直縫焊管排輥成形機理與工藝設計方法研究.pdf

1、直縫焊管由于具有生產效率高、能源消耗低、成形質量好以及產品精度高等優(yōu)點，在國民經濟中的用途越來越廣泛，不僅在煤氣輸送管、建筑結構管等低強度的應用領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用領域正越來越多地替代無縫管。隨著焊管質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用前景，直縫焊管成形工藝技術的開發(fā)正受到越來越多的關注。
　　 直縫焊管排輥成形工藝是由傳統(tǒng)輥彎成形技術逐漸演變改進而來的，

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，雖然國內外學者針對直縫焊管傳統(tǒng)輥彎成形工藝進行了大量研究，但是由于直縫焊管排輥成形工藝更加復雜，當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計已經成為輥彎成形技術中極具挑戰(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計為研究主線，采用現場試驗、數值模擬和理論研究相結合的方法，分別從直縫焊管排輥成形中板帶變形規(guī)律、花型設計、成形工藝參數設計以及軋輥設計四個方面進行系統(tǒng)研究。本文首先通過單向拉伸試驗獲得數值模擬所需要的材料性能參數，基于ADPL語言實現了排輥成形全機組CAD/CAE參數化建模，采用動力顯式彈塑性有限元算法對焊管排輥成形過程進行了全流程數值模擬，從塑性應變（橫向和

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

5、藝參數設計方法，構造了與成形工藝參數相關聯(lián)的動態(tài)排輥曲面方程，結合新花型設計方法確定了求解初始成形工藝參數的幾何約束條件，并且給出了求解最終成形工藝參數的通用算法，在此基礎上采用該成形工藝參數設計方法對φ244.5mm焊管排輥成形機組進行了全新的成形工藝參數設計，通過新舊成形工藝參數下動態(tài)數值模擬的結果對比驗證了新成形工藝設計方法的正確性和實用性;根據軋輥拓撲結構的不同，建立了軋輥設計知識庫，在此基礎上基于BP神經網絡算法實現了任意規(guī)格

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