高精度不锈钢管轧制过程轧制力仿真计算.pdf

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资源描述
2012No.2
重型机
高精度不锈钢管轧制过程轧制力仿真计算
成海宝,赵铁勇,郝瑾,纪松山,展京乐,张杰
(中国重型机械研究院有限公司,陕西西安710032)
摘要:针对钢管冷轧过程轧制力的影响因素多、计算复杂的问题,本文以舍瓦金提出的轧制力
计算方法为依据,利用 Fortran语言开发了轧制力计算模拟程序,该程序可用来分析送进量、压下量
孔型参数等对轧制力分布的影响。并以轧制奥氏体不锈钢管1Crl8Ni9Y为例,研究了送进量和管坯厚
度对轧制力分布的影响。
关键词:冷轧钢管;轧制力;仿真计算
中图分类号:IG33.8文献标识码:A文章编号:1001-196X(2012)02-0049-04
Simulative computation of rolling force in cold pilgering process
of high-accuracy stainless steel pip
CFENG Hai-bao, ZHAO Tie-yong, HAO Jin, JI Song-shan, ZHAN Jing-le, ZHANG Jie
(China National Heavy Mechinery Reasearch Institute Co, Itd, Xian 710032, China
Abstract Since there are lots of factors which affect the rolling force in the steel pipe cold-rolling processes
and the calculation process of the rolling force is complex, a simulation program for rolling force ealculation was
developed with Fortran language, according to Shevakii proposed calculation method. The program can be used
to analyze the influence of feeding quantity, reduction and die parameters on rolling force distribution. Finally
taking the austenitic stainless steel 1 Crl 8 Ti as example, the influence of feeding and hollow thickness on the
rolling force distribution is studyed.
Key words: cold rolling steel pipe; rolling force; simulation calculation
0前言
定在机座上的齿条啮合,辊环在往复运动的同
时还绕自身轴线旋转,因此,沿轧制变形区
钢管冷轧是金属塑性成型过程较为复杂的工管坯的内外径和壁厚都逐渐减小。当机架运动
艺之一,由于其具有道次变形量大、金属成材率到后死点位置时,辊环孔型直径大于管坯直
高。轧材的内外表面质量和力学性能较高等诸多径,此时管坯和辊环脱离接触,在辊环再次与
优点,其产品广泛应用于石油化工、航空航天、管坯接触之前,管坯要向前送进一小段以使前
核电、汽车工业等领域
端金属得到进一步的轧制;当机架运行到前死
钢管冷轧过程巾,管坯的每个断面在纵向点位置时,辊环孔型直径大于成品管直径,管
固定的锥形芯棒和变断面辊环构成的环形间隙坯与辊环再次脱离接触,在机架返回运动到使
内间歇的进行管径和壁厚压下2,图1给出了管坯和辊环再次接触之前,管坏连同芯棒要回
轧制过程示意图。轧辊在曲柄连杆的驱动下做转一个角度(60°~90°),从而使管坯锥形部分
周期性往复运动,由于轧辊轴上同步齿轮与固得到进一步的均整,然后机架返回到起始位
置,重复这一过程。从皮尔格轧机轧制过程可
收稿日期:2011-11-29;修订日期:2011-12-04
以看出,对每一送进体积的管坯从开始轧制到
作者简介:成海宝(1970-),男、中国重型机械研究院有限公轧出成品都要经过数十次如上描述的循环过
司高级工程师
程,在这个过程中金属要经过数十次小增量的
50
重型机
012No.2
变形以及拉、压交替的应力应变状态。对于冷0.06~0.07;R。、R。分别为主动齿轮节圆直径
加工状态下的金属塑性变形行为,其变形抗力和辊环槽底直径;。、为分别为管坯壁厚和
除材质外主要取决于金属的变形量的大小,因所求截面上的壁厚值;△ち为正行程中的壁厚压
此任何影响变形量沿变形区分布的因素都对总
轧制力产生影响,而轧制力的变化将引起机架下量;?为反映沿轧槽长度变形不均匀性指
和辊系的弹性变形的变化,从而对最终产品的
数;为反映主动齿轮节圆直径与辊环槽底直
精度造成影响。
本文从研究钢管冷轧过程轧制力分布人手,径对单位压力的影响指数
2R△t
为接触摩擦
以 Fortran语言为工具开发了皮尔格轧制过程轧
制力仿真计算软件,可综合考虑轧制工模具参力对最小主应力的影响指数。
数、轧制工艺参数对轧制力变化的影响,既为新
对于返行程轧制,单位轧制压力如式(2)。
建轧机提供了科学、快速的理论指导,又能为新
P=1.15。+
R。2R△
2
工艺、新产品的开发提供技术支持
R
式中,为摩擦系数影响指数,取值为2.0
~2.5。
上.轧辊
返行程轧制时,由于管坯与工具之间的摩
钢管
擦力方向与金属流动方向相反,从而使金属的
流动受到限制,这必然增大了工具与管坯之间
芯棒
的接触应力。确定了单位轧制压力的计算方
下轧辊
法,还需要确定任意位置管坯与辊环接触面积
的水平投影,对于正、反行程可分别由式(3)
和式(4)求出。
图1钢管冷轧过程示意图
F=1.417,D。√R,△(3)
ig. 1 Schematic diagram of cold pilgering
process of steel pipe
式中,F、F。分别为正、返行程管壁压下区的
水平投影;m,为系数,取值为1.26~1.3:;D
2模型建立
为孔型直径。
与计算板带轧制过程轧制力的方法类似,确
可以看出舍瓦金提出的接触面的面积计算公
定钢管冷轧过程总轧制压力的大小需要解決两方式是对板带热轧接触弧面水平投影的基础上加权
面的问题,即单位轧制压力和金属与轧辊接触面修正后所得。式(3)和式(4)中管壁压下量可由
积的水平投影。由于钢管冷轧变形过程极为复式(5)~式(7)求得。
杂,利用解析方法来处理其中任何一方面都是非
△=0.7△
(5)
常困难的,本文采用舍瓦金提出的公式为理论依
△tち=0.3△t
(6)
据,将工作锥沿纵向划分为若干等距微段,通过
△t=mn(tgy-tga)
计算每一微段上的轧制力的大小,便可得出每一式中,m为送进量;ル,为所求截面的总延伸系
行程中轧制力的连续变化。正行程中单位轧制压数;tgy、tga为芯棒锥度与孔型锥度值。
力可由式(1)计算。
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