PQF轧管机组轧制工艺的理论研究

论文摘要

PQF轧机是目前最新的连轧管机,是无缝钢管发展的新飞跃,在提高产品质量、降低成本、提高经济效益方面有着显著的优势。世界上第一套PQF连轧管机组于2003年8月在天津钢管公司投产。与传统MPM轧管机组相比,成型均匀,产品质量高,可生产高钢级产品。目前,三辊连轧管机,在工艺方法、理论研究方面上仍处于空白,无资料可借鉴和查询,而三辊连轧理论方面与二辊有着明显的不同,因此三辊连轧管轧制工艺的研究对于PQF轧机的生产与品种开发有重要意义。本文以天津钢管公司的PQF机组为研究背景,以有限元模拟分析方法为手段,利用ANSYS软件,研究分析PQF轧管机组的轧制工艺与理论,揭示了其特点。主要工作进展如下：(1)通过对比分析PQF连轧与MPM连轧过程中轧件的金属流动,得出三辊辊型与二辊辊型相比,金属流动更加均匀,辊缝处的鼓胀更小,轧后产品壁厚更加均匀且壁厚尺寸精度更高。(2)通过对比分析PQF连轧与MPM连轧过程中的应变,得出三辊孔型轧制时,金属凸缘小,变形分布较均匀,从而减少了拉裂缺陷的发生。(3)通过对比分析PQF连轧过程与MPM连轧过程中的轧辊受力,得出三辊PQF连轧与二辊MPM连轧相比,轧辊应力值减小且分布比较均匀,单辊轧制力降低,轧辊和芯棒磨损减少。(4)通过对比分析PQF连轧与MPM连轧过程中的轧辊线速度及产品壁厚,得出PQF连轧时轧辊线速度差较小,轧辊磨损分布均匀,产品壁厚尺寸精度更高。(5)通过PQF连轧与MPM连轧过程中芯棒的受力的比较,得出PQF连轧使芯棒受力减小,改善了芯棒工作状况,提高了芯棒的使用寿命。通过分析不同限动速度下芯棒的摩擦力与轧制力,得出通过提高芯棒限动速度来提高芯棒使用寿命是可行措施。(6)分析PQF连轧过程中从穿棒至脱棒的芯棒温度场的变化,得出芯棒表面温度变化很大,且芯棒温度场的主要影响因素是芯棒与管材间的热传导。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.1.1 无缝钢管发展现状
• 1.1.2 连轧管机发展历程
• 1.1.3 PQF连轧管机
• 1.2 国内外PQF连轧管机理论研究概况
• 1.3 有限元分析方法
• 1.4 本文研究内容及研究方法
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 研究方法
• 第2章 有限元数值模拟模型
• 2.1 连轧管机轧制工艺概述
• 2.1.1 MPM连轧工艺
• 2.1.2 PQF连轧工艺
• 2.2 数值模拟基本参数
• 2.2.1 几何参数
• 2.2.2 速度参数
• 2.2.3 温度参数
• 2.3 动力学分析模型
• 2.3.1 单元类型的选取
• 2.3.2 材料模型
• 2.3.3 网格的划分
• 2.3.4 定义接触信息
• 2.3.5 施加载荷
• 2.3.6 求解过程的控制
• 2.4 动力学分析基本原理
• 2.4.1 三维SOLID单元的基本显式算法
• 2.4.2 动态接触算法
• 2.5 芯棒温度场分析模型
• 2.5.1 几何模型
• 2.5.2 初始条件
• 2.5.3 边界条件
• 2.5.4 内热源
• 2.5.5 材料热物性参数
• 2.5.6 数值传递的处理
• 2.6 芯棒温度场分析基本原理
• 2.6.1 有限元热分析
• 2.6.2 各种边界条件的热流量计算
• 2.7 本章小结
• 第3章 PQF与MPM的轧制理论与工艺有限元数值模拟
• 3.1 PQF连轧管机轧制工艺分析
• 3.1.1 辊型的改变对金属流动的影响
• 3.1.2 辊缝处金属凸缘对不均匀变形的影响
• 3.1.3 轧辊受力状态的分布及量化的研究
• 3.1.4 轧辊磨损以及产品壁厚精度的分析
• 3.2 生产验证
• 3.3 本章小结
• 第4章 PQF连轧过程中芯棒应用分析
• 4.1 芯棒失效分析
• 4.1.1 芯棒失效形式
• 4.1.2 芯棒失效机理
• 4.2 影响芯棒寿命的各因素分析
• 4.2.1 芯棒受力分析
• 4.2.2 芯棒速度制度分析
• 4.2.3 芯棒温度场分析
• 4.2.3.1 模拟结果及分析
• 4.2.3.2 计算结果的验证
• 4.2.4 芯棒磨损
• 4.3 提高芯棒寿命的措施
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