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825合金斜轧穿孔过程的温升和应力分布

稀有金属材料与工程 2022年第9期51卷 3366-3371页

作者：李昕赵展董建新仇云龙北京科技大学材料科学与工程学院北京100083 中兴能源装备有限公司江苏海门226126

针对镍基825合金斜轧穿孔生产无缝钢管过程中产生的裂纹现象进行研究分析,通过借助金相组织观察和有限元分析手段对开裂的原因进行了探讨,认为热加工过程中局部温升和增大的剪切应力是导致开裂的主要原因。此外,从管坯初始孔径、初始温... 详细信息

针对镍基825合金斜轧穿孔生产无缝钢管过程中产生的裂纹现象进行研究分析,通过借助金相组织观察和有限元分析手段对开裂的原因进行了探讨,认为热加工过程中局部温升和增大的剪切应力是导致开裂的主要原因。此外,从管坯初始孔径、初始温度、顶头润滑条件等3个工艺参数的角度对管坯中心开裂现象进行了规律性研究,发现影响管坯局部温升的最主要因素是顶头润滑条件,通过降低顶头摩擦系数可明显降低局部温升现象,而工艺参数对最大切应力的影响并不明显。因此认为斜轧穿孔过程导致的温升是管坯质量控制的最关键影响因素。

关键词：高温合金 825合金开裂斜轧穿孔有限元

基于损伤因子优化变形参数的超细晶管斜轧穿孔工艺

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塑性工程学报 2023年第1期30卷 62-69页

作者：董少若庞玉华孙琦杨一刘东西安建筑科技大学冶金工程学院陕西西安710055 陕西省冶金工程技术中心陕西西安710055 西北工业大学材料学院陕西西安710072

为充分利用曼内斯曼效应提高可穿性,以45钢为研究对象,借助刚塑性有限元模拟技术,通过基于Oyane损伤准则的裂纹萌生控制模型揭示了变形参数对损伤因子的影响规律。结果表明,锥形辊实心棒斜轧过程中,沿轧件前进方向,随着塑性变形的逐渐增... 详细信息

为充分利用曼内斯曼效应提高可穿性,以45钢为研究对象,借助刚塑性有限元模拟技术,通过基于Oyane损伤准则的裂纹萌生控制模型揭示了变形参数对损伤因子的影响规律。结果表明,锥形辊实心棒斜轧过程中,沿轧件前进方向,随着塑性变形的逐渐增加,损伤因子逐渐增加,之后随着塑性变形程度的减弱而逐渐减小。从坯料边部到心部损伤因子逐渐增大。空心管斜轧穿孔过程中损伤因子的变化规律与之相似。优化参数为:送进角为14°,辗轧角为13°,轧辊转速为50 r·min^(-1),直径压下率为17%,轧制温度为1000℃,顶前压下率为12%。确定了顶头形状,制备了外径为(Φ66.2±0.1986)mm,壁厚为(6.0±0.126)mm,径厚比为11的超细晶管,晶粒尺寸由29μm(7级晶粒度)细化至9.8μm(10级晶粒度),抗拉强度以及伸长率分别提高了9.0%和17.9%。

关键词：曼内斯曼效应 Oyane损伤准则斜轧穿孔参数优化超细晶

TiB95合金管材斜轧穿孔工艺的有限元模拟

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塑性工程学报 2022年第8期29卷 110-116页

作者：张一帆宋德军张智超王剑锋郑州大学材料科学与工程学院河南郑州450000 中国船舶重工集团公司第七二五研究所河南洛阳471000

为了研究TiB95合金在高温下斜轧穿孔过程中管材金属的流动特点,采用ABAQUS有限元软件对其进行了三维热力耦合模拟,研究了轧辊压下率对TiB95钛合金斜轧穿孔的影响和轧制过程中管材的温度场和应力应变场分布规律。结果表明,压下率15%时有... 详细信息

为了研究TiB95合金在高温下斜轧穿孔过程中管材金属的流动特点,采用ABAQUS有限元软件对其进行了三维热力耦合模拟,研究了轧辊压下率对TiB95钛合金斜轧穿孔的影响和轧制过程中管材的温度场和应力应变场分布规律。结果表明,压下率15%时有利于穿孔;管体温度升高了约90℃,导致轧制时整体温度在相变点温度以上;应力和应变呈W型分布,等效应力最大值出现在顶头前部周围,达到约69 MPa;等效应变最大值在内表面纵向出口处,达到约7.6。采用模拟所得优化参数,在二辊斜轧穿孔机上顺利轧制出尺寸和壁厚均匀的钛合金无缝管,证实了模拟结果的可靠性。

