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大口径厚壁无缝管轧制加工解析技术
大口径厚壁无缝管的轧制加工解析技术自20世纪80年代后期开始广泛采用有限要素法(FEM),近伴随着计算机输出的发展,解析技术已由二维向三维的变形解析发展。由此提高了产品的尺寸精度和质量,以下介绍具有代表性的解析技术。
延伸轧制的解析技术
芯棒连轧管机采用芯棒和孔型
大口径厚壁无缝管
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大口径厚壁无缝管轧制加工解析技术
大口径厚壁无缝管的轧制加工解析技术自20世纪80年代后期开始广泛采用有限要素法(FEM),近伴随着计算机输出的发展,解析技术已由二维向三维的变形解析发展。由此提高了产品的尺寸精度和质量,以下介绍具有代表性的解析技术。
延伸轧制的解析技术
芯棒连轧管机采用芯棒和孔型辊进行轧制,因此与板轧制不同,在轧辊圆周方向上存在着轧辊和芯棒没有接触的自由变形区。由于该自由变形区是在下个机架上被轧制,因此为正确理解芯棒连轧管机的综合特征,对包括自由变形区在内的变形进行预测是很重要的。
这种复杂的变形预测如果采用以往的高速缓存实现算法是无法获得高的精度,因此就需要的解析。考虑到轧制方向剪切变形,采用普通扩张平面变形解析进行近似三维解析。结果可知,计算值和实验值较一致。
近,随着计算机技术的发展,加快了完全三维有限要素法解析技术的开发,它还能用于机架间张力影响的解析和轧辊与管坯的速度差的解析。
定径轧制的解析技术
采用定径轧制时由于内面没有工具,因此在轧制厚壁管时轧材的内面形状不整齐。采用三辊式轧机时,轧材的内面形状呈六角形。通过采用三维有限要素法解析,明确了这种内面棱角现象的发生机理和应采取的对策。在采用接近正圆的椭圆率=0.986的孔型时能获得基本均匀的壁厚,但在采用接近正圆的椭圆率=0.960的孔型时则出现清晰的内面六棱角。采用本解析能预测用张力减径机轧制时壁厚的变化,弄清了轧辊孔型特性和机架间的张力对内面六棱角的影响。


大口径厚壁无缝管的断裂如何防止?
国内大口径厚壁无缝管一般是通过在金属中增加合金的办法来提高材料的性能,大口径厚壁无缝管在冷拔后,均需要进行去应力退火,消除材料的残余应力,改善材料的组织,提高材料的塑性,从而达到防止大口径厚壁无缝管断裂失效发生的目的。
目前,我国大口径厚壁无缝管的材质均为普通45#或20#钢27SiMn钢,通过冷拔变形使金属强度提高;可是,它是以牺牲金属的塑性、韧性为代价的。冷拔大口径厚壁无缝管是以它的高尺寸精度和高强度性能而立足于市场的,它必须要保证变形量在一定的范围之内,才能大限度地发挥材料的性能,减少对材料的不利影响。
大口径厚壁无缝管变形太小,不能达到表面光洁度与尺寸精度的要求,也无法达到构件的强度指标;变形太大,大口径厚壁无缝管的塑性、韧性降低过多,而且,晶粒被拉得过分细长,形成了纤维组织,金属会具有明显的各向异性。冷拔大口径厚壁无缝管的轴向,平行于晶粒的拉长方向,强度升高;冷拔大口径厚壁无缝管的径向,垂直于晶粒的拉长方向,强度反而降低,而液压油缸的应力正存在于大口径厚壁无缝管的径向上,所以,变形太大对充分发挥冷拔管的性能不利。


如何保证大口径厚壁无缝管的平直度和整体偏差?
大口径厚壁无缝管制造过程中,从制造材料