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720mm大口径螺旋钢管斜轧扩管机进行建模与仿真分析

目前大口径无缝钢管生产方式主要有项管机、拉拔式扩管机、周期式轧管机和斜轧扩管机。斜轧扩管是生产大口径薄壁管的主要方式之一,斜轧扩管工艺在我国研究的比较少,而且到目前为止我国也只有一套斜轧扩管机组,因此对斜轧扩管工艺的研究具有重要的理论和实际意义。
   本文分析了斜轧扩管的理论基础,包括斜轧扩管机?#30446;?#38388;关系和运动学分析;以φ720mm斜轧扩管机为研究对象,应用ANSYS/LS-DYNA软件对斜轧扩管过程进行了建模与仿真分析,与现有实际生产结果进行对比,在此基础上利用钢管的变形数据,计算了斜轧扩管的主变形和附加变形,从变形的角?#20154;?#26126;了辗轧角β和轧辊在垂直方向的调整距离取值及相应的工具设计的合理性;分析了模拟过程钢管沿螺旋线的变形特征,通过与壁厚沿变形区理论计算值、模拟结果值做对比,得到了钢管的实际变形特点。研究结果有助于了解斜轧扩管的工艺实质和提高产品的质量。通过分析可以得到以下主要结论:
   (1)斜轧扩管机?#30446;?#38388;关系与传统二辊斜轧机相比,其轧辊/轧制线平面(M平面)与水平面是有一个倾角λ?#27169;?#22914;果将轧辊轴线与轧制线两者在包含轧制线并与M平面相垂直的N平面上投影,可以发现两条轧辊轴线并不平行,而是有一个交角,轧辊轴线与轧制线在N平面上投影的夹角α就是斜轧扩管机的送进角。这说明斜轧扩管机虽然没有像传统二辊斜轧机那样的直观意义上的送进角,但它实际上是存在送进角的。按传统方式分析得到的斜轧扩管机的辗轧角β'并不是实际辗轧角,而斜轧扩管机的实际辗轧角的大小与β’有关但并不完全等同于β’角。
   (2)由于斜轧扩管机与传统二辊斜轧机一样,都具有送进角和辗轧角,所以在分析斜轧扩管机的轧辊速度、钢管速度、顶头速度等时,可以借鉴传统二辊斜轧机的分析方法。
   (3)通过对φ720mm斜轧扩管机进行建模与仿真分析,并与现有实际生产结果进行对比,可知模拟的结果与实际生产中的数据基本吻合。
   (4)运用解析几何的方法,得到了斜轧扩管机组送进角的计算公式,而?#33402;?#36711;角p和轧辊在垂直方向的调整距离h是形成送进角α的本质因素(即斜轧扩管机采用轧辊轴线垂直方向移动结合大辗轧角的方式来形成送进角)。这说明φ720mm斜轧扩管机具有的结构特点(p=60°,h=80mm)是为了满足斜轧的基本特征(螺旋前进)所需要的轧机调整条件。
   (5)利用斜轧扩管过程模拟结果,通过对斜轧扩管过程主变形的分析,得到φ720mm斜轧扩管机基本结构参数满足?#30001;?#29575;接近于l的设计原则;通过对斜轧扩管过程附加变形的分析,得到φ720mm斜轧扩管机基本结构参数满足无扭转轧制或扭转变形小的设计原则。这说明φ720mm斜轧扩管机具有的结构特点(p=60°,h=80mm)是为了满足斜轧扩管过程工艺所需要的轧机设计条件。
   (6)附加变形系数K是总综合变形与综合主变形的比值,当K=1时,没有附加变形;当K>1时,存在附加变形,且K值越大,附加变形越严重。通过计算可得斜轧扩管时K值为1.6,而二辊锥形辊斜轧?#30001;?#26426;轧制时K值为4.01,二辊鼓形辊斜轧?#30001;?#26426;轧制时的K值为7.27。这说明,斜轧扩管工艺可以明显减少附加变形,这有利于斜轧扩管条件下产?#20998;?#37327;的改善和保持轧制过程的稳定性。
   (7)斜轧扩管轧制过程中钢管的运动特征为螺旋前进,变形特征沿钢管运动的螺旋线的分布才?#20174;?#23454;际生产时真实的变形过程。等效塑性应变沿螺旋线?#24335;?#26799;状上升分布状态;钢管沿螺旋线的变形过程既存在拉应力也存在压应力,且拉应力和压应力?#24335;?#26367;分布;钢管壁厚值沿螺旋线不是均匀变化?#27169;?#27599;次经过轧辊轧制后都有一定程度的壁厚增厚,但是壁厚减小量总是大于壁厚增厚值,整个轧制过程壁厚值的变化就是减小一增厚一再减小一再增厚直至完成变形的过程。

本文章来自:www.gkzjd.tw

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点击次数:  更新时间:2014-12-04 19:06:23  【打印此页】  【关闭
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