曼内斯曼式穿孔机轧制33Mn2V钢的有限元模拟分析及优化

摘要

使用MSC.MARC有限元仿真软件，结合无锡西姆莱斯钢管有限公司提供的曼内斯曼穿孔机实际生产工艺参数，采用Kumar本构模型建立了33Mn2V钢的三维有限元仿真模型。仿真设计采用静力隐式算法，对实心坯二辊斜轧穿孔过程进行热力耦合有限元模拟计算。
　　以三维立体形式形象的展现了实际生产中难以见到的斜轧穿孔过程中温度场、应力场、应变场等演化情况。通过分析，表明在斜轧穿孔过程中，轧件内、外表面的等效塑性应变、等效应变率、等效应力以及温度场的分布都是不均匀的。通过轧件表面的轧制力和温度变化规律，发现导致轧制力和温度波动变化的主要因素是轧件在穿孔过程中形成的椭圆形孔腔。
　　穿孔过程中的轧辊角度、轧辊距离、转速、压下量以及顶头位置等参数设置的不合理不仅会造成资源的浪费，也会对应力应变分布产生不良影响，降低产品实际生产质量，可能造成表面内折等缺陷。为了解斜轧穿孔中喂入角对整个过程的影响，对不同喂入角条件下，管坯运动状态以及应力、应变分布进行了分析，得出喂入角对于轧件的等效应力和温度的影响不明显。喂入角为8°时，等效塑性应变最大值与流变应力模型中最大塑性应变理论值1.0043最接近，且等效塑性应变率也相对较大，因此更为合理。
　　在不同压下量的条件下，模拟分析钢坯斜轧穿孔过程中应力、应变及温度的变化，得出在压下量为2mm的条件下，管坯中心所受剪切应力及剪切塑性应变均最小，且等效塑性应变率最大，在热学和力学性能方面均有改善，因此合理的压下量应在2～4.5mm之间。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 国内生产技术及机组现状

1．3 国内外热轧无缝钢管生产的主要机型

1．4 研究现状

1．5 研究意义

第二章 斜轧穿孔工艺

2．1 轧钢形式

2．2 热轧无缝钢管的一般工艺流程

2．3 概述斜轧穿孔的生产过程

2．4 斜轧穿孔机的分类

2．4．1 二辊斜轧穿孔机

2．4．2 二辊斜轧穿孔机的主要工具

2．5 斜轧穿孔的变形过程

2．5．1 穿孔变形区的组成

2．5．2 斜轧穿孔过程

2．5．3 斜轧穿孔过程

第三章 斜轧过程模拟有限元方法

3．1 计算机数值模拟方法

3．2 计算机数值模拟有限元方法

3．2．1 刚塑性有限元理论

3．2．2 刚塑性有限元法基本公式

3．2．3 弹塑性有限元法

3．3 斜轧温度场有限元法

3．4 热—力耦合有限元法

3．5 MARC软件简介

第四章 33Mn2V钢斜轧穿孔过程有限元模拟

4．1 斜轧穿孔有限元模型的建立

4．1．1 实际生产中二辊斜轧穿孔机的工艺参数及模型

4．1．2 有限元几何模型的建立

4．2 有限元模型设置参数

4．2．1 材料设置

4．2．2 温度条件设置

4．2．3 摩擦条件设置

4．3 有限元模拟分析

4．3．1 等效应力分析

4．3．2 等效应变、应变率分析

4．3．3 温度场的分布

4．3．4 前表面温度、应变的分布

第五章 对33Mn2V钢斜轧穿孔过程不同条件的模拟分析

5．1 引言

5．2 不同喂入角的模型参数设置

5．2．1 喂入角介绍

5．2．2 建立模型

5．2．3 热边界条件

5．2．4 摩擦条件

5．3 模拟结果

5．3．1 喂入角度对应力、应变的影响

5．3．2 喂入角度对应变率及温度的影响

5．3．3 小结

5．4 不同压下量的模型参数设置

5．4．1 引言

5．4．2 模型设置

5．5 模拟结果

5．5．1 压下量对应力、应变的影响

5．5．2 压下量对顶头及轧辊轧制力的影响

5．5．3 小结

第六章 总结与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