直縫焊管排輥成形機(jī)理與工藝設(shè)計(jì)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(diǎn)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的用途越來(lái)越廣泛，不僅在煤氣輸送管、建筑結(jié)構(gòu)管等低強(qiáng)度的應(yīng)用領(lǐng)域完全取代了無(wú)縫管，而且在高壓鍋爐管、油氣管線(xiàn)管等高強(qiáng)度的應(yīng)用領(lǐng)域正越來(lái)越多地替代無(wú)縫管。隨著焊管質(zhì)量的提高以及人們對(duì)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(kāi)發(fā)正受到越來(lái)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(lái)的，

2、在排輥成形過(guò)程中，為了減少板帶回彈、改善成形質(zhì)量以及增強(qiáng)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(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)輥彎成形時(shí)使用的水平輥和立輥。從以往的研究來(lái)看，雖然國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)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(duì)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(jì)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(chǎng)20

3、05年引進(jìn)的ERW610焊管排輥成形機(jī)組為研究對(duì)象，以直縫焊管排輥成形工藝設(shè)計(jì)為研究主線(xiàn)，采用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、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(jì)、成形工藝參數(shù)設(shè)計(jì)以及軋輥設(shè)計(jì)四個(gè)方面進(jìn)行系統(tǒng)研究。本文首先通過(guò)單向拉伸試驗(yàn)獲得數(shù)值模擬所需要的材料性能參數(shù)，基于ADPL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了排輥成形全機(jī)組CAD/CAE參數(shù)化建模，采用動(dòng)力顯式彈塑性有限元算法對(duì)焊管排輥成形過(guò)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(duì)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(kāi)口度、板寬以及截面輪廓的測(cè)量驗(yàn)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(jì)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(jì)方法，并采用新花型設(shè)計(jì)方法對(duì)Φ325mm焊管排輥成形工藝機(jī)組進(jìn)行了板材花型圖的參數(shù)設(shè)計(jì);根據(jù)直縫焊管排輥成形機(jī)組中排輥機(jī)架的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，提出了排輥成形機(jī)組中成形工

5、藝參數(shù)設(shè)計(jì)方法，構(gòu)造了與成形工藝參數(shù)相關(guān)聯(lián)的動(dòng)態(tài)排輥曲面方程，結(jié)合新花型設(shè)計(jì)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(jì)方法對(duì)φ244.5mm焊管排輥成形機(jī)組進(jìn)行了全新的成形工藝參數(shù)設(shè)計(jì)，通過(guò)新舊成形工藝參數(shù)下動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬的結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證了新成形工藝設(shè)計(jì)方法的正確性和實(shí)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(jì)知識(shí)庫(kù)，在此基礎(chǔ)上基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法實(shí)現(xiàn)了任意規(guī)格

6、焊管排輥成形機(jī)組的軋輥設(shè)計(jì)，同時(shí)采用該方法對(duì)φ377mm新規(guī)格焊管排輥成形機(jī)組進(jìn)行了軋輥設(shè)計(jì)，并且驗(yàn)證了新規(guī)格焊管排輥成形機(jī)組軋輥設(shè)計(jì)方法的可靠性;最后結(jié)合之前的研究成果，開(kāi)發(fā)了直縫焊管排輥成形機(jī)組CAD/CAE參數(shù)化建模、花型設(shè)計(jì)、成形工藝參數(shù)設(shè)計(jì)以及軋輥設(shè)計(jì)模塊，通過(guò)這些模塊與參數(shù)管理模塊、用戶(hù)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(jì)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。
　　 通過(guò)本文的研究，有助于打破國(guó)外的行業(yè)封鎖和技術(shù)壟斷，發(fā)展直縫焊