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穿孔顶头是无缝钢管生产中消耗量最大的关键工具之一,由于恶劣的工作条件,顶头常以塌鼻、粘钢、开裂等失效形式报废,严重影响钢管生产效率和质量。如何提高顶头的使用寿命,减少不必要的损耗,成为无缝钢管生产中一个比较重要的课题。 本文采用离心铸造法生产穿孔顶头,设计一种立式离心铸造顶头模具及离心铸造工艺;利用ProCAST对比模拟重力铸造和离心铸造,研究其充型凝固过程,预测缩孔缩松位置,验证模具及工艺的设计合理性;通过对铸件落砂前及落砂后残余应力和应变分析,确定合适的落砂温度。为离心铸造顶头提供科学依据和理论指导,主要研究内容和结论如下: (1)基于现有Φ136顶头尺寸,设计离心铸造模具,该模具主要包括顶头型腔和浇注系统,可同时浇注四个毛坯铸件,实现一件多铸,提高生产效率; (2)利用Gleeble测定不同材质的在900℃时的变形行为,及测定不同成分抗热疲劳次数,最终确定顶头成分含量为:C0.25％,Si0.35%,Mn0.5%,Cr2.0%,Ni4.0%, Mo0.5%,W3.0%,Co2.0%,S0.02%,P0.02%,Yb0.1%,余量为铁及不可避免的微量杂质; (3)计算确定离心转数为300rpm,浇注温度为1520℃,浇冒口充型速度为0.25m/s,为有限元模拟提供基本参数; (4)利用ProCAST铸造有限元软件模拟重力铸造和离心铸造过程,根据模拟结显示,离心铸造的充型平稳快速而且拥有很强地充型压力,顺序凝固,缩松缩孔体积小,组织致密; (5)利用ProCAST模拟三种落砂温度对铸件残余应力和残余应变变化情况的影响,依据模拟结果,铸件不会产生热裂纹,落砂温度对残余应力影响不大,落砂前和落砂后不同落砂温度间的总位移分布趋势基本一致,落砂温度越高,铸件落砂前最大位移量越小,落砂温度越高,铸件落砂后最大位移量越大。