Vol.26 No.5 王辅忠等：33Mn2V油井管张力减径过程的三维热力耦合有限元模拟 539· 表133Mn2V钢热物性参数的参考数据 Table 1 Reference data of thermo-physical properties for steel 33Mn2V 温度，T/℃弹性模量，E/GMPa泊松比热导率21(W·mK-) 比热容/0kgK) 线膨胀系数，a/10K 20 206 0.300 100 203 0.300 35.0 469 12.2 200 197 0.305 35.8 502 13.9 300 190 0.310 33.2 527 13.5 400 183 0.310 31.3 543 13.8 500 174 0.310 29.3 548 14.0 注：取密度p=7.56g·cm 2有限元模型 自由表面与周围环境之间的等效传热系数取为 0.17N/(smm·℃)，工件与轧辊之间接触传热系数 图2给出无锡西姆莱斯钢管有限公司的三辊 取为23N/(smm·℃)：工件的初始温度设为 ASSEL张力减径机一个轧辊的形状尺寸参数， 860℃，环境温度和轧辊温度分别取20℃和 D,=D-(每一机架孔型直径)， 200℃；工件变形时变形功转换成热的转换系数 在生产60mm×5mm油管时，张减径机上的 取为09；工件与轧辊接触表面摩擦产生热量平 变形量基本是固定的，单架减径率为3.4%左右， 均分配给工件与轧辊. 8个机架.取变形温度为800-860℃，应变速率为 0.02/s. 第1号轧辊 m 第2号轧辊 甲轧制方向 一 90 mm 对称面 图2轧辊说明图 图3三维双道次张力减径过程的弹性塑性有限元模型 Fig.2 Schematic diagram of a mill roller Fig.3 Three-dimensional elasto-plastic FEM model for two-pass processing tube tension-reducing 图3是根据图2参数设计的三维双道次张力 减径过程的弹塑性有限元模型.Z方向两个轧辊 3模拟结果与讨论 之间的距离是260mm.第1号轧辊的最大轧制速 度是0.70m/s,第2号轧辊的最大轧制速度是0.73 31工件表面上的金属流动和等效应变 ms.为了缩短计算时间，根据对称性，取工件的 图4是新型油井管用钢33Mn2V在双道次张 1/6为研究对象.工件被认为是弹塑体，采用六面 力减径过程中工件表面上的金属流动和等效应 体八节点单元，共划分了2280个单元和3239个 变的演化情况.在第40增量步时，第1号轧辊已 节点：分析方法采用更新Lagrange法描述的热力 经咬入工件，但仍处于非稳定轧制状态：增量步 耦合大变形弹塑性有限元法：材料的屈服准则采 为150步时，第1号轧辊已经进入稳定轧制状态， 用Von Mises准则：模拟过程的每一步都对应着 增量步为450步时，第1号轧辊仍处于稳定轧制 工件变形时相应的该点的性质.轧辊为传热的刚 状态，同时期第2号轧辊开始咬入工件并处于非 性体，以利于对摩擦问题处理和提高接触方程迭 稳定轧制状态.在增量步为480步时，第1号轧辊 代的收敛性.对称面上所有节点在垂直于对称面 接近工件尾部，处于非稳定轧制状态，而第2号 方向上的位移为零：工件与轧辊接触面间遵循剪 轧辊则处于稳定轧制状态.在增量步650步时， 切摩擦定律，它们之间的摩擦因数取07：工件的 第1号轧辊已脱离工件，而第2号轧辊仍然处于‘ 王 辅忠 等 油 井 管张 力减径 过 程 的三维热 力祸 合 有 限 元 模 拟 。 ， 表 钢 热物 性参数 的参 考数据 勿 温 度 ， ℃ 弹 性 模量 刀 泊 松 比 热 导 率分 · 一 ， · 一 今 比热 容 · 一 ‘ · 一 今 线膨 胀 系数 ， ， 一‘ 一 ‘ 一 一 一 注 取 密 度 二 ’ 一 ， 有 限 元 模 型 图 给 出无锡 西姆 莱斯 钢 管有 限公 司 的三 辊 张 力 减 径 机 一 个 轧 辊 的形 状 尺 寸 参 数 ，二 一 每 一 机 架 孔 型 直 径 在 生产 中 巧 油 管 时 ， 张 减 径 机 上 的 变 形 量 基 本 是 固 定 的 ， 单 架 减 径 率 为 左 右 ， 个 机 架 取 变 形温度 为 ℃ ， 应 变 速 率 为 自由表 面 与 周 围环 境 之 间 的等 效传 热 系 数 取 为 · · ℃ ， 工 件 与 轧 辊之 间接 触 传 热 系数 取 为 · ℃ 工 件 的 初 始 温 度 设 为 ℃ ， 环 境 温 度 和 轧 辊 温 度 分 别 取 ℃ 和 ℃ 工 件 变 形 时变 形 功 转 换成 热 的转 换 系 数 取 为 工 件 与 轧 辊 接 触 表 面 摩 擦 产 生 热 量 平 均 分 配 给 工 件与 轧 辊‘ 一 丫 少 “ ‘ 乙 图 轧 辊 说 明 图 抽 图 是根 据 图 参 数 设计 的三 维 双 道 次 张 力 减 径 过 程 的弹 塑 性 有 限 元 模 型 方 向两 个 轧 辊 之 间 的距 离 是 们 第 号 轧辊 的最 大 轧 制速 度 是 耐 ， 第 号 轧 辊 的最 大轧 制速 度 是 耐 为 了缩 短计 算 时 间 ， 根 据 对 称 性 ， 取 工 件 的 为研 究对 象 工件 被 认 为 是 弹 塑 体 ， 采用 六 面 体 八节 点单 元 ， 共 划 分 了 个 单 元 和 个 节 点 分 析 方 法 采用 更 新 法 描 述 的热 力 祸 合 大变 形 弹 塑性 有 限元 法 材 料 的屈 服 准 则 采 用 、 准 则 模 拟 过 程 的每 一 步 都对 应 着 工 件变 形 时相 应 的该 点 的性 质 轧辊 为传 热 的刚 性 体 ， 以利 于 对摩 擦 问题 处 理 和 提 高接 触 方程 迭 代 的收敛性 对 称 面 上所 有节 点在 垂直 于对称 面 方 向上 的位 移 为零 工 件 与 轧 辊 接触 面 间遵循 剪 切 摩 擦 定律 ， 它 们 之 间 的摩 擦 因数取 工 件 的 图 三维双 道 次 张 力减径 过 程 的 弹 性 塑 性 有限 元模型 一 肠 · 模 拟 结 果 与讨 论 工 件 表 面 上 的金 属 流 动 和 等 效 应 变 图 是 新 型 油井 管用 钢 在 双 道 次 张 力 减 径 过 程 中 工 件 表 面 上 的金 属 流 动 和 等 效 应 变 的演 化 情 况 在 第 增 量 步 时 ， 第 号 轧辊 己 经 咬 入 工件 ， 但 仍 处 于 非 稳定轧 制 状 态 增 量 步 为 步 时 ， 第 号 轧辊 己 经进 入 稳 定轧制状态 增 量 步 为 步 时 ， 第 号 轧辊 仍 处 于 稳 定轧制 状 态 ， 同时 期第 号 轧 辊 开始 咬 入 工 件并 处 于 非 稳 定 轧 制 状 态 在 增 量 步 为 步 时 ， 第 号 轧辊 接近 工 件 尾 部 ， 处 于 非 稳 定 轧 制状 态 ， 而 第 号 轧 辊 则 处 于稳 定轧 制状 态 在 增 量 步 步 时 ， 第 号 轧 辊 已 脱 离 工 件 ， 而 第 号 轧辊 仍 然 处 于