减小内螺纹管拉拔内凸筋形状畸变的方法

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1、第6卷第4期塑性工程学报Vo1．6No．41999年12月JOURNAIOFPLASTICITYENGINEERINGDec．1999@69一1G)．、r减小内螺纹管拉拔内凸筋形状畸变的方法了；j(哈尔滨工业大学150001)孟晓峰高西成康达昌'●。’’’‘—一，(95理工大学200237)宋涛＼，／摘要本文采用带侧向位移的半开式压印模型．分析了内螺纹管拉拔内凸筋产生形状畸变的机理，井结合有限元模拟，提出了采用倒锥形等螺距心棒拉拔内螺纹管以减小畸变的新方法。一髑词墨竺萱墼半开式压印侧触移雠凸菇I、，，1引言内凸筋螺纹钢管(P2下简称内螺纹管)是一种新型的传热管，由于它具有优

2、良的热力学特性而广泛地用作电站锅炉的炉壁管。日本从60年代就开始研究内螺纹管的制造和应用技术，并于1980年开始正式批量生产⋯。近些年来内螺纹管在亚临界压力状态火力发电锅炉中应用更加广泛。目前，内螺纹管普遍采用固定心棒拉拔方法生产。关于这种内螺纹管的拉拔实践，文献[1，2]对内螺纹管拉拔心棒沟槽曲线的设计进行了深入的研究，都取得了比较好的效果。文献[3]分析了内螺纹管拉拔过程凸筋形状畸变的机理，认为心棒和管材内壁之间的摩擦阻力矩是造成畸变的原因；文献E~3研究了心棒沟槽侧壁角对内凸筋畸变的影响，并做了相应的实验研究。本文研究的目的是用带侧向位移的半开式压印模型来分析内螺纹管

3、拉拔与内直凸筋管拉拔过程的联系和区别以及内凸筋形状畸变的机理，并提出拉拔心棒与管材内壁之间切向相对滑动量的计算方法和减小内凸筋形状畸变的方法。2半开式压印模型的提出冷拔内螺纹管的关键是成形足够的内凸筋高度和获得良好的凸筋形状。理想的内凸筋形状如图1a所示，但在生产实践中有时会发生内凸筋形状的畸变(如图1b所示)，严重畸变的内螺纹管在使用过程中容易导致起刺部分材料在管内脱落形成杂质，对机组运行构成威胁，所以必须避免内凸筋形状畸变。内螺纹管与内直凸筋管拉拔过程的区别在于前者的内凸筋具有一定的升角。在深入分析内螺纹管拉拔过程之前，首先对内直凸筋管的拉拔过程进行研究。为简化理论分析

4、，本文把内直凸筋管拉拔的变形区划分为(见图2)无心棒拉拔(空拔n一6)、带心棒拉拔(6一c)以及定径段(f—)。第4期孟晓峰等：减小内螺纹管拉拔内凸筋形状畸变的方法69图1内凸筋形状畸变图!内螺纹管拉拔过程变形区的划分a)理想的凸舫；b)严重畸变的凸舫Fig．2ThedivisionofdeformedzoneFig．1Thedistortionoftheinterna[ribofdrawingrifledtube．在空拔变形区，材料主要发生减径，这一变形过程与真正的空拔过程相比，虽然心棒的存在对这一变形区有影响，但是变形特点并无太大差别；在定径带，内外径基本不再变化。而在

5、心拔变形区，材料在外横与心棒的共同作用下同时产生减径和减壁的过程。采用带槽心棒拉拔时，在心拔变形区，管的周向受约束，轴向受到拉拔力的作用，径向受到心棒和凹模的挤压作用，在这样的受力和约束情况下，应力状态和应变状态在筋和槽处是不同的，其简化分区如图3所示关于局部凸筋成形，可参照平面应变(凸筋长度方向上受模具约束或无限长)的闭式压印。闭式压印时，被压印金属的变形区处于三向压应力，受压缩的金属向凸筋处转移。而拉拔内直凸筋管时凸筋的成形不同于闭式压印如果将闭式压印其中一个方向的约束解除，使材料在宽度方向受到模具的限制作用，在沿凸筋长度方向上不受约束处于自由状态，此时材料只受到模具的

6、双向压力的作用，这种模型本文称之为半开式压印模型。这一模型比闭式压印模型更接近拉拔内直凸筋管时的实际受力状态。所本文把外模和心棒的共同作用产生减壁的过程简化为一种半开式压印过程(如图4所示)，来分析内直凸筋管和内螺纹管拉拔过程中凸筋的形成过程，及内螺纹管拉拔时内螺旋凸筋的形状畸变机理。图3内凸筋管心拔变形区应力应变状态图4半开式压印示意图1直接受压缩区{2一间接受压缩区1一压块·2被压印材料}3-半开式凹模Fig．3ThestressandstrainstateinplugFig-4Illustrationofsemiopen—diecoiningdrawingzoDeof

7、internallyribbedtubes．半开式压印实验中原始坯料厚度35ram，得到的试件筋宽8ram，槽宽24ram(模拟某厂实际生产63．5×7．2内螺纹管，沿横截面圆周方向展开的几何尺寸放大3．35倍)。实验材料采用铅块。带槽心棒拉拔实验采用原始管坯分别为070×10、070×9、070×8的钢管进行深槽心棒(即心棒的沟槽深度足够，使拉拔后内壁凸筋并不完全充满沟槽)拉拔实验，拔至063．5×7．2，并与空拔实验(拔至063．5)后的管壁厚进行比较。实验中证实，带槽心棒拉拔过程中材料厚度的变化规律、材料向心