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上篇 钢管轧制成型工艺基本理论1

第1章 绪论1

1.1 无缝钢管生产质量与工艺1

1.2 无缝钢管基础理论研究概况4

1.3 我国无缝钢管的发展历程7

1.4 无缝钢管生产技术的目的和任务10

第2章 钢管纵轧理论11

2.1 圆孔型中轧管的分类和变形过程11

2.2 纵轧几何学13

2.2.1 变形区的几何关系13

2.2.2 孔型几何参数16

2.2.3 变形区的后边界方程式19

2.3 管子的最少压扁条件22

2.4 在圆孔型中轧管时的咬入条件24

2.5 纵轧运动学28

2.5.1 速度分析28

2.5.2 无芯棒轧制的速度关系29

2.5.3 带芯棒轧制的速度关系32

2.6 在圆孔型中轧管时金属的变形和流动35

2.6.1 圆孔型中管坯轧制的变形和流动35

2.6.2 轧制空心坯时金属流动的基本方程式36

2.7 纵轧力能参数计算37

2.7.1 无芯棒轧管的力能参数计算37

2.7.2 带芯棒轧管的力能参数计算40

第3章 钢管斜轧理论46

3.1 斜轧的应力与变形46

3.1.1 孔腔形成理论47

3.1.2 三角形效应分析49

3.1.3 斜轧变形50

3.2 斜轧几何学59

3.2.1 斜轧变形区的特点59

3.2.2 斜轧空间坐标变换关系65

3.2.3 斜轧机轧辊辊形的计算69

3.2.4 斜轧孔型开度值计算74

3.3 斜轧运动学78

3.3.1 轧辊的运动速度78

3.3.2 轧件的运动速度79

3.3.3 变形区内金属的滑移79

3.3.4 大送进角轧制85

3.4 斜轧机力能参数计算88

3.4.1 接触面积的计算89

3.4.2 变形速度及变形程度的确定91

3.4.3 斜轧单位压力计算92

3.4.4 顶头上轴向力的确定97

3.4.5 斜轧受力分析与力矩计算98

第4章 钢管纵连轧理论102

4.1 钢管连轧的运动学现象102

4.1.1 钢管连轧的运动学现象102

4.1.2 滑移现象105

4.1.3 张力系数109

4.2 连轧管运动状态的分析110

4.2.1 轧件与芯棒的位移关系110

4.2.2 机架及其确定112

4.2.3 断续轧制分析114

4.2.4 单机轧制芯棒运动特性121

4.3 钢管连轧中的变形与应力125

4.3.1 连轧管管内应力分析125

4.3.2 侧壁变形和应力分析138

第5章 钢管斜连轧理论142

5.1 三辊斜连轧机工艺开发的理论基础142

5.1.1 三辊斜轧穿孔机设备特点及钢管变形特点142

5.1.2 Assel轧管机设备特点及钢管变形特点143

5.2 三辊连续式穿轧工艺特点144

5.2.1 设备概述144

5.2.2 工艺流程及特点144

5.2.3 主机部分介绍145

5.3 三辊连续式穿轧工艺力能参数的工程计算方法147

5.3.1 工程法概述147

5.3.2 金属变形区的划分148

5.3.3 计算分析前的几个假设148

5.3.4 力的计算分析150

5.4 基于上限法的三辊斜连轧工艺参数计算153

5.4.1 上限法的概念及应用153

5.4.2 上限法的基本理论154

5.5 三辊斜连轧速度场的建立156

5.5.1 速度场推导过程中的参数及意义156

5.5.2 速度场建立的前提及建立过程157

5.6 穿轧过程中变形功率的计算163

5.6.1 咬入区（Ⅰ）的功率163

5.6.2 穿孔区（Ⅱ）的功率164

5.6.3 扩径区（Ⅲ）中的功率165

5.7 轧制过程中各变形区的功率167

5.8 轧制过程的总功率170

5.8.1 总内变形功率？d170

5.8.2 总剪切功率？A170

5.8.3 总剪切功率？f171

5.9 轧制力和力矩以及顶头轴向负荷计算172

5.9.1 轧制力的计算172

5.9.2 轧制力矩以及顶头轴向负荷计算174

第6章 钢管张力减径理论178

6.1 张减变形力学基础178

6.1.1 张减的对数应变178

6.1.2 径向平衡微分方程及其求解180

6.1.3 轴向应力的确定181

6.1.4 形状变化系数181

6.1.5 应力—应变关系182

6.1.6 张力减径塑性变形方程184

6.1.7 张力系数计算185

6.1.8 应变与张力系数、壁厚系数之间的关系185

6.1.9 张力减径机架间的塑性变形185

6.1.10 流动速度关系188

6.1.11 钢管切头长度计算189

6.2 张力减径孔型设计相关参数189

6.2.1 孔型的椭圆度189

