连轧管机轧制力模拟与计算.pdf

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1、工艺设计改造及检测检修ChinaScience&TechnologyOverview连轧管机轧制力模拟与计算赵佳(中冶京诚工程技术有限公司轧钢与金属加工工程技术所钢管部，北京100176)【摘要】本文在相同的技术条件下运用有限元模拟和数学公式两种方法对三辊连轧管机组轧制力进行了计算，叙述了两种方法的计算过程，对两种方法的计算结果同实际值进行了比较，并分析了各自优缺点与适用的范围。【关键词】三辊连轧管机有限元模拟数学公式轧制力1引曹比热容随温度变化关系如图2．3所示。热膨胀系数随温度变化随着连轧管工艺技术的不断进步，尤其

2、在第一套PQF三辊连关系如图2．4所示。热导率随温度变化关系如图2．5所示。轧管机组在天津建成以后，我国成为世界上无缝连轧管技术最先2．3计算初始条件进的国家，先后有十余套三辊连轧管机组建成或在建。但这些机组计算用毛管尺寸为306X29．25mm，初始温度为ll50℃，芯棒的核心部分连轧管机都是采用进口，这与我国钢管大国的身份不尺寸234．5mm。热力学特性包括轧件与环境的等效换热系数为符，为使我国由钢管大国变为钢管强国，我们在消化吸收的基础上0．17kw／(m·℃)，热功转换系数为0．9，轧辊与轧件的接触换热自行研发

3、三辊连轧管机组，这里首先运用有限元和数学公式的方系数为20kw／(m·℃)。机械参数为摩擦系数为0．4，芯棒与轧件法对轧制力进行计算。为设备设计及日后实际生产提供理论依据摩擦系数为0．07。各机架参数图表2．2所示。和技术支持。3有限元模拟计算2计算用基本数据近年来随着计算机技术的普及和计算速度的不断提高，有限元2．1孔型参数分析在工程设计和分析中得到了越来越广泛的重视，已经成为解决孔型设计可以说一门专f-j的学科，需要综合考虑金属流动、变复杂的工程分析计算问题的有效途径，现在从汽车到航天飞机几乎形分配等，这里只列出经

4、过计算后得到的某263系列孔型的部分参数，如表2．1所示。孔型参数示意图如图2．1所示。2．2轧制钢种及材料特性计算选用钢种为20#钢，材料的泊松比是0．3，材料密度为7．83×10t／mm，材料的杨氏模量曲线如图2．2所示。表2。1263系列孔型参数NO．123456E_。mm3．502．501．2O1．200．OOO．ooR5⋯mm53．7038．6039．5039．2O15．8O15．80R2mm424．654l1．45427．85425．10328．75328．75R1mm141．55137．15133．701

5、32．9O131．50131．5O0【416．0o13．0o13．oo13．0o8．OO8．OOl30．oo30．0o32．oo32．o030．OO30．O0Smm1818181818l8Bmm16016016016016Ol60Lmm320320320320320320Fgmm45．4446．8045．1644．8750．3950．39击NmiI1mm8o08oo800800800800图2．2杨氏模量随温度变化关系由Nmaxmm850850850850850850fnr．j盆(』，一～：～一—一⋯一，＼一A一一·I

6、、．，／／7图2．1子L型参数示意图图2．3比热容随温度变化关系682014年4月上第7期总第l87期工艺设计改造及检测检修ChinaScience&TechnologyOverview表4．1钢管连轧过程中的单元受力情况(7)终轧温度t2AB(8)轧辊直径D(9)轧件与轧辊摩擦系数’＼(10)$L件与芯棒摩擦系数^Ai／j,(11)末机架管子出口速度vg变形单元『l4．2建模思路受力图示—————一传统钢管轧制力的计算方法着眼于钢管轧制过程中的变形区I．一{投影面积和单位压力，相乘后得到钢管轧制力。由于钢管轧制过程—

7、呻变形十分复杂，因此计算过程非常繁琐，但计算结果并不理想。为了lP2。使计算过程简单、灵活，数学模型中把钢管轧制假设为等效钢板的金属轧制，如图4．1所示。相对轧辊后滑前滑4．2．1等致钢板轧辊直獯的确定工具运动等效钢板轧辊直径取值为钢管轧辊的工作辊径Dg。对于三辊情况芯棒前滑前滑连轧管机Dg可近似计算如式1．1。Dg=D一(R—R·sin30。)(1．1)式中D：轧辊直径，mm；R：孔型高度方向半径，mm。4．2．2等效钢板轧后壁厚的确定等效钢板轧后壁厚的取值为钢管轧后的平均壁厚。在CAD中将孔型画出，则由孔型、轧前钢

8、管外径、芯棒外径所界定的区域近似等于轧后钢管的截面积，令轧后钢管以芯棒直径为内径，面积等于该区域面积，如图4．2所示。列方程后可得到轧后钢管的平均壁厚，如式1．2所示。该过程中忽略了钢管与芯棒的间隙及孔型开V1处的壁增厚现象。F=re(：Dh／2+SK)一(Dh／2)(1．2)d=1．0011×d(1．3)式中F：轧后钢管截面积，