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《清华大学》 2011年
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重型钢丝缠绕黑色金属挤压筒及挤压工艺研究

刘长勇  
【摘要】:大口径厚壁无缝钢管是极为重要的基础工业产品,而垂直挤压工艺是生产该类产品的最佳工艺,对其进行研究具有重要的意义。360MN/150MN垂直挤压机组的投产使我国打破了国外对该类产品的垄断,本课题为此项目的组成部分。首先研究了重型钢丝缠绕黑色金属挤压筒,分析了钢丝缠绕挤压筒设计中存在的问题,包括预热、隔热与冷却和热应力等,提出了高温坯料内置挤压筒预热和电加热预热两种可行的方案。针对两种方案,分别研究了其设计中存在的问题和相应的解决方案,研究表明高温坯料内置预热挤压筒是一种简单易实现的方案,而电加热预热挤压筒则具备更好的性能和使用效果。提出了采用高温内衬和中衬预热膨胀后紧压在外衬上以产生预应力的方法,并基于此方法,完成了挤压筒的设计。 针对黑色金属热挤压工艺中玻璃润滑研究的不足,对玻璃润滑行为进行了理论分析,提出了采用理论计算和数值模拟相结合预测挤压钢管表面玻璃润滑膜厚度的方法,通过小直径棒材挤压实验和TP347H不锈钢钢管的挤压生产验证,表明本论文提出的预测方法所计算的结果能够反映玻璃润滑膜厚度的变化趋势,并具有足够的精度,为润滑和挤压工艺提供了指导。通过计算,得出了大口径厚壁无缝钢管表面的玻璃润滑膜厚度以50μm~100μm为宜,与目前360MN压机生产的钢管进行了对比,分析了润滑工艺的不足并提出改进建议。 建立了玻璃润滑热挤压工艺的数值模拟模型,并针对传热边界条件研究的不足,设计了测试坯料与模具之间以玻璃润滑剂隔开工况下的界面传热系数的实验装置,为挤压工艺的数值模拟提供了依据。通过数值模拟分析360MN压机挤压工艺,并与实测挤压力数据对比,得到了目前360MN压机生产工况下的摩擦和传热边界条件,分析了目前360MN压机挤压工艺存在的问题,并提出改进建议。 依据本论文提出的挤压筒预应力产生方法,设计了内径φ170mm电加热预热钢丝缠绕挤压筒,测试了预紧状态下的应力场以及预热状态下的温度场和热应力。测试结果表明,预热后挤压筒具有合理的预应力分布,通过反挤压实验,证明了所设计的挤压筒效果更佳,为重型钢丝缠绕挤压筒的工程应用提供了重要的依据。
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TG376

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【参考文献】
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