关键词： TiB95钛合金热力耦合斜轧穿孔应力应变温度场

基于PIO-RBF神经网络斜轧穿孔机调整参数预测

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塑性工程学报 2023年第3期30卷 197-203页

作者：孙继芸王清华王贞艳胡建华徐洪岩太原科技大学电子信息工程学院山西太原030024 太原科技大学材料科学与工程学院山西太原030024 太原重工股份有限公司技术中心山西太原030024

针对无缝钢管二辊斜轧穿孔生产工艺中轧机调整参数对钢管质量影响较大,但其设定值精度不高的问题,提出了基于鸽群算法改进RBF神经网络斜轧穿孔机调整参数预测模型。首先,综合分析了传统的二辊斜轧穿孔调整参数数学模型并确定了主要特征... 详细信息

针对无缝钢管二辊斜轧穿孔生产工艺中轧机调整参数对钢管质量影响较大,但其设定值精度不高的问题,提出了基于鸽群算法改进RBF神经网络斜轧穿孔机调整参数预测模型。首先,综合分析了传统的二辊斜轧穿孔调整参数数学模型并确定了主要特征参数,其次,建立了两辊斜轧穿孔时轧机参数(轧辊间距、导板间距和顶头前伸量)的RBF神经网络预测模型,并提出鸽群算法优化RBF神经网络的中心、方差(宽度)和隐层与输出层之间的连接权值。针对某厂采集的304L管的生产数据,对提出的预测模型进行了训练和验证。通过与基于聚类分析的RBF神经网络模型对比,将经PIO-RBF神经网络模型预测得到的轧机调整参数(轧辊间距、导板间距和顶头前伸量)数据与实际数据比较,其相对误差均可控制在9%以内。结果表明,由PIO-RBF神经网络建立的预测模型对轧辊间距、导板间距及顶头前伸量具有较高的预测精度且适用性强。

关键词：斜轧穿孔调整参数预测鸽群算法 RBF神经网络

基于GRA的PSO-BP神经网络斜轧穿孔管形预测

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锻压技术 2022年第8期47卷 88-94页

作者：王清华加世滢胡建华双远华赵铁琳太原科技大学电子信息工程学院山西太原030024 太原科技大学材料科学与工程学院山西太原030024 太原重工股份有限公司技术中心山西太原030024

针对斜轧穿孔中无缝钢管管形计算复杂且精度不高的缺陷,提出了基于灰色关联度分析(GRA)的PSO-BP神经网络管形预测模型。由于轧制过程中影响管形的因素较多,通过灰色关联度分析对工艺参数进行了相关性分析,选择相关度较高的影响因素作为... 详细信息

针对斜轧穿孔中无缝钢管管形计算复杂且精度不高的缺陷,提出了基于灰色关联度分析(GRA)的PSO-BP神经网络管形预测模型。由于轧制过程中影响管形的因素较多,通过灰色关联度分析对工艺参数进行了相关性分析,选择相关度较高的影响因素作为输入;并使用粒子群优化算法对BP神经网络进行优化,确定了最佳的神经网络结构,构建了无缝钢管的斜轧穿孔管形预测模型。最后,应用现场数据对该模型进行了训练和测试,并将其与BP神经网络和传统数学模型进行了对比分析。研究结果表明:该预测模型的精度较高、可靠性较好,为提高无缝钢管的生产质量奠定了基础。

关键词：斜轧穿孔管形预测灰色关联度分析粒子群优化算法 BP神经网络

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无缝钢管斜轧穿孔管形多目标预测

锻压技术 2022年第10期47卷 169-175页

作者：加世滢王清华王贞艳胡建华双远华周新亮太原科技大学电子信息工程学院山西太原030024 太原科技大学材料科学与工程学院山西太原030024 太原重工股份有限公司技术中心山西太原030024

针对无缝钢管斜轧穿孔生产中工艺参数对毛管尺寸精度的影响问题,考虑生产工艺以及生产需求优化等因素,建立了基于最小二乘支持向量回归的多目标预测模型。通过灰色关联分析法对影响因素进行分析筛选,以前伸量、轧辊间距、导板间距、顶... 详细信息

