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双金属复合管是一种将满足特殊使用性能的复层管和起强度支撑作用的基层管通过一定工艺复合在一起的新型管材,在一定的工况条件下可降低材料成本、节约贵金属、延长使用寿命或满足特殊使用要求,特别在石油化工、航空航天、军工等领域具有重要的应用价值。 双金属复合管有多种生产工艺,其中嵌套热挤压因工艺简洁灵活,而成为业内生产的首选。但嵌套热挤压工艺生产的毛管在进行后续的冷轧成形过程中极易出现层间开裂缺陷,是生产实际中至今尚未根本解决的问题。分析研究该类复合管冷轧过程中产生层间开裂缺陷的机理和主要影响因素,对复合管冷轧成形的技术进步和工艺改进具有重要意义。 本文针对双金属复合管冷轧层间开裂缺陷展开研究,基本研究思路和内容如下: (1)通过对毛管变形区的应力应变分析,确认层间开裂产生的机理,即毛管内外层间的轴向应力差所形成的剪应力值大于界面结合强度时便会产生开裂缺陷。 (2)通过对复合管冷轧过程的受力分析,确定影响界面剪应力的主要因素,如送进量、轧辊和芯棒与复合管间的润滑条件、界面位置和内外层复合材质的变形性能等。 (3)基于应力应变关系,研究提出界面剪应力的计算方法,用于层间开裂缺陷的预测;在此基础上,借助MATLAB软件开发界面剪应力计算系统,以304L/20G复合管为研究载体进行实例计算。 (4)应用有限元软件ABAQUS,模拟复合管稳定轧制中的单道次正行过程,获取毛管内外层的轴向应力矢量差,也即界面剪应力值,并与实例计算作相互验证。 (5)分别计算和模拟各界面剪应力影响因素与冷轧过程中界面剪应力值的关系,分析并提出避免开裂缺陷的改进措施。 (6)根据研究结果,选择其中主要影响因素之一,做生产现场成品管轧制实验验证与检测,表明提出的改进措施有效可行,推导的界面剪应力计算方法正确。 本研究结果的创新点主要体现在界面剪应力的分析研究和提出相应的计算方法,这对于双金属复合管的设计、验算、复合工艺选择和冷轧工艺的制定均具有重要的指导意义和实用价值。