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大型直缝焊管JCOE成形工艺及CAPP系统研究

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随着我国社会经济发展对石油、天然气等能源的大量需求,长距离油气输送管线工程建设对大口径、高强度、高韧性的大型直缝焊管的需求量与日俱增。这为钢管制造业提供了前所未有发展机遇,也对大型直缝焊管的制造技术提出了更大的挑战。常见的大型直缝焊管管坯成形方式有JCOE和UOE,而JCOE成形方式以其投资少、适应性强等特点而最为常见。

大型直缝焊管JCOE成形工艺包含板边预弯、JCO成形和机械扩径。JCO成形是典型的渐进式多道次模压成形工艺,机械扩径是具有明显局部小变形特征的复杂弹塑性变形过程。因为板料弯曲回弹的影响,对管坯JCOE成形工艺参数的准确预测是一个比较困难的工程问题。目前生产中主要依靠经验或者试错法来制定和调整JCOE成形工艺参数,这种方式存在参数调整误差大、工艺参数制定周期长、产品质量波动大等问题。因此有必要对管坯JCOE成形工艺进行系统的理论和应用研究,为企业实际生产工艺设计提供理论依据和技术支撑。本文首先基于传统弹塑性理论和小曲率平面弯曲弹复理论,对板边预弯、板料三点弯曲、机械扩径成形过程进行了系统的理论分析。

推导出了板边预弯弹复后弯曲角和最终预弯力表达式,三点弯曲不同成形阶段板料变形区上任一质点的转角和挠度、上模行程和压力的解析表达式,机械扩径后管坯截面形状参数以及扩径力、扩径行程的理论解析表达式。其次,设计了板边预弯、板料三点弯曲、机械扩径物理实验系统,对管坯JCOE成形工艺理论解析结果进行实验验证。实验结果和理论解析结果吻合,相对误差在工程允许的范围内。证明板边预弯、JCO成形单道次三点弯曲、机械扩径成形过程理论解析模型是正确的和可靠的。这可为实际生产中准确预测各成形工艺参数提供理论基础。再次,根据JCOE成形工艺过程的理论研究结果,提出了大型直缝焊管JCOE成形CAPP系统功能需求,设计出了系统结构和功能流程。

基于VC++6.0软件开发平台,结合工厂焊管生产实际,研究开发了板边预弯、管坯JCO成形及机械扩径成形工艺参数理论预测功能模块,并建立起大型直缝焊管JCOE成形CAPP系统。最后,用本文设计开发的JCOE成形CAPP系统对实际生产的X70钢级、规格为Φ1067mm×19.1mm的直缝焊管成形工艺参数进行预测。利用预测出的工艺参数进行了管坯JCOE成形模拟仿真实验,分析了成形工艺参数理论预测值与仿真结果之间产生误差的原因,总结出了管坯JCO成形工艺参数的调整规律。本文的研究结果为工厂实际生产制定大型直缝焊管成形工艺参数提供了理论基础和技术支持,使工厂缩减大型直缝焊管成形工艺参数的制定周期、提高成形质量和生产效率成为可能,因此具有一定的实际应用和推广价值。

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