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直缝焊管成型新方法与轧辊设计的研究

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直缝焊管成型过程属于弹塑性大变形和接触非线性多重非线性耦合问题,使理论研—A究和实验研究远落后于工程实践,即使采用有限元法也存在很多困难,目前还没有完整的数值模拟研究工作。

在工程实践中,直缝焊管成型工艺和成型机组的设计仍然采用经验设计方法,经验设计方法的主要缺点是工艺和轧辊设计的合理性必须通过生产实践检验,成本高周期长,不适合市场经济发展的需要。

本文利用弹塑性大变形和接触非线性有限元法,应用大型多物理场有限元软件—A NSYS,建立了较为符合实际的焊管成型过程的三维有限元模型,研究了小直径焊管管坯在单道次、多道次中的成型过程,获取了管坯在成型过程中的应力、应变的变化分布规律以及曲率、压靠力的变化规律,并作出了应力应变在半个管坯上的立体分布图。

成型方式考虑了基线恒定式单半径成型法、下山式单半径成型法和下山式双半径成型法三种成型方式,研究了各种成型方式和管坯壁厚对应力、应变、曲率的影响,考虑了压靠力对成型过程的影响。不同成型方法的对比研究表明,单半径和双半径成型法边缘成型效果较差,而采用三半径W形成型方法较好。

依据数值模拟结果,提出了中直径焊管Φ219×6成型工艺的设计方法,设计并绘制了管坯变形和配辊图,并用三半径W形详细地设计了第一架水平辊的结构尺寸图。最后提出了一种把经验设计和数值模拟结合起来的经济高效的设计方法。文中工作对于指导焊管孔型、辊型和成型工艺设计,提高焊管质量和实现焊管孔型、辊型和成型工艺设计从经验设计方法到基于数值模拟方法的转变奠定了基础。

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