不銹鋼管材熱擠壓成型的數值模擬研究.pdf

1、鋼管被廣泛應用于石油、電力、化工、煤炭、建筑、機械、軍工、航空航天等行業(yè)。熱擠壓工藝是國內外生產不銹鋼和難變形合金無縫鋼管的主要生產工藝。受國內裝備限制，高等級不銹鋼無縫管生產的品種、規(guī)格、質量不能滿足國民經濟發(fā)展需求，長期依賴進口。國內，鋼管熱擠壓工藝技術研究領域技術儲備幾乎是空白。寶鋼60MN管材熱擠壓產線是一條全新的生產線，沒有工藝技術可供借鑒。
　　 鋼管熱擠壓法中擴孔和擠壓兩個塑性變形過程對擠壓制品質量有重要影響。本文

2、通過數值模擬方法研究了不銹鋼321管坯在擴孔和擠壓的變形過程及其主要工藝因素對產品質量的影響。通過自編程開發(fā)溫度場數據轉換程序，將感應加熱溫度場數據導入變形模擬軟件Deform中，將擴孔和擠壓變形與前道感應加熱工序工藝聯(lián)系起來，分析了感應加熱后管坯不同的溫度場分布形態(tài)對擴孔和擠壓變形過程的影響。
　　 研究結果表明，擴孔溫度、潤滑條件和擴孔頭錐度是影響擴孔過程的主要因素，擴孔速度變化影響不大。感應加熱后管坯的溫度場形態(tài)對擴孔過程

3、中的變形參量，如縮徑量、擴余、溫度分布、擴孔力及擴孔頭法向壓力等，有明顯的影響。管坯初始溫度場并非越均勻越有利于擴孔后管坯質量。感應加熱后管坯徑向外表面溫度高，內表面溫度低，長度方向保持均勻更有利于擴孔過程的穩(wěn)定，保證管坯尺寸精度，減小擴余重量，有利于成材率的提高，并可為感應加熱工藝制定提供更可靠的依據和方向。
　　 良好潤滑條件能保證擴孔的穩(wěn)定。當潤滑不良時，擴余高度迅速增加，不利于提高成材率;并使得內孔表面粗糙，嚴重時易產生

4、折疊缺陷。當擴孔筒與管坯摩擦增大時，大大影響管坯內壁尺寸精度，并增加了擴孔桿的磨損。
　　 擴孔頭錐度過大會引起縮徑量迅速增大，降低了管坯尺寸同心度和穩(wěn)定性，同時也使得擴余重量顯著增加。為了提高管坯擴孔后尺寸精度，減小擴余及擴孔頭制造成本，并提高擴孔頭使用壽命和現場裝配操作性能，擴孔頭的錐度最好控制在29°-34°范圍內。
　　 擠壓力峰值最主要受潤滑條件的影響，而擠壓速度和管坯感應加熱后溫度場分布形態(tài)影響不大。隨著摩擦

5、系數增大，峰值擠壓力和穩(wěn)定擠壓力均大幅度地增加，穩(wěn)定階段擠壓力隨著擠壓行程而降低，影響荒管的尺寸精度。穩(wěn)定擠壓階段的擠壓力與擠壓速度成反比，擠壓速度越大，擠壓力反而越小。擠壓力曲線末端的抬升量與與坯料壓余有關，一般坯料壓余應不小于10mm。
　　 擠壓速度是影響不銹鋼321管坯擠壓過程中溫升的主要因素。當擠壓速度增加到300mm/s至400mm/s時，最大溫升可達100℃至200℃，可能超出材料最佳塑性變形溫度范圍;潤滑條件比較

6、惡劣時（摩擦系數達0.1），管坯最高溫升達100℃，主要出現在與擴孔筒和芯棒接觸的位置，對擠壓荒管的組織控制非常不利，所以必須控制擠壓速度，不能過高不能過低，保證擠壓過程中管坯處于最佳塑性變形溫度區(qū)間內，同時有必要增強玻璃潤滑劑的隔熱效果。
　　 管坯最大金屬流動速度受擠壓速度的影響最大。擠壓速度增加時，金屬最大流動速度峰值迅速增加，并且在擠壓帶區(qū)域，金屬流動速度分布不均勻更加嚴重，內外表層金屬流動速度差值最高可達近1300mm