直縫焊管排輥成形機理與工藝設(shè)計方法研究.pdf

1、直縫焊管由于具有生產(chǎn)效率高、能源消耗低、成形質(zhì)量好以及產(chǎn)品精度高等優(yōu)點，在國民經(jīng)濟中的用途越來越廣泛，不僅在煤氣輸送管、建筑結(jié)構(gòu)管等低強度的應(yīng)用領(lǐng)域完全取代了無縫管，而且在高壓鍋爐管、油氣管線管等高強度的應(yīng)用領(lǐng)域正越來越多地替代無縫管。隨著焊管質(zhì)量的提高以及人們對環(huán)境、能源的重視，直縫焊管將具有更加廣闊的應(yīng)用前景，直縫焊管成形工藝技術(shù)的開發(fā)正受到越來越多的關(guān)注。
　　 直縫焊管排輥成形工藝是由傳統(tǒng)輥彎成形技術(shù)逐漸演變改進(jìn)而來的，

2、在排輥成形過程中，為了減少板帶回彈、改善成形質(zhì)量以及增強軋輥共用性，在精成形（封閉孔型）前采用多組形狀相同的小軋輥來代替?zhèn)鹘y(tǒng)輥彎成形時使用的水平輥和立輥。從以往的研究來看，雖然國內(nèi)外學(xué)者針對直縫焊管傳統(tǒng)輥彎成形工藝進(jìn)行了大量研究，但是由于直縫焊管排輥成形工藝更加復(fù)雜，當(dāng)前對于直縫焊管排輥成形工藝的理論研究還很少。直縫焊管排輥成形工藝的理論設(shè)計已經(jīng)成為輥彎成形技術(shù)中極具挑戰(zhàn)性的課題之一。
　　 本文以上海寶鋼股份有限公司鋼管廠20

3、05年引進(jìn)的ERW610焊管排輥成形機組為研究對象，以直縫焊管排輥成形工藝設(shè)計為研究主線，采用現(xiàn)場試驗、數(shù)值模擬和理論研究相結(jié)合的方法，分別從直縫焊管排輥成形中板帶變形規(guī)律、花型設(shè)計、成形工藝參數(shù)設(shè)計以及軋輥設(shè)計四個方面進(jìn)行系統(tǒng)研究。本文首先通過單向拉伸試驗獲得數(shù)值模擬所需要的材料性能參數(shù)，基于ADPL語言實現(xiàn)了排輥成形全機組CAD/CAE參數(shù)化建模，采用動力顯式彈塑性有限元算法對焊管排輥成形過程進(jìn)行了全流程數(shù)值模擬，從塑性應(yīng)變（橫向和

4、縱向）、相對曲率、成形形狀等角度詳細(xì)地分析了不同成形段下板帶的變形規(guī)律，發(fā)現(xiàn)了排輥成形工藝中所存在的變形盲區(qū)現(xiàn)象，并結(jié)合開口度、板寬以及截面輪廓的測量驗證了數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性;為了克服現(xiàn)有各種傳統(tǒng)花型設(shè)計方法的局限性，基于變形盲區(qū)現(xiàn)象提出了適合于直縫焊管排輥成形工藝的新花型設(shè)計方法，并采用新花型設(shè)計方法對Φ325mm焊管排輥成形工藝機組進(jìn)行了板材花型圖的參數(shù)設(shè)計;根據(jù)直縫焊管排輥成形機組中排輥機架的機構(gòu)運動特點，提出了排輥成形機組中成形工

5、藝參數(shù)設(shè)計方法，構(gòu)造了與成形工藝參數(shù)相關(guān)聯(lián)的動態(tài)排輥曲面方程，結(jié)合新花型設(shè)計方法確定了求解初始成形工藝參數(shù)的幾何約束條件，并且給出了求解最終成形工藝參數(shù)的通用算法，在此基礎(chǔ)上采用該成形工藝參數(shù)設(shè)計方法對φ244.5mm焊管排輥成形機組進(jìn)行了全新的成形工藝參數(shù)設(shè)計，通過新舊成形工藝參數(shù)下動態(tài)數(shù)值模擬的結(jié)果對比驗證了新成形工藝設(shè)計方法的正確性和實用性;根據(jù)軋輥拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不同，建立了軋輥設(shè)計知識庫，在此基礎(chǔ)上基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法實現(xiàn)了任意規(guī)格

6、焊管排輥成形機組的軋輥設(shè)計，同時采用該方法對φ377mm新規(guī)格焊管排輥成形機組進(jìn)行了軋輥設(shè)計，并且驗證了新規(guī)格焊管排輥成形機組軋輥設(shè)計方法的可靠性;最后結(jié)合之前的研究成果，開發(fā)了直縫焊管排輥成形機組CAD/CAE參數(shù)化建模、花型設(shè)計、成形工藝參數(shù)設(shè)計以及軋輥設(shè)計模塊，通過這些模塊與參數(shù)管理模塊、用戶管理模塊的集成，進(jìn)而完成了直縫焊管排輥成形工藝設(shè)計系統(tǒng)的開發(fā)。
　　 通過本文的研究，有助于打破國外的行業(yè)封鎖和技術(shù)壟斷，發(fā)展直縫焊