针对无缝钢管斜轧穿孔生产中工艺参数对毛管尺寸精度的影响问题,考虑生产工艺以及生产需求优化等因素,建立了基于最小二乘支持向量回归的多目标预测模型。通过灰色关联分析法对影响因素进行分析筛选,以前伸量、轧辊间距、导板间距、顶头直径、坯料直径5个工艺参数作为预测模型的输入,以毛管壁厚和外径2个管形参数作为预测模型的输出;考虑到数据样本小且输入和输出参数之间的交叉相关性问题,构建了多输入多输出最小二乘支持向量回归模型对毛管管形进行预测。将实际采集的数据作为训练样本,通过仿真实验证明了模型的有效性,研究结果可为无缝钢管斜轧穿孔生产过程中所需的工艺参数调整与优化提供参考。

关键词：无缝钢管斜轧穿孔最小二乘支持向量回归管形预测工艺参数

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奥氏体合金钢斜轧穿孔数值模拟及试验验证

中国冶金 2022年第5期32卷 58-63页

作者：胡建华李靖拓雷锋双远华陈建勋太原科技大学材料科学与工程学院山西太原030024

奥氏体合金钢斜轧穿孔易出现缺陷,工艺参数不易确定。采用电子探针显微分析技术(EPMA)对奥氏体合金钢进行分析,获得材料成分及各种主要元素质量分数,建立材料模型,并针对该材料利用三维有限元软件Deform-3D模拟整个斜轧穿孔过程,分析了... 详细信息

奥氏体合金钢斜轧穿孔易出现缺陷,工艺参数不易确定。采用电子探针显微分析技术(EPMA)对奥氏体合金钢进行分析,获得材料成分及各种主要元素质量分数,建立材料模型,并针对该材料利用三维有限元软件Deform-3D模拟整个斜轧穿孔过程,分析了变形规律,得到等效应力分布、等效应变分布以及金属流动矢量图,模拟结果与实际变形规律相符。将模拟得到的奥氏体合金钢毛管外形尺寸与试验测量数据进行对比,管形吻合,厚度偏差最大为0.82 mm,误差率为8.0%;外径最大偏差为3.50 mm,误差率为3.7%。对试样进行晶间腐蚀试验,未发现裂纹。穿孔后试件的奥氏体微观组织均匀、晶粒得到细化。

关键词： EPMA 奥氏体合金钢 Deform-3D 斜轧穿孔数值模拟晶间腐蚀

基于深度学习的二辊斜轧穿孔机工艺参数预测研究

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基于深度学习的二辊斜轧穿孔机工艺参数预测研究

作者：孙继芸太原科技大学

学位级别：硕士

近些年,在科技创新发展的大环境中,钢铁行业也逐步表现出了智能化的特征。由于我国钢铁行业的飞快发展,对钢铁制品的质量在日益提升,客户对钢铁产品的需求逐渐呈现多样化和个性化,加速产品智能化生产、提升市场竞争能力和生产效益成为... 详细信息

近些年,在科技创新发展的大环境中,钢铁行业也逐步表现出了智能化的特征。由于我国钢铁行业的飞快发展,对钢铁制品的质量在日益提升,客户对钢铁产品的需求逐渐呈现多样化和个性化,加速产品智能化生产、提升市场竞争能力和生产效益成为钢铁企业发展的迫切需求。为实现我国钢铁制造业的高质量快速发展,需要实现由制造向“智造”的转型。穿孔工艺作为无缝钢管成型过程中的首要工序,在传统的生产中,需先按照产品规格要求计算出穿孔机工艺参数将其作为设定参数,再通过试轧凭借生产经验去调整,关键工艺参数的调整决策依赖工作人员的知识储备和认知水平,调试周期长,且调试过程中需要试生产。针对无缝钢管二辊斜轧穿孔生产工艺中轧机的工艺参数对钢管质量影响较大,传统机理公式计算的设定值精度不高的问题,本文以二辊斜轧穿孔设备的工艺参数为研究对象,通过对传统数学模型的分析,建立基于深度学习的斜轧穿孔机工艺参数预测模型,进行斜轧穿孔机各工艺参数的预测研究。论文主要内容如下:(1)首先介绍了无缝钢管穿孔生产流程以及穿孔形变过程。依据斜轧理论确定穿孔机中影响毛管椭圆度、壁厚不均和外径大小的主要工艺参数为:轧辊间距、导板间距和顶头前伸量。将上述三个参数设为模型的输出变量,然后根据输出变量的传统计算公式并结合实际生产经验确定了六个输入变量,分别为:管坯直径、毛管直径、顶头直径、送进角、壁厚、轧辊出口锥角。(2)提出一种基于鸽群改进RBF神经网络的斜轧穿孔机工艺参数预测模型。采用RBF神经网络对二辊斜轧穿孔机工艺参数(轧辊间距、导板间距、顶头前伸量)进行预测,并用鸽群算法对RBF神经网络的中心、方差(宽度)和权值进行优化。采用生产数据对该预测模型进行训练和验证,仿真结果表明,所提出的预测模型对轧辊间距、导板间距及顶头前伸量具有较高的预测精度且适用性强。(3)提出一种基于深度神经网络的斜轧穿孔机工艺参数预测模型。利用深度神经网络建立二辊斜轧穿孔机工艺参数预测模型,在训练深度神经网络时运用小批量梯度下降法和Adam算法相结合进行梯度估计修正,优化训练速度。采用生产数据对所建模型进行训练和验证,仿真结果表明,采用深度神经网络建立的穿孔机工艺参数预测模型的性能优于传统数学模型和基于鸽群改进RBF神经网络预测模型,具有较高的预测精度。(4)设计开发了斜轧穿孔工艺参数智能预测界面。以实际工业需求为设计目标,嵌入多输入多输出深度神经网络的核心算法,采用MATLAB开发了可视化的工艺参数预测计算系统。

