冷軋不銹鋼無縫管材孔型設計優化系統

蘇 寧， 張志遠， 朱永霞

（中國兵器工業第二〇八研究所， 北京 102202）

目前我國正處于一個鋼鐵大國向一個鋼鐵強國轉變的關鍵時期，如何提高鋼鐵產品的科技含量，增加高端產品在出口中的份額是轉型能否成功的一個關鍵[1,2]。鮑巖[3]等采用非線性數值計算方法模擬了二輥周期鋼管冷軋成形過程，并得到了鋼管在穩定軋制階段和軋制完成后各個位置的位移和應力應變分布情況。賈美慧、唐承統[4]對鋼管的彎曲成形回彈進行了研究，利用彈塑性變形理論推導出了材料的分段非線性本構方程，得到了回彈預測的近似公式。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特點、溫度分布情況、應力應變變化規律。本文在二輥周期冷軋鋼管成形機理和孔型設計的研究基礎上將其理論體系從定性研究升級到定量研究層面。

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動而不斷變化的封閉孔型內發生變形的。

2 孔型設計優化系統軟件的編制和數據輸出

為了便于得到不同孔型參數下的孔型數據，通過對二輥周期鋼管冷軋的二輥模具設計的公式進行消化，借助于VB進行編程，編制出了二輥周期冷軋鋼管二輥模具的計算程序，如圖2所示。

圖2 孔型計算程序主頁面

圖2中a區為軋機參數輸入區，b區為產品參數輸入區，c區為工作區壓下段長度與精整段長度之比Q值的輸入區，只要輸入相應的參數即可得到相應的孔型數據。數據界面如下頁圖3所示，可以直接指導軋輥的生產。

同時也可以得到各個孔型參數值以及軋制力和電機功率值，如下頁圖4。

3 模具三維模型的繪制

得到孔型參數后即可利用Pro/E三維繪圖軟件進行皮爾格軋輥和芯棒的三維模型繪制工作。根據孔型數據的分段規程將連續輥形劃分成若干個一定間隔的面，位置如圖5所示，根據孔型數據中每個截面的孔型深度和孔型半徑繪制出每個截面的草繪圖，然后進行混合掃描即可得到相應的軋輥三維模型。芯棒三維模型的建立與軋輥原理相同[6]。

圖3 孔型數據

圖4 孔型參數輸出

圖5 軋輥模型

4 結語

利用公司的孔型模型編制出的二輥周期鋼管冷軋孔型設計優化系統軟件，通過實踐應用擺脫了手工計算孔型數據的繁復工作量。