6.2.2 孔型宽展系数190

6.2.3 总减径率ρ∑和单机架减径率ρi190

6.2.4 校核系数、覆盖系数与减径率之间的关系191

6.2.5 椭圆度和覆盖系数之间的关系191

6.2.6 孔型设计的机架数量确定192

6.2.7 轧制直径的确定192

参考文献195

下篇 钢管轧制过程的数值模拟197

第7章 基于塑性有限元方法的斜轧过程模拟197

7.1 刚塑性有限元198

7.2 刚塑性斜轧有限元模型199

7.2.1 刚塑性材料模型199

7.2.2 泛函的建立及变分原理203

7.2.3 三维刚塑性有限元刚阵的建立205

7.2.4 速度场建立209

7.3 斜轧过程的几何建模210

7.3.1 斜轧穿孔坐标建立210

7.3.2 空间几何假设210

7.3.3 空间几何曲线211

7.3.4 咬入点与出口点的确定213

7.3.5 咬入点到轧辊与顶头轴线之距离215

7.4 斜轧有限元求解若干问题处理216

7.4.1 网格划分216

7.4.2 网格修正217

7.4.3 变形工具与轧件的关系218

7.4.4 斜轧变形历史的处理219

7.5 斜轧有限元计算结果221

7.5.1 应变率的分布情况222

7.5.2 应变分布情况222

7.5.3 应力场分布情况223

7.5.4 速度场质点运动情况224

7.5.5 坯料穿孔过程轴向的扭转224

7.5.6 滑移系数225

第8章 基于无网格法的斜轧过程模拟227

8.1 无网格法的计算精度227

8.1.1 基函数的选取228

8.1.2 节点分布密度229

8.1.3 支持域的选取230

8.1.4 积分的阶数231

8.1.5 无网格法精确性数值算例232

8.2 斜轧刚塑性无网格伽辽金求解方法235

8.2.1 模拟参数求解方法235

8.2.2 等效应变速率和体积应变速率的矩阵表示236

8.2.3 斜轧伽辽金法模型238

8.2.4 离散控制方程的建立241

8.2.5 算法流程244

8.3 斜轧穿孔过程EFGM关键技术的解决方法245

8.3.1 边界条件的实施方案245

8.3.2 初始速度场的建立247

8.3.3 刚性区的处理248

8.3.4 收敛的判据248

8.4 斜轧穿孔EFGM模拟249

8.4.1 变形分析250

8.4.2 应变场分布250

8.4.3 应变率分布251

8.4.4 应力场分布253

8.4.5 接触压力分布254

第9章 三辊斜连轧工艺参数的计算与模拟255

9.1 斜连轧工艺参数计算程序开发255

9.1.1 Mathematica在计算过程中的应用255

9.1.2 力能参数界面的开发255

9.1.3 编程初始参数设定256

9.1.4 改变初始参数时的程序算例257

9.2 有限元模型与边界条件259

9.2.1 孔型的构成259

9.2.2 管坯尺寸、材质及其单元划分260

9.2.3 初始条件和边界条件260

9.3 模拟结果的分析与讨论261

9.3.1 轧件变形特征及其应变分布261

9.3.2 实心坯斜轧穿孔变形过程模拟分析262

9.3.3 轧管过程变形规律模拟264

9.4 斜连轧过程模拟结果分析266

9.4.1 斜连轧过程变形分析266

9.4.2 斜连轧速度分析267

9.4.3 斜连轧过程轧制力计算268

第10章 纵连轧工艺过程的有限元模拟269

10.1 连轧管有限元模型及初始条件269

10.2 不带张力时连轧铝管有限元分析271

10.2.1 应力模拟结果271

10.2.2 应变模拟结果272

10.2.3 金属流动模拟结果273

10.2.4 轧制力计算结果分析275

10.2.5 限动芯棒轴向摩擦力276

10.2.6 铝管速度变化276

10.2.7 铝管厚度变化277

10.3 带张力时连轧铝管有限元分析279

10.4 不带张力时单机架铝管轧制有限元分析279

10.4.1 轧制力与轧辊圆周速ω1和芯棒速度vm比值的关系279

10.4.2 芯棒轴向力与轧辊圆周速ω1和芯棒速度vm比值的关系280

10.5 带张力时单机架铝管轧制有限元分析281

10.5.1 张力对轧制力的影响282

10.5.2 张力对芯棒轴向摩擦力的影响283

10.5.3 张力对金属延伸率的影响284

第11章 张力减径工艺的有限元模拟286

11.1 微张力减径工艺的有限元模拟286

11.1.1 微张力减径有限元模型建立286

11.1.2 微张力减径的有限元结果分析290

11.2 张力减径的有限元模拟295

11.2.1 模型的的建立295

11.2.2 模拟结果分析298

参考文献304