CAE管道成型技术.docx

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1、直缝焊管由于具有生产效率高、能源消耗低、成型质量好等优点，在液体输送、气体输 送及构造用管中的应用越来越广泛。其成型工艺主要有辊式弯板法RBE、排辊法CFE、FFX 柔性成型法、JCOE 法和 UOE 法，前三种承受高频直缝焊接ERW技术，后两种承受直缝埋弧焊接LSAW技术。辊式弯板成型机组的构造是平、立辊+立辊组的形式，主要用于生产中、小直径焊管， 所生产的钢管较短、生产率低、质量较差，由于其设备少且易制造，在多品种、小批量生产中具有较好的灵敏性，仍被一些制管企业承受。排辊成型法是辊式成型法的一种改进，主要 特点是在水平成型辊之间连续配置很多小辊，即所谓的排辊，使带钢边缘能够沿着一条平滑 的

2、自然变形路径进展，减小了带钢边缘褶皱，这种工艺产品成型性好，质量较高，调整小辊 的空间位置可适应焊管规格的变换，但是排辊调整格外简洁。FFX 成型技术是由中田制造所开发的一种柔性辊弯成型技术，水平机架和立辊机架的轧辊完全可以共用，相比排辊成型方 式，FFX 成型少了精成型机和定径机，降低了用户的轧辊和设备费用，节约了换辊时间，提高了生产率。JCOE 法和 UOE 法是生产大口径、大壁厚直缝焊管的有效方法，前者主要成型过程为板边预弯成型C 成型O 成型扩径，后者依次经过板边预弯U 成型O 成型扩径。JCOE 法在成为O 形后，照旧存在着各次“折弯”处的“转折点”，并且成为O 形后在对缝处开口度很

3、大，并且没有减径的“压缩”过程，所以剩余应力较大，扩径工序照旧不能完全消退残存的应力。而 U-O 成型是连续应变，其屈服强度的增加量要多一些，工艺优于 JCOE，成品管的质量更好。从全球石油自然气管道建设工程的规划来看，承受 UOE 工艺生产的长输管道用直缝焊管的需求量快速增加。比照兴盛国家直缝焊管生产技术，我国直缝焊管成型工艺设计水平还有较大差距。国内先进的焊管成型机组根本以进口为主，机组引进方对成型工艺设计技术严格保密，所以国内 工程技术人员仍利用“试凑”法来解决工程问题。直缝焊管成型是一个典型的非线性问题， 理论解析比较困难。近些年，随着 CAD/CAE 技术的进展，塑性加工过程的仿真计

4、算结果可信度越来越高。本文主要介绍运用CAD/CAE 技术进展 ERW 排辊成型与 UOE 焊管成型过程模拟与工艺设计，争论成型过程中板料的成型规律及成型机理，对于提高直缝焊管成型工 艺设计水平具有重要指导价值。1 ERW 焊管排辊成型技术ERW 焊管排辊成型是将平直的带钢通过系列的孔型开口闭口，使带钢渐渐地、连续地变形成为圆筒形。图 1 所示，整个机组沿板材成型方向分为5 个局部，分别是夹送道次、弯边道次、预成型段、线成型段以及精成型段，每道次都涉及大量的轧辊，在实际生产中这些轧辊的位置调整是格外简洁的，这对ERW 排辊成型的 CAD 建模提出了很高的要求，CAE 模拟也有相当的难度。图 1

5、 排辊成型机组示意图上海交通大学周密成形与学问工程争论所通过数值模拟和理论争论相结合的方法，分别从板带变形规律、花型设计、成型工艺参数设计以及轧辊设计四个方面进展争论。通过分析带钢在排辊成型中的变形规律，提出了适合直缝焊管排辊成型工艺的花型设计方法，图 2 所示为244.5mm 排辊成型机组花型设计图。完成了ERW 排辊成型全机组 CAD/CAE 参数化建模系统，如图 2 所示，该系统可以实现直缝焊管排辊成型过程的工艺参数治理、机组的轧辊设计、花型设计、成型工艺参数设计以及CAD/CAE 建仿照真。图 4 为焊管排成型过程全流程数值模拟得到的各成型段板带的几何构型。图 2 花型设计示意图图 3

