基于有限元法的焊管钢板下料尺寸优化设计.pdf

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1、第3期机械设计与制造2015年3月MachineryDesign&Manufacture237基于有限元法的焊管钢板下料尺寸优化设计胡盛德，肖颐，郭志旺，吴晓冬(武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室，湖北武汉430081)摘要：过去由于生产的HFW焊管厚度与外径的比值(厚径比)较小，往往不考虑钢板厚度对焊管冷弯成形的影响，原料钢板的表面宽度尺寸被设计为上下相等。这种设计方法得到的原料钢板在生产厚径比较大的HFW焊管时可能造成焊接困难。为此，结合有限元分析法，提出了一个HFW焊管原料钢板尺寸的优化设计方法。并用该方

2、法对某钢厂HFW焊管生产线的原料钢板进行了尺寸优化设计，检验了该方法的有效性，同时还研究了焊管厚径比与原料钢板最佳尺寸之间的关系。关键词：优化设计；高频电阻焊管；有限元分析；参数优化中图分类号：TH16；TG376．9文献标识码：A文章编号：1001—3997(2015)03—0237—03OptimalDesignBlankSizeofInitialStripofTubeBasedonFEMHUSheng-de，XIAOYi，GUOZhi-wang，WUXiao-dong(KeyLaboratoryforFe~ousMetall

3、urgyandResourcesUtilizationofMinistryofEducation，SchoolofMaterialsandMetallurgy，HubeiWuhan430081，China)Abstract：Fortheratioofthicknesstoexteriordiameterofpipe(t／D)productioninthepastisquitesmall，theinfluenceofthicknesstocoldroll-formingofpipeisoftenignored，andthewidth

4、sizeupanddownofinitialStriPisdesignedequality．ButinitialstripdesignlikethisVanberesultinweldingdiffwultiesinlargert／DHFWpipeproduction．Tothisend，anoptimizeprogramfordesignsizeoftheinitialstripwithfiniteelementmethodispresented，andthemethodisusedtooptimizethesizeofthei

5、nitialstripforaHFWpipeproductionlineofanironandsteelcompany，effectivenessofthismethodhasbeenverifted．Inaddition，relationshipbetweent／Dandtheoptimalsizeofinitialstriparepresented．KeyWords：OptimizationDesign；HFW；FEM；ParameterOptimization切削出一定的角度。然而，HFW焊管的冷弯成形过程具有变形量1引言大

6、和高度非线性的特点[71，目前没有公式可以直接设计出能得到I高频直缝感应焊(HFw)钢管是将热轧卷板经过成型机冷弯形接合面的钢板尺寸(最佳原料钢板尺寸)，而有限元分析法可以成型后，利用高频电流的集肤效应和邻近效应，使管坯边缘加热很好的解决焊管成形过程中的大变形量和高度非线性的问题。到固熔状态，在挤压辊的作用下进行压力焊接来进行生产的。因为高频电流的集肤效应和邻近效应所具有的特点，焊接时接合面的形状对HFW的焊缝质量有直接的关系。对HFW来说，最好的成型技术，就是使闭合点之前的管坯接合面互相平行(I形接合面)，此时使用HFW技术能获

7、得理想的焊接效果，尤其是在当前焊管新品种的开发逐渐向大壁厚、大口径、高钢级方向发展I61的＼／e、趋势下，如果能得到I形接合面，对提高焊缝质量会有很大的帮图1钢板厚度对焊管成形的影响助。但是，要得到I形接合面是不容易的，在焊管的成形过程中，Fig．1EffectsofStripThicknessonPipeForming原料钢板的形状对冷弯成形后管坯的边部形状有直接的影响，如有限元理论及其在产品设计、工艺优化的应用方面已有大图1所示。由于焊管有一定厚度，如果钢板表面的宽度上下相等，量的介绍和研究10]，在此不再陈述。针对HFW焊管

8、冷弯成形过焊管的内外圆周之差将导致不能形成I形接合面。要获得I形接程变形量大和高度非线性导致最佳原料钢板尺寸难以设计的问合面就应该使钢板下表面的宽度大于上表面的宽度，钢板的边部题，可以用有限元分析技术对焊管的冷弯成形过程进行仿真计来稿日期：2014