钢管冷拔过程的数值模拟-分析

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1、独创性说明本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得北京科技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。繇1脱暾日期．厕，。；．刁关于论文使用授权的说明本人完全了解北京科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的论文在解密后应遵循

2、此规定)签名：j筮堑遗导师签名：趣垒遮日期：兰埋：17北京科技大学硕士学位论文引言近年来，世界各国的钢管生产有了很大发展，对其性能和需求量的要求也不断增加。国外钢管生产发展的主要特点是采用新工艺和新设备来提高产量，扩大品种，采用自动控制和无损探伤的方法，用以改善和保证产品质量。因此，近年来在新建和改建的无缝钢管车间，焊管车间和冷拔轧钢管车间，出现了许多卓有成效且精度高的新工艺方法和一些新的设备。钢管冷拔是传统的压力加工方式之一，在钢管制造领域一直起着重要作用。多年的生产经验形成了几种比较定型的拔制方式及相应技术。但正和许多其他压力加工方式一样，冷拔工艺发展到现阶段，面临着很大的

3、问题：1)迫切需要对现有冷拔工艺进行优化，主要是模角优化问题。2)热轧出来的钢管可能存在较大的壁厚偏差，在国标中，热轧管存在10％～15％的壁厚偏差认为是合格的，而当壁厚偏差存在时，如何采用冷拔加工方法来纠正这个壁厚偏差，成为冷拔工艺中亟待解决的问题。由于每个问题的解决都要以大量试验为基础，这些问题已经极大地限制了冷拔钢管的发展，因此研究这些问题以实现工艺优化已成为当前钢管冷拔工业发展的迫切需求。近年来，利用计算机有限元仿真技术代替传统的初等解析法及实验法在压力加工中得到了广泛应用。人们借助于有限元仿真软件可以对大量变形过程进行数值模拟，可以获得比现场试验更为丰富的结果，使得人

4、们对金属变形过程进行更微观更全面的认识成为可能。显然，计算机模拟已成为研究金属压力加工过程的有效途径。当前，对于我国各行各业来说，国际竞争越来越激烈，如果在其中求生存，即降低生产成本、提过产品质量，以增强企业的竞争力成为各个企业的首要问题。优化过程参数，改进生产设备及工具，减少工序，降低能耗，改进产品质量更是摆在企业面前的实际问题。计算机仿真技术无疑为这些问题提供了一个有力的工具。本课题是北京科技大学机械学院开发设计的“高精度全液压冷拔钢管机”上采用的变形工艺项目的一部分，该项目证是为适应这种需求而设立的。在这个项目中，计算机仿真技术取代了传统的研究方法，通过在计算机上借助有限

5、元仿真软件就可进行大量变形过程的模拟实验，得出比现场实验更为丰富的结果。因此该项目的开发成功对于降低企业的生产成本，提高生产效率以及解决国内冷拔行业面临的问题将具有重要的指导意义。北京科技大学硕士学位论文1文献综述1．1钢管冷拔的特点1．1．1冷拔钢管的工艺流程钢管作为钢铁产品的重要组成部分，因其制造工艺及所用管坯形状的不同而分为无缝钢管(圆坯)焊接钢管(板，带坯)两大类【“。无缝钢管因其制造工艺的不同又可以分为热轧(挤压)无缝钢管和冷拔(轧)无缝钢管。冷拔(轧)无缝钢管又可以分为圆形管和异型管。冷拔大部分是用热轧无缝钢管作原料，属于冷加工方法。若热轧车间没有减径机，则最小直径

6、可达10～20毫米，壁厚可小于2．5毫米。热轧钢管的断面形状、尺寸精度和表面质量都不太高[21。冷拔法则可以生产各种小直径、薄壁、异型、高精度和表面光洁度高的钢管。冷拔是最早被用来生产小直径薄壁管材的加工方法，冷拔法在生产精密、薄壁、高强度和异型管材方面占有重要的地位[31。它的产品范围很广，直径为0．8～200毫米，壁厚下限可达0．05毫米。冷拔法的主要特点是精度高、设各简单、投资少、维修方便、操作简单、生产灵活，因此在品种多、产量要求不高的情况下，采用冷拔法最为合适。冷拔法的主要缺点是产量低，工序多，金属消耗大，成本高[41。冷拔钢管的生产工艺流程【5】如图1．1所示。由于

7、从管坯到成品要经过多次拔制，所以工艺上只能采用周期循环分批进行生产的方式。其工艺流程大致是：圆管坯一加热一穿孔一打头一退火一酸洗一涂油(镀铜)一多道次冷拔(冷SL)一坯管一热处理一矫正一水压试验(探伤)一标记一入库。焊接钢管采取的材料是钢板或带钢，因其焊接工艺的不同可以分为炉焊管、电焊(电阻)管和自动电弧焊管。因其焊接形式的不同又可以分为直缝焊管和螺旋焊管，还有一些其它的分法。由图1．1可知，冷拔钢管生产中的辅助工序很多，对车间的生产率和产品质量起着不可忽视的作用嘲【”。为了提高车间的生产率