锥形辊穿孔机顶头辗轧锥角的精益设计及验证.pdf

68
工具研究与应用
锥形辊穿孔机顶头辗轧锥角的精益设计及验证
董少峰,郭继保
(太原通泽重工有限公司,山西太原030032
摘要:建立了锥形辊穿孔机顶头輾轧锥角数学型,以精确求得锥形辊穿孔机顶头辗钆锥角;并采用有限
元法对设计效果进行验证。结果表明:米用穿孔机顶六報轧锥角的精益设计方法设计的顶头,其轧制的毛管壁厚
相对误差在2%~3%,壁厚最大偏差在1%以内,满足AP标准要求且达到较高精度。该设计方法为穿孔工具设计
软件及工艺控制模型的建立提供数学理论依据,可有提升企业产品的市场竞争力
关键词:形辊穿孔机;顶头;辗轧锥角;精益计;有限元;壁厚精度
中图分类号:TG3338文献标志码:B文章绯号:1001-2311(2014)06-0068-04
Lean Design and Verification of Flug Toe Angle of Cone-type Piercer
DO\G Shao eng, GLO Jibao
Taiyuan Tongze Heavy Industry Co, Ltd, Taiyuan 030032, China
Abstract A mathematic model of the plug toe ang e of the cone type piercer is established in order to precisely
get the plug toe angle determined. And the design verifi( ation is conducted with the finite element(FE)method. As a
result, it is identified that using the plug toe angle of the piercer as designed with the lean design method will be
able to produce shells with wall thickness relative error s 2%0-3%, and maximum deviation within 1%o, being up to
applicable API specification, and having rather high accuracy. The said design method provides relevant mathematic
theoretic basis for establishing the tool design software, and the process control model for the piercing mill, so as to
turther sharpen the product competitive edge of the com any
Key words: cone type piercer; plug; toe angle; I an design; finite element; wall thickness accuracy
轧制工具的设计直接影响到无缝钢管的生产质提出了空间变形区模型下顶头辗轧锥角的计算方
量,随着国际市场对无缝钢管加工质量要求的提法;文献[4中所提到的穿孔机顶头輾轧锥角的计
高,用户也对轧制工具的设计提出了更高的要求。算仍为桶形辊穿孔机的经验算法。
穿孔机顶头的设计直接决定着穿孔的质量,而顶头
近几年来,锥形辊穿孔机以其扩径量大、变形
辗轧锥角直接决定穿孔毛管的壁厚精度,辗轧锥角均匀、轧制缺陷少等优势,逐渐占据了穿孔机的主
过大或过小都会引起毛管的壁厚不均,以致影响成流市场5。但是,由于辗轧角和送进角的同时存
品管的质量和精度
在,给建立工具立体数学模型及精确计算穿孔工具
由于国内最初引进的穿孔机均为桶形辊穿孔造成一定的困难。国内钢管厂对锥形辊穿孔机顶头
机,所以国内的许多学者对桶形辊穿孔机进行了辗轧锥角的计算仍套用国外的参数,没有具体的数
大量的研究4。对于顶头辗轧锥角的计算也停留学模型.
在桶形辊穿孔机上:文献[3]对桶形辊穿孔机顶头
本文主要介绍利用空间坐标变换,建立锥形辊
辗轧锥角的计算及合理设计进行了总结和归纳,并穿孔机的曲面模型,并将轧辊开口度简化为非线性
约束优化问题进行求解,最终建立了穿孔机顶头辗
董少峰(1978-),男,硕士,工程师,长期从事轧钢
轧锥角的数学模型,随后利用有限元对新设计穿孔
工艺设计及模拟仿真工作。
工具进行数值工艺模拟的过程。
STEEL PIPE Dec. 2014, Vol 43, No6
钢管2014年12月第43卷第6期