曼内斯曼式穿孔机轧制33Mn2V钢的有限元模拟分析及优化

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使用MSC.MARC有限元仿真软件,结合无锡西姆莱斯钢管有限公司提供的曼内斯曼穿孔机实际生产工艺参数,采用Kumar本构模型建立了33Mn2V钢的三维有限元仿真模型。仿真设计采用静力隐式算法,对实心坯二辊斜轧穿孔过程进行热力耦合有限元模拟计算。  以三维立体形式形象的展现了实际生产中难以见到的斜轧穿孔过程中温度场、应力场、应变场等演化情况。通过分析,表明在斜轧穿孔过程中,轧件内、外表面的等效塑性应变、等效应变率、等效应力以及温度场的分布都是不均匀的。通过轧件表面的轧制力和温度变化规律,发现导致轧制力和温度波动变化的主要因素是轧件在穿孔过程中形成的椭圆形孔腔。  穿孔过程中的轧辊角度、轧辊距离、转速、压下量以及顶头位置等参数设置的不合理不仅会造成资源的浪费,也会对应力应变分布产生不良影响,降低产品实际生产质量,可能造成表面内折等缺陷。为了解斜轧穿孔中喂入角对整个过程的影响,对不同喂入角条件下,管坯运动状态以及应力、应变分布进行了分析,得出喂入角对于轧件的等效应力和温度的影响不明显。喂入角为8°时,等效塑性应变最大值与流变应力模型中最大塑性应变理论值1.0043最接近,且等效塑性应变率也相对较大,因此更为合理。  在不同压下量的条件下,模拟分析钢坯斜轧穿孔过程中应力、应变及温度的变化,得出在压下量为2mm的条件下,管坯中心所受剪切应力及剪切塑性应变均最小,且等效塑性应变率最大,在热学和力学性能方面均有改善,因此合理的压下量应在2~4.5mm之间。
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