二辊斜轧穿孔过程金属变形缺陷有限元分析.pdf

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1、第23卷第8期中国冶金Vo1．23No．82013年8月ChinaMetallurgyAugust2013二辊斜轧穿孔过程金属变形缺陷有限元分析刘雨龙，王辅忠(天津工业大学理学院，天津300387)摘要：使用MSC．Superform2005有限元仿真软件，结合无锡西姆莱斯钢管有限公司提供的曼内斯曼穿管机结构，建立基于33Mn2V钢的三维有限元仿真模型。仿真设计采用静力隐式算法，结合Kumar本构模型对实心坯二辊斜轧穿孔过程进行热力耦合有限元模拟分析。模拟结果显示了穿管过程中出现的开裂等质量缺陷，而且缺陷位置处的塑性应变与试验计算值吻合。模拟结果表明：椭圆形孔腔以及管坯下压

2、量是导致管口与导板摩擦过大并产生开裂的主要原因。为实际生产产品质量提高以及同行业进行相关仿真设计提供一定的参考。关键词：二辊斜轧；开裂；热力耦合；有限元仿真中图分类号：TG335．7文献标志码：A文章编号：1006—9356(2013)08—0014—06FEMAnalysis0fMaterialDeformationDefectsForminginTwoSkewrollPiercingProcessLIUYu—long，WANGFu—zhong(TianjinPolytechnicUniversity，Tianjin300387，China)Abstract：The3DF

3、Emodelisbuilttosimulatethe33Mn2VsteelpipepiercingprocessinMannesmannMil1．TheMannesmannMillstructuralparametersprovidedbyWuxiSeamlessSteelTubeCo．(WSSTC)，Ltd．staticimplicitalgorithmandKumarconstitutiveequationareadoptedinthemode1．ByusingMSC．Superform2005，coupledther—mal—mechanicalsimulationo

4、ftwoskewrollpiercingprocessiscarriedout．Thesimulatedresultshowsthedefectsuchascrackandspringbackgeneratedinthepiercingprocess．Plasticstrainvalueofgapnodesisidenticaltothecalculatedvalue．Thereasonswhichcausedtheproductdefectsaretheellipticholecavityandimpropersinkvalue．Simulatingresultswill

5、provideareferencebasisforthesimulationdesignmemberandtheproductqualityimprove．Keywords：twoskewrollpiercing；crack；thermalmechanicalcoupledmethod；FESimulation穿孔过程是热轧无缝钢管生产过程中最重要的品质量，造成毛管外表面的凹坑、青线、轧伤、外折以变形工序，依据不同的穿孔方法管坯穿孔可分为斜及内表面螺旋、内折等缺陷。实际生产中由于力能轧穿孔、推轧穿孔和压力穿孔，穿孔过程最终将实心参数设置不精确往往造成穿孔机设备强度设定过大管

6、坯轧制成空心毛管。目前应用最为广泛的是辊式造成浪费，或者设定过弱造成次品率过高等问题。斜轧穿孑L机，中国有大量的二辊卧式斜轧穿孔机(曼有限元法的应用为模拟新产品的成形优化提供内斯曼型)。1884年曼内斯曼兄弟发明二辊斜轧穿了有效的数值模拟方法。通过对穿管过程进行高精孔机为近代无缝钢管工业的形成和迅速发展提供了度计算，可以全面了解成形过程中的应力、应变分条件，时至今日二辊斜轧穿孔机仍然在全球无缝钢布，预测缺陷的出现，为工艺分析和模具设计提供可管生产领域占据领导地位n]。曼式穿孔机是由2个靠依据，提高设计质量，缩短开发周期[2]。同向旋转且辊轴交叉倾斜的轧辊、2块导板(或导1模

7、型创建与试验计算盘)以及顶头构成的。钢坯在旋转前进的过程中受到挤压，管坯中心会出现破裂形成不规则的孔腔。1．1有限元模型在顶头作用下实心管管坯被穿轧成空心毛管。在穿曼内斯曼穿孔机模型主要参数(见表1)由无锡孑L过程中轧辊间距离、轧辊转动速度、轧辊半径以及西姆莱斯钢管有限公司提供。顶头位置等参数的合理设置是非常重要的。参数设依据可靠的几何模型在MSC．Superform中建置不合理会对管坯应力分布产生影响，从而改变产立了有限元模型(如图1)。管坯直径100mm，长基金项目：天津市自然科学基金(11JCZDJC2260