FQM连轧管机孔型设计及轧制过程仿真

作     者：程翠翠 

作者单位：燕山大学 

学位级别：硕士

导师姓名：于辉;杜凤山

授予年度：2012年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：连轧管机 孔型设计 速度场 力能参数 计算机仿真 金属流动规律 

摘      要：目前，无缝钢管企业面临巨大的挑战，各自纷纷调整品种结构、淘汰落后产能并研发高质量产品。在无缝钢管轧制过程中，良好的孔型对金属的流动有很重要的改善作用，进而可以控制钢管的表面质量和力学性能，以提高钢管整体质量。因此，设计良好的无缝钢管孔型和研究金属的流动规律对提高钢管的质量是相当有价值的。 首先，本文通过分析连轧管的轧制特点，在分配好减径率以后，利用钢管轧制过程中金属和轧辊在轧辊轴向上接触弧的最大差值为最小的原则通过迭代计算设计了轧管机孔型，然后又按椭圆度曲线取最小值的原则进行了椭圆度的调整，最终取得连轧管孔型的最优值，并计算了管材在各机架出口处的外径周长、槽底半径、变形区长度、各机架出口处的面积和各机架的轧制速度、轧辊转速。 其次，建立了钢管在轧制过程中通过各机架时变形区内金属流动的速度场，此速度场符合体积不变定律和边界条件,运用上限法对上述孔型进行了力能参数的计算，用Visual Basic 6.0为编程语言，实现了孔型设计、工艺优化和力能参数的参数化设计。 再次，应用Marc有限元软件建立了热力耦合模型，开发了无缝钢管轧制过程的计算机仿真系统，对材质为15#钢的无缝钢管进行了实例仿真计算，对轧件在各机架出口处的变形、等效应力进行了分析，通过对轧制力和轧制力矩的比较，误差都在10%以内，证明上述的速度场设定和孔型设计合理。通过对自主设计的孔型和某钢管厂孔型的对比，说明本文所采取的孔型设计方法的轧制效果良好，满足热轧钢管生产要求。 最后，提取5机架连轧过程的第二架出口处金属的位移和应力，对孔型形状对金属在轧制过程中的流动规律进行了研究，得出了孔型的各个参数对金属流动规律的影响。