冷拔成形对37Mn气瓶管尺寸和性能的影响研究.pdf

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1、第54卷第1期化工设备与管道Vol.54No.12017年2月PROCESSEQUIPMENT&PIPINGFeb.2017冷拔成形对37Mn气瓶管尺寸和性能的影响研究韦洋，徐书根，王冲，黎新春（中国石油大学（华东），青岛266580）摘要：冷拔管因良好的综合力学性能被广泛应用于石油和化工等领域。运用ABAQUS有限元软件对冷拔过程进行数值模拟，分析拔制过程中变形区应力场以及拔制后钢管内残余应力的分布情况。并研究不同内模位置以及模具定径尺寸对冷拔管应力和变形的影响。通过数值模拟和实验数据的综合分析，为生产实际提供参考依据。关键词：冷拔管；残余应力；有限元分析中

2、图分类号：TQ050.1；TH16文献标识码：A文章编号：1009-3281（2017）01-0009-007[7]钢管冷拔是指经过预处理的钢管在冷拔机的作用为生产实际提供依据。下，通过一定尺寸、形状的模具，对管材进行二次加工，[3，4]1有限元模型的建立使其发生加工硬化和塑性形变的工艺方法。冷拔管具有精度高、粗糙度低、强度高等特点。其良好1.1几何模型和网格的综合力学性能使得冷拔管广泛应用于煤矿、汽车、为了分析方便，在不影响模拟结果的前提下，[5]石油和化工等领域。可对模型结构进行简化。假设冷拔管材料是均匀、连冷拔管的成型过程中，变形区内金属流动十分续和各向

3、同性的，且材料为弹塑性变形。内外模具在复杂，属于弹塑性大变形和接触非线性相互耦合的多拔制过程中变形很小，故处理为刚体。钢管和模具都重非线性问题。其次，成型过程的影响因素也是多样是绕同一轴线的回转体，故建立二维轴对称的有限元的，材料性能、拔制力、摩擦状况、温度环境、毛管模型。图1为冷拔管和模具的几何尺寸图，内外模具与模具的形状和尺寸等都将对成品的质量产生影响。均采用8°的锥角。为了更好地分析研究内模位置以因此，对冷拔管在理论和实验等方面上的研究存在很及内外模具定径尺寸对冷拔过程的影响，分别建立以[6]大困难。ABAQUS是一款先进的工程模拟有限元下模型：软件，在

4、其众多优点中，解决非线性问题的能力和效（1）建立三种不同内模位置的模型，如图2所示。率尤为突出，具备分析钢管冷拔成型过程这种复杂问以内外模具锥角正对为例，分析冷拔过程中以及冷拔题的能力。近年来，国内外很多学者应用有限元单元结束后钢管的应力和变形。并且对比分析内模位置对法和计算机技术对钢管冷拔成型过程做了大量研究，冷拔过程的影响。并且取得了许多成果，如残余应力和成形过程中的开（2）建立内外模具定径尺寸分别为5.6mm，6.1裂等。但是在很多方面的研究依然不完善，需要进一mm，6.6mm，7.1mm的四种模型，对比分析定径尺步的深入研究，如模具位置以及定径尺寸对冷

5、拔成型寸对冷拔过程的影响。的影响等。对冷拔管和模具进行网格划分，选择单元类型冷拔工艺按照是否使用芯棒、芯棒的长度和其固定方式，主要分为无芯棒冷拔（空拔）、短芯棒冷收稿日期：2016-11-09拔、长芯棒冷拔和游离芯棒冷拔四种。短芯棒冷拔的基金项目：国家自然科学基金青年基金（No.51404284）。作者简介：韦洋（1992—），女，河北保定人，中国石油大学工具制造简单且便于调整及操作，本文选取此种冷拔（华东）在读硕士研究生。主要研究方向为化工机械方式，对钢管冷拔后的应力、变形及壁厚进行研究，强度方向。·10·化工设备与管道第54卷第1期形，故模具网格稀疏。钢管

6、则网格划分密集，以便得到更准确的计算结果。划分网格后，钢管节点数量为8007个，单元数量为7520个。图1冷拔模型几何尺寸图Fig.1Geometrymodelofthecolddrawingtube图3网格划分示意图Fig.3Finiteelementmeshofthecolddrawingtube1.2材料性能型式1型式2型式3内模向前偏移10mm内外模锥角正对内模向后偏移10mm毛管材料为37Mn，37Mn钢是为出口钢质无缝气瓶研制的专用材料，该钢具有较好的力学性能和工图2不同内模位置示意图艺性能。37Mn钢的化学成分如表1所示。Fig.2Differe

7、ntlocationoftheinnerdie于冷拔前后的钢管分别截取拉伸断裂试样，得为CAX4R的轴对称四节点四边形实体单元。图3为到真实应力应变曲线，如图4所示。可得在有限元计冷拔管和模具有限元网格图。不考虑内外模具的变算中需要的材料性能参数，见表2。表137Mn钢化学成分Table.1Chemicalcompositionfor37Mn化学成分（质量分数，%）牌号CSiMnPSCrMoNi37Mn0.32~0.480.1~0.50.9~1.65＜0.025＜0.025＜0.4＜0.1＜0.41.3载荷与边界条件表2材料真实力学性能指标Table.2Rea

8、lmaterialproperties