关键词：斜轧穿孔穿孔机工艺参数 PIO-RBF神经网络深度神经网络界面设计

基于修正GTN模型的铜镍锡合金斜轧穿孔数值模拟和工艺优化

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基于修正GTN模型的铜镍锡合金斜轧穿孔数值模拟和工艺优化

作者：梁耀壮中北大学

学位级别：硕士

Cu-6Ni-6Sn合金因其耐高温、减震且耐磨性强等特点成为连杆衬套的理想材料。而如何制备低成本,高机械性能的铜镍锡合金管是目前的关键问题。采用挤压工艺或拉拔工艺生产铜镍锡合金管材不仅生产效率低而且还易造成严重的环境污染,管件还... 详细信息

Cu-6Ni-6Sn合金因其耐高温、减震且耐磨性强等特点成为连杆衬套的理想材料。而如何制备低成本,高机械性能的铜镍锡合金管是目前的关键问题。采用挤压工艺或拉拔工艺生产铜镍锡合金管材不仅生产效率低而且还易造成严重的环境污染,管件还易出现裂纹等缺陷,严重影响无缝管力学性能和工艺成形性能。如果可以提前通过仿真研究模拟出损伤形式及位置,校正工艺参数,可大大降低新工艺的开发成本,加快新产品的投产。因此,本文首次将修正GTN细观损伤模型带入铜镍锡合金塑性变形过程中,提出了铜镍锡合金无缝管斜轧穿孔新技术并进行了工艺优化,主要研究内容如下:(1)使用Gleeble-3800热模拟试验机对铜镍锡合金进行热拉伸试验,获得了铜镍锡合金在不同温度(常温、650℃、700℃、750℃和800℃)下的应力应变曲线,分析了其热变形行为。(2)基于单轴热拉伸试验,使用Abaqus进行仿真模拟,结合响应曲面法及遗传算法优化反向标定了铜镍锡合金材料的修正GTN模型中特征损伤参数值f、f、f和f,通过拉伸模拟和试验对比验证了参数的准确性。进一步分析得出f几乎不会对铜镍锡合金材料的应力应变曲线产生影响,f、f的增大会引起曲线峰值点以及失效点向前移动,而f增大失效点会后移。最后通过对铜镍锡合金拉伸仿真过程中的损伤演化及等效应变分布分析得出材料的损伤参数与加工温度具有正相关性。(3)基于修正GTN损伤模型,利用Deform有限元仿真软件构建了斜轧穿孔所需模具模型,设计了加工工艺参数方案,对Φ50mm×150mm铜镍锡合金进行斜轧穿孔数值模拟,着重分析了坯料在斜轧穿孔过程中所受应力、应变、温度场及力能数据的变化。深入研究了加工温度、孔喉直径及顶头等工艺参数对管件成型的影响,最终得出合理工艺参数为温度选择700℃-750℃之间;径向压下量达到10%-14%;前伸量控制在20mm。有限元分析结果可为实验方案的制定提供参考。

关键词：铜镍锡合金无缝管斜轧穿孔修正GTN模型响应曲面法数值模拟