6、 ERW 排辊成型 CAD/CAE 参数化建模系统图 4 板带在各成型段的几何构型依据排辊机架的机构运动特点和花型设计方法，建立了一种直缝焊管排辊成型机组的工艺优化方法，为了验证模拟的准确性，在325*10.3 焊管排辊成型机组上对关键道次变形管坯横截面轮廓的几何外形进展了测量，实测数据与仿真数据的比照方图5 所示，计算结果与测量结果有较好的全都性，所提出的直缝焊管排辊成型机组工艺优化方法有较好的应用价值。图 5 板带横截面外形仿真结果与实测值比照2 UOE 焊管成型技术UOE 焊管是以单张钢板做原料，成型过程主要经受预弯边、U 成型、O 成型、焊接和扩径等工序，如图 6 所示，涉及的工艺参数

7、和模具构造参数众多，前道工序中的变样子况影响后道工序的变形形态，质量缺陷也将不同程度地被传递下去，对最终成型质量产生不良影响，成型规律难以把握。图 6 UOE 焊管成型过程示意图1.上夹紧块 2.下夹紧块 3.弯边上模 4.弯边下模 5.U 模具 6.限位挡块7.侧辊 8.上模 9.下模 10.预焊压辊 11.扩径块 预弯边过程承受分段压边形式，上模固定，下模向上运动进展折弯，待下模下降、钢板送入又一步长后，重复以上过程直至钢板两 边完成预弯过程，其作用是获得接近成品管曲率的板边弯曲外形。U 成型过程中U 型冲头垂直下压对板料中间部位进展弯曲，到达限位挡块后，侧辊内移，连续弯曲板料的直边局部，

8、侧辊撤回后板料回弹为近似U 形，其作用是在能够进入O 成型模具的前提下，获得接近成品管曲率的U 筒底部弯曲外形和较高的U 形筒两侧对称度。O 成型过程中，O 上模下压U 形管坯到设定位置，保压后O 上模撤回，与管坯脱离接触，管坯回弹产生开口缝，其作用是通过施加确定压缩率以实现应力分布和管体各处曲率的均匀性，并把握适宜的开口质量为焊接做预备。带有开口的管坯经过预焊机成型辊笼，由按确定角度分布在管体四周的九排压辊渐渐挤压成闭合管体，并进展合缝处的焊接，管体圆度得到略微调整。扩径过程由扩径扇形块的径向位移来实现，扩径块与管坯内壁贴合后，带动管坯逐步向外扩展，其作用是通过施加确定扩径率以得到成品管尺寸

9、和精度，削减焊接剩余应力，提高管体的力学性能。依据设备和工艺特点，建立了UOE 焊管成型全流程仿真模型，三维仿真模型如图7 所示。模拟了各种钢级和规格 UOE 焊管在预弯边、U、O、预焊以及扩径工序中的连续变形过程，争论了成型工艺参数对成型质量开口度、椭圆度、梨形凸度、平均外径等的影响规律。模拟得到的管坯各工序变外形态和成型质量与现场实测结果较为全都，验证了模型的 准确性。二维模型能够以很小的计算代价模拟输出大局部成型技术指标，可以快速确定适宜 的成型工艺参数和模具配置，进展成型工艺参数的优化设计；三维模型可以模拟输出管坯沿 纵向的变样子况，仿真得到的设备力能参数可为评估设备加工力气供给依据。图 7 UOE 焊管成型三维仿真模型随着市场竞争的日益猛烈，对直缝焊管产品品质的要求越来越高。因此，对直缝焊管成型过程有限元仿真分析的需求也日趋迫切。CAD/CAE 软件技术的不断进展为这些工艺上的创与进步供给了有力的支持。运用 CAD/CAE 技术进展直缝焊管成型过程参数化建模和全流程数值模拟，提示板坯的变形机理，进展工艺参数的优化设计，对于制造企业缩短生产调试周期、提高成型工艺设计水平、降低本钱、提高产品质量具有重要意义。参考资料来源： :/articles.e-