不銹鋼管材熱擠壓成型的數(shù)值模擬研究.pdf

1、鋼管被廣泛應(yīng)用于石油、電力、化工、煤炭、建筑、機(jī)械、軍工、航空航天等行業(yè)。熱擠壓工藝是國內(nèi)外生產(chǎn)不銹鋼和難變形合金無縫鋼管的主要生產(chǎn)工藝。受國內(nèi)裝備限制，高等級不銹鋼無縫管生產(chǎn)的品種、規(guī)格、質(zhì)量不能滿足國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，長期依賴進(jìn)口。國內(nèi)，鋼管熱擠壓工藝技術(shù)研究領(lǐng)域技術(shù)儲備幾乎是空白。寶鋼60MN管材熱擠壓產(chǎn)線是一條全新的生產(chǎn)線，沒有工藝技術(shù)可供借鑒。
　　 鋼管熱擠壓法中擴(kuò)孔和擠壓兩個(gè)塑性變形過程對擠壓制品質(zhì)量有重要影響。本文

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

3、中的變形參量，如縮徑量、擴(kuò)余、溫度分布、擴(kuò)孔力及擴(kuò)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(kuò)孔后管坯質(zhì)量。感應(yīng)加熱后管坯徑向外表面溫度高，內(nèi)表面溫度低，長度方向保持均勻更有利于擴(kuò)孔過程的穩(wěn)定，保證管坯尺寸精度，減小擴(kuò)余重量，有利于成材率的提高，并可為感應(yīng)加熱工藝制定提供更可靠的依據(jù)和方向。
　　 良好潤滑條件能保證擴(kuò)孔的穩(wěn)定。當(dāng)潤滑不良時(shí)，擴(kuò)余高度迅速增加，不利于提高成材率;并使得內(nèi)孔表面粗糙，嚴(yán)重時(shí)易產(chǎn)生

4、折疊缺陷。當(dāng)擴(kuò)孔筒與管坯摩擦增大時(shí)，大大影響管坯內(nèi)壁尺寸精度，并增加了擴(kuò)孔桿的磨損。
　　 擴(kuò)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(shí)也使得擴(kuò)余重量顯著增加。為了提高管坯擴(kuò)孔后尺寸精度，減小擴(kuò)余及擴(kuò)孔頭制造成本，并提高擴(kuò)孔頭使用壽命和現(xiàn)場裝配操作性能，擴(kuò)孔頭的錐度最好控制在29°-34°范圍內(nèi)。
　　 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(yīng)加熱后溫度場分布形態(tài)影響不大。隨著摩擦

5、系數(shù)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(guān)，一般坯料壓余應(yīng)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(dāng)擠壓速度增加到300mm/s至400mm/s時(shí)，最大溫升可達(dá)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(shí)（摩擦系數(shù)達(dá)0.1），管坯最高溫升達(dá)100℃，主要出現(xiàn)在與擴(kuò)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(nèi)，同時(shí)有必要增強(qiáng)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(shí)，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(yán)重，內(nèi)外表層金屬流動速度差值最高可達(dá)近1300mm