螺旋翅片管动态轧制过程有限元模型
高玉峰1,白 皓1,苍大强1,佘京鹏2,李立鸿2,陈其全3
北京科技大学冶金与生态工程学院,北京100083;
2.汕头华兴冶金备件厂有限公司,广东汕头515063;
3.北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083)
摘要:采用有限元软件DEFORM - 3D,建立了三辊斜轧法生产翅片管的动态有限元模型,对整体型钢质螺旋翅片管轧制过程进行仿真计算.根据计算结果探讨了翅片管在轧制过程中的传热特征及温度分布,为优化轧制参数及轧辊刀具设计提供了理论依据.
关键词:螺旋翅片管;轧制;有限元;模型
Finite Element Model of Spiral Fin Tube Rolling in Dynamic State
GAOYu-fengl, BAIHao', CANGDa-qiang', SHEJing-peng2, LILi-hong2, CHENQi-quan3
(1. School ofMetallurgical and Ecological Engineering, University ofScience and Technology Beijing, Beijing 100083, China; 2. Shantou Huaxing Metallurgical Spare Plant Co. Ltd., Shantou 515063, China;3. SchoolofMaterials Science and Engineering, University ofScience and Technology Beijing, Beijing 100083, China)
Abstract: Finite element model ofspiral fin tube rolling by three-high diagonalrolling technique was established with DEFORM-3D. And com-puter emulation ofrolling process in dynamic state was conducted. According to the results, the heat transfer characteristic and temperature dis-
tribution in the tube rolling were discussed and these analyses provided fundamental basis for the parameter optimization and design ofroll set.
Key words: spiralfin tube; rolling; finite element; modeling
近几年,随着计算机仿真技术的不断发展,计算机仿真分析在各个行业的应用也逐渐深入并普及,在钢铁轧制方面,特别是在孔型设计的优化,产品尺寸的预估以及工艺优化等方面都有着广泛的应用.
整体型钢质螺旋翅片管作为一种新型的换热元件,它的生产工艺尚不完善,对坯管在轧制时的温度变化过程尚不了解,需要使用数值模拟的方法对坯管在轧制过程中的变形规律及温度分布情况进行分析,从而为轧辊孔型,产品性能及生产工艺的优化问题提供理论指导.由于钢管在轧制时具有复杂的金属变形过程,目前还没有一个完善的仿真模拟模型,所以建立一个完善的有限元模型成为研究翅片管轧制过程变形和传热规律的首要问题.
借助有限元软件DEFORM - 3D对三辊斜轧法生产整体型钢质螺旋翅片管进行热力耦合仿真分析,建立了螺旋翅片管轧制过程有限元模拟方法.
1翅片管轧制过程分析
整体型钢质螺旋翅片管的生产方式选用三辊斜轧法.其轧制过程如图l所示,在无缝钢管内衬一芯棒,经轧辊刀片的旋转带动,钢管通过轧槽与芯头组成的孔腔在钢管外表面上加工出翅片.这种方法生产出的翅片管基管与翅片是一个有机的整体,不存在接触热阻,所以具有较高的传热效率.
图1 三辊斜轧机的轧制过程示意图
三个轧辊在空间均匀分布,轧辊中心线与轧件中心线存在一小的角度,轧件的变形过程具有以下特点:
(1)变形过程复杂,翅片的成形过程为连续的周期性轧制与挤压过程;随着轧辊上刀片凸缘高度不断增高,刀片切入坯管的深度也逐渐加深,刀片沿坯管径向切入的过程为典型的轧制变形;相邻两个刀片组成孔型,金属在孔型内受轴向挤压而长高变薄,这是挤压变形;成形过程中轧制与挤压变形同时存在.

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