芯棒限動速度對荒管尺寸精度影響的有限元研究

周正平

（衡陽華菱鋼管有限公司，湖南 衡陽 421001）

國內某無縫鋼管企業連軋管機組采用5個連續布置的、前后互呈90°、與地面呈45°的二輥式少機架，其是在連軋管機保持限動芯棒軋制特點的前提下，通過減少機架數量和采用相應的技術措施，以達到減少建設投資的目的。

本文利用三維有限元軟件MSC.SuperForm，以國內某無縫鋼管企業的連軋管機組為研究對象，研究芯棒的限動速度對荒管尺寸精度和芯棒軸向力的影響，探究良好荒管尺寸精度下的芯棒速度制度。

1 有限元模型的建立

1.1 軋制條件及單元劃分

軋制的毛管規格為Φ325 mm×24 mm，荒管規格為Φ293.0 mm×12.8 mm，材質為20鋼；芯棒直徑Dd為267.5 mm；軋輥直徑Dg為1 610 mm；機架間距L為1 200 mm。1～5機架的軋輥轉速依次為 2.5，3.4，3.8，4.9，4.9 rad/s；芯棒速度有 4種，為 800，900，1 000，1 100 mm/s。

為了減少單元總數和計算時間，同時還要保證毛管長度充滿所有機架變形區，構成連軋關系，形成“準穩定”軋制狀態，使得荒管長度滿足分析要求，為此毛管長度取4 000 mm，考慮到連軋管孔型軋制的幾何對稱性，取毛管橫截面的1/4建模，有限元分析單元采用六面體等參數單元。毛管厚度方向分3層，切向劃分20份，橫截面上共60個單元；沿軋制方向劃分250個單元，單元尺寸為6 mm，總單元數為2.4萬個。

模擬時假定連軋咬入時毛管溫度均勻，開軋溫度為1 100℃，變形工具在整個軋制過程中始終保持溫度恒定，軋輥和芯棒都假定為恒溫剛性體。為保證軋件在各機架中都不空軋，應使芯棒前端比軋件先到或至少是同時到達最后一架機架。限動軋制開始前，芯棒必須預先插入機架一段距離，稱其為預插入行程S0。……