孔機(jī)仍然在全球無縫鋼布，預(yù)測(cè)缺陷的出現(xiàn)，為工藝分析和模具設(shè)計(jì)提供可管生產(chǎn)領(lǐng)域占據(jù)領(lǐng)導(dǎo)地位n]。曼式穿孔機(jī)是由2個(gè)靠依據(jù)，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短開發(fā)周期[2]。同向旋轉(zhuǎn)且輥軸交叉傾斜的軋輥、2塊導(dǎo)板(或?qū)?模
7、型創(chuàng)建與試驗(yàn)計(jì)算盤)以及頂頭構(gòu)成的。鋼坯在旋轉(zhuǎn)前進(jìn)的過程中受到擠壓，管坯中心會(huì)出現(xiàn)破裂形成不規(guī)則的孔腔。1．1有限元模型在頂頭作用下實(shí)心管管坯被穿軋成空心毛管。在穿曼內(nèi)斯曼穿孔機(jī)模型主要參數(shù)(見表1)由無錫孑L過程中軋輥間距離、軋輥轉(zhuǎn)動(dòng)速度、軋輥半徑以及西姆萊斯鋼管有限公司提供。頂頭位置等參數(shù)的合理設(shè)置是非常重要的。參數(shù)設(shè)依據(jù)可靠的幾何模型在MSC．Superform中建置不合理會(huì)對(duì)管坯應(yīng)力分布產(chǎn)生影響，從而改變產(chǎn)立了有限元模型(如圖1)。管坯直徑100mm，長(zhǎng)基金項(xiàng)目：天津市自然科學(xué)基金(11JCZDJC2260
