冷軋不銹鋼無縫管材孔型設(shè)計(jì)優(yōu)化系統(tǒng)

蘇 寧， 張志遠(yuǎn)， 朱永霞

（中國兵器工業(yè)第二〇八研究所， 北京 102202）

目前我國正處于一個(gè)鋼鐵大國向一個(gè)鋼鐵強(qiáng)國轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵時(shí)期，如何提高鋼鐵產(chǎn)品的科技含量，增加高端產(chǎn)品在出口中的份額是轉(zhuǎn)型能否成功的一個(gè)關(guān)鍵[1,2]。鮑巖[3]等采用非線性數(shù)值計(jì)算方法模擬了二輥周期鋼管冷軋成形過程，并得到了鋼管在穩(wěn)定軋制階段和軋制完成后各個(gè)位置的位移和應(yīng)力應(yīng)變分布情況。賈美慧、唐承統(tǒng)[4]對(duì)鋼管的彎曲成形回彈進(jìn)行了研究，利用彈塑性變形理論推導(dǎo)出了材料的分段非線性本構(gòu)方程，得到了回彈預(yù)測的近似公式。吳圣華、張士宏[5]等人基于有限元軟件Msc.Superform，獲得了軋制過程中的金屬流動(dòng)特點(diǎn)、溫度分布情況、應(yīng)力應(yīng)變變化規(guī)律。本文在二輥周期冷軋鋼管成形機(jī)理和孔型設(shè)計(jì)的研究基礎(chǔ)上將其理論體系從定性研究升級(jí)到定量研究層面。

1 二輥周期鋼管冷軋過程分析

圖1 多行二輥周期鋼管冷軋示意圖

圖1為多行二輥周期鋼管冷軋示意圖。在二輥周期冷軋過程中，管坯是在上下軋輥和芯棒組成的隨軋輥運(yùn)動(dòng)而不斷變化的封閉孔型內(nèi)發(fā)生變形的。

2 孔型設(shè)計(jì)優(yōu)化系統(tǒng)軟件的編制和數(shù)據(jù)輸出

為了便于得到不同孔型參數(shù)下的孔型數(shù)據(jù)，通過對(duì)二輥周期鋼管冷軋的二輥模具設(shè)計(jì)的公式進(jìn)行消化，借助于VB進(jìn)行編程，編制出了二輥周期冷軋鋼管二輥模具的計(jì)算程序，如圖2所示。

圖2 孔型計(jì)算程序主頁面

圖2中a區(qū)為軋機(jī)參數(shù)輸入?yún)^(qū)，b區(qū)為產(chǎn)品參數(shù)輸入?yún)^(qū)，c區(qū)為工作區(qū)壓下段長度與精整段長度之比Q值的輸入?yún)^(qū)，只要輸入相應(yīng)的參數(shù)即可得到相應(yīng)的孔型數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)界面如下頁圖3所示，可以直接指導(dǎo)軋輥的生產(chǎn)。

同時(shí)也可以得到各個(gè)孔型參數(shù)值以及軋制力和電機(jī)功率值，如下頁圖4。

3 模具三維模型的繪制

得到孔型參數(shù)后即可利用Pro/E三維繪圖軟件進(jìn)行皮爾格軋輥和芯棒的三維模型繪制工作。根據(jù)孔型數(shù)據(jù)的分段規(guī)程將連續(xù)輥形劃分成若干個(gè)一定間隔的面，位置如圖5所示，根據(jù)孔型數(shù)據(jù)中每個(gè)截面的孔型深度和孔型半徑繪制出每個(gè)截面的草繪圖，然后進(jìn)行混合掃描即可得到相應(yīng)的軋輥三維模型。芯棒三維模型的建立與軋輥原理相同[6]。

圖3 孔型數(shù)據(jù)

圖4 孔型參數(shù)輸出

圖5 軋輥模型

4 結(jié)語

利用公司的孔型模型編制出的二輥周期鋼管冷軋孔型設(shè)計(jì)優(yōu)化系統(tǒng)軟件，通過實(shí)踐應(yīng)用擺脫了手工計(jì)算孔型數(shù)據(jù)的繁復(fù)工作量。