钢管定减径过程的理论计算研究及有限元模拟分析

定（减）径是热轧无缝钢管生产中的精轧工序，其工艺水平的高低直接关系到成品的质量和成材率，无缝钢管定减径成形工艺由以前的经验分析到定量分析，这是现代科学技术发展的必然趋势。 钢管减径时存在明显的金属横向流动和宽展，在研究减径过程中轧件内部应力及变形分布的基础上，采用工程计算法求解轧制过程的变形力，能够正确选择压力加工设备和轧辊的结构及强度；分析减径变形时金属流动的规律，可以寻求荒管的形状尺寸与加工后成品管的形状尺寸的关系，因此对其进行研究对于制定合理的轧管工艺具有重要的意义。 本文具体研究方法为：以冷尺寸为φ219×6.55的荒管经12架微张力减径机组减径后，达到φ194×6.80的成品管的过程为研究对象，利用经典的金属轧制变形理论和弹塑性有限元理论对减径过程进行分析研究。在此基础上，采用工程法计算了各机架钢管壁厚值和轧制力的大小；利用ANSYS/LS-DYNA大型有限元分析软件，对减径过程变形区金属的三维流动过程进行了直观、适时、定量的有限元仿真模拟；通过实验（壁厚）验证了工程法计算结果，并结合现场实际建立出回归模型。 通过对钢管定减径过程的理论计算研究和有限元模拟分析，计算出的壁厚变化值与端头实验数据接近，因为壁厚精度（特别是端头）直接关系到轧管成材率的高低，故工程计算法对端头壁厚控制及热轧壁厚控制线的制定有较大的实用意义；用有限元模拟得到的变形区的应力应变分布状态，以及轧制力和壁厚的变化规律，与实际生产中钢管的变形结果基本一致，能够很好的解释横向壁厚不均现象，故用三维弹塑性有限元分析钢管定减径过程是有效的；通过实验对影响壁厚变化的主要因素作数学回归，建立起简便实用的壁厚回归模型，对于现场生产有着重要的指导作用和使用价值。 综合运用以上三种方法对定减径过程进行深入的研究，能帮助我们确定最佳工艺参数，缩短新品种开发周期，对提高无缝钢管的产量、质量及成材率有着重要的科学意义。