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熱軋無縫鋼管生產(chǎn)工藝是將坯料通過一系列加工工序加工為成品無縫鋼管的復雜過程，其一般生產(chǎn)工藝過程包括加熱、穿孔、軋管、均整、定減徑、冷卻等。無縫鋼管定減徑過程是無縫鋼管生產(chǎn)工藝的最后一道工序，通過將外徑大于成品管但基本達到壁厚尺寸和精度要求的荒管，采用定減徑機定減徑加工成符合標準要求的成品管，或是通過擴徑使荒管成為達到標準要求的成品管。減徑機的類型很多，常見的有二輥式減徑機、三輥式減徑機和四輥式減徑機。目前國內(nèi)外應用最多的是三輥減徑機，該軋機中三個軋輥軸線互成120°夾角；相鄰機架按正三角形或倒三角形交錯布置，保證軋件被均勻軋制，從而保證成品管的表面精度和質(zhì)量。三輥軋機因其具有較多優(yōu)點得到廣泛應用。在軋制過程中，軋輥受到的軋制力通過傳動軸和軸承傳給機架，機架承受很大的軋制力作用，其變形能力和強度將直接影響最終成品管的尺寸精度，因而杭州那泰有限元分析公司對三輥機架進行有限元分析研究，以期為實際生產(chǎn)工藝提供參考依據(jù)。
現(xiàn)代無縫鋼管定減徑工藝采用三輥減徑機機組。三輥機架的內(nèi)部結(jié)構，外部電機通過鼓形齒聯(lián)軸器1將轉(zhuǎn)矩傳遞給主動軸5，主動軸5與從動軸6、7固定安裝在機架2上，在每個傳動軸上都裝有一個尺寸相同的軋輥，并且3個軋輥軸線在同一平面內(nèi)，兩根從動軸通過錐齒輪與主動軸相連，從而保持三輥同速軋制，軋機工作時通過調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)軋輥轉(zhuǎn)速，以滿足工作要求。三輥機架在正常工作時，受到幾個力的共同作用：通過傳動軸軸承作用在機架內(nèi)、外支撐面上的軋制力；由鋼管軋制速度變化引起的作用于機架支撐面上的慣性力；由于鋼管所受前后張力不同而產(chǎn)生的作用于機架支撐面上的水平力；由于軋輥工作時的軸向跳動而產(chǎn)生的作用于機架支撐面上的約束力；由于螺釘裝配對機架所產(chǎn)生的水平擠壓力。上述各力中以軋制力最大，其它各力與之相比數(shù)值都很小，故而忽略不計，分析時只考慮軋制力對機架的影響。
由計算可知，定、減徑機上的軋制力波動在（20~60）kN左右，在定減徑初期，軋制力在第三架時達到最大值，在工作機架時軋制力達到穩(wěn)定狀態(tài)，進入成品機架之后軋制力逐漸降低，至最后一架軋制力達到最小值。金屬軋制過程屬于塑性變形過程，第四強度理論認為引起材料屈服破壞的主要因素是形狀改變比能，即無論什么應力狀態(tài)，只要構件內(nèi)一點處的形狀改變比能達到單向應力狀態(tài)下的極限值，材料就要發(fā)生屈服破壞。故采用von Mises屈服準則來檢驗機架強度要求，分析機架在最大軋制力作用下工作時受到的最大等效應力是否滿足機架強度要求，以及最大等效應變和位移是否在允許范圍之內(nèi)，最后根據(jù)模擬結(jié)果對機架結(jié)構進行改進設計。
取1/2機架模型進行分析，首先在Pro/E中建立機架三維模型，然后將此模型導入ANSYS軟件中施加約束和載荷進行有限元分析和改進設計。經(jīng)簡化后的機架三維模型，機架材料為ZG310-570，其屈服強度為310MPa，抗拉強度為570MPa，密度為（7.8×103）kg/m3；泊松比為0.3，彈性模量為180GPa。采用8節(jié)點SOLID45 單元類型，在ANSYS中為模型定義上述參數(shù)，施加約束與載荷。
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