斜轧穿孔顶头的有限元模拟及失效分析

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1、第!"卷第#期!!!!!!!!!物理测试!7289!"!:29#!!!!!!!!!$$%年"月!!!!!&’()*+),-./*0.1*20.0345)1*06;.(!!$$%斜轧穿孔顶头的有限元模拟及失效分析黄贞益@!!苏惠超!!!薛建国!!!郑坚敏!!!刘广华@!"@9安徽工业大学材料学院!安徽马鞍山!=#$$!$!9上海宝钢钢管分公司!上海!@$$$$#摘!要!应用a,RH‘;三维有限元数值模拟软件对狄舍尔穿孔机热轧穿孔过程中的顶头进行了温度场数值模拟!通过模拟和实测分析了顶头开裂&粘钢&塌鼻等失效原因’关键词!斜轧穿孔$顶头$有限元模拟$失效中图分类号!4K@=!9@_"!

2、!文献标识码!I!!文章编号!@$$@B$%%%"!$$%#$#B$$"%B$#B!G’%#)&$(%,3$3*B$%&)01;3$&+2%2,-S%10<%39S&)9-,060,22K,&&%39@!!JNLP*B+’.2!!!SN,^*.0B6P2!LNI:KF’50B(*!!!TUNKP.06B’P.@FL,:K^*.0B/*0"@9J+’2282C;.15G*.8!I0’P*N0*Y5G)*1(2C45+’02826(!;..0)’.0!=#$$!!I0’P*!>’*0.$!9J’.06’.*?.2)1558J15584PV5>2/W.0(!J’.06’.*!@$$$$!

3、>’*0.#;72(0$<(%4’5R,;)*/P8.1*20)2C1D.G52Ca,RH‘;D.)P)5312)*/P8.151’515/W5G.1PG53*)1G*VP1*202CW8P6C2Ga*5)5W*5G+5G3PG*06+G2))G288*069?.)5320)*/P8.1*20G5)P81.031’5WG.+1*+.815)1!1’5C.*8PG5)P+’.)+G.+[*06!)1*+[*06.03+288.W)*0602)5D5G5.0.8(X539=1+5,0*2%+G2))G288*06W*5G+*06$W8P6$R,;)*/P8.1*20$C.*8PG5!!

4、斜轧穿孔是热轧无缝钢管生产中最重要的成形头开裂是一种热疲劳现象!也是一种低周期疲劳现(@)工序!它的任务是将实心的坯料穿成空心的毛管’象’穿孔时!顶头承受很大的应力!每穿一支钢管!而穿孔顶头则是无缝钢管生产中消耗量最大的关键其表面都会产生一定的塑性变形!该塑性变形累计(!)工具之一’它的质量好坏和寿命高低直接影响钢到一定程度时!局部就会产生应力集中!既而产生裂管生产的效率和钢管的质量’由于穿孔顶头的工作纹核心!在随后的穿孔过程中裂纹不断扩展形成开条件相当恶劣!使得它的使用寿命不长!这影响了钢裂’管的生产效率和钢管的质量!是热轧无缝钢管生产>9A!顶头粘钢中急需解决的问题’为了提高穿

5、孔顶头的使用寿!!顶头粘钢是顶头与管坯这一对摩擦副发生粘着命!国内外不少高校&研究院所&企业对穿孔顶头进磨损的现象’粘着磨损严重时会产生两摩擦偶件咬行过研究!采取了不少的措施!但至今没能有效的地死而不能相对运动!在穿孔过程中就是轧卡’根据(#)提高穿孔顶头的使用寿命’黏着磨损理论!若摩擦偶件只受法向载荷作用!并且4;!存在表面膜时!则不易产生磨损$若同时有切向应力!!本研究利用三维有限元模拟软件a,RH‘;对宝钢钢管厂狄舍尔穿孔机穿孔过程顶头的温度场存在!则表面膜会被破坏而发生粘着磨损’进行了有限元模拟!分析了顶头开裂&粘钢和掉肉等>9I!顶头塌鼻失效原因!并提出一些改进意见’!!

6、在穿孔过程中!顶头的尖锥形鼻部局部塌陷成钝圆形或全部塌陷而造成的鼻部消失的现象!即为@!斜轧穿孔顶头失效形式和机理塌鼻想像’塌陷的程度一般随着穿管支数的增加>9>!顶头开裂而加深’尖锥形鼻部使顶头保持一种类似炮弹形!!开裂就是在穿孔过程中顶头表面产生裂纹’开的流线形外形!这就保证了以比较小的穿孔应力形裂使顶头失去光滑的工作表面而不能继续使用’顶成毛管内腔’若顶头鼻部塌陷而失去这种流线型!作者简介!黄贞益"@

7、!!!!!!!!!!!!!!!!!!第!"卷则穿孔应力急剧增大!易产生疲劳开裂!导致顶头报废"!!模型建立及模拟前处理!!采用三维建模软件&G2#,建立实体模型!根据二辊斜轧原理建立三维模型$图@%"!!斜轧模型及工艺参数&轧辊转速为@!9"#)!导盘转速为!9%#)"坯料直径"@%E//!长度=$$//!顶头为宝钢所用的@=!顶头"工件材料选择软件材料库中的IUJUB@$="!相当于国内的="钢"图A!顶头穿入管坯后的温度分布B%9CA!?1#/10$()01*%2