1.本发明涉及材料加工技术领域，具体涉及一种锥形辊斜轧穿孔顶头位置的确定方法。
背景技术：
2.斜轧穿孔是轧件以螺旋运动方式进行由实心坯料到空心管的塑性变形过程。管坯被曳入变形区后，塑性变形由外表面逐渐渗透到心部，中心部位形成沿管坯前进及宽展方向的两向拉应力状态，易诱发由疏松、裂纹萌生并逐渐演变为孔腔的现象，称为曼内斯曼效应（mannesmann effect，简称me）与孔腔形成时对应的管坯直径压缩率称为临界径缩率（ε
lj
）。顶前压缩率（ε
dq
）必须小于εlj，才可避免因孔腔出现的废品。
3.目前在实际生产过程中，顶头位置一般根据经验在一定范围内选择，因ε
lj
足够大不会形成孔腔。然而，曼内斯曼效应虽然可诱发孔腔出现，但在孔腔形成过程中，裂纹是由成胚、孕育、扩展和汇合，逐渐演变为宏观开裂形成的。因此，对应不同可选范围内的顶头位置，穿孔阻力是不同的，可穿性差异明显。因曼内斯曼效应与损伤因子的分布规律密切相关，在不形成宏观裂纹孔腔的前提下，损伤因子越大，对应更明显的塑性变形，穿孔顶头对穿孔过程的阻力会越小，越有利于穿孔过程的二次咬入。但尚未见基于损伤因子分析的优化变形参数及顶头位置的研究成果公开发表。
技术实现要素：
4.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种锥形辊斜轧穿孔顶头位置的确定方法，该方法将损伤因子引入到斜轧穿孔变形区中，通过损伤因子来表述坯料心部曼内斯曼效应的剧烈程度，从而确定顶头位置，降低顶头阻力，提高顶头寿命。
5.本发明一种锥形辊斜轧穿孔顶头位置的确定方法，包括以下步骤：1）以oyane准则建立损伤模型，运用有限元模拟进行单因素模拟实验，分析不同工艺参数对斜轧实心棒材内部损伤因子的影响规律，并对不同工艺参数下的最大损伤值进行线性拟合，以材料临界损伤值为极限，优选出接近临界损伤值的工艺参数范围；2）以损伤值最大为目标，根据步骤1）所获取的工艺参数范围进行正交试验，确定关于损伤因子的最佳工艺参数；3）分析步骤2）中最佳工艺参数下斜轧实心棒材损伤分布云图，将顶头置于心部损伤值最大的区域内，对比其顶前损伤值，以损伤值最大为目标，从而确定顶头位置。
6.优选地，工艺参数包括：送进角β、辗轧角γ、轧辊转速n、温度t和直径压下率ε。
7.本发明所述的锥形辊斜轧穿孔顶头位置的确定方法在具体操作时，通过损伤因子来表述坯料心部曼内斯曼效应的剧烈程度，为获得小于材料损伤阈值的最大损伤值，对选出的工艺参数范围进行正交试验，获得最佳工艺参数组合，将顶头置于心部损伤值最大的区域内，对比其顶前损伤值，从而确定顶头位置，与常规通过经验法确定顶头位置相比，顶头位置较为精确，可较低顶头阻力，充分发挥设备性能。
附图说明
8.图1为发明流程图示。
9.图2为斜轧穿孔变形区示意图。
10.图3实心棒斜轧有限元模型示意图。
11.图4为图3的a-a剖视图。
12.图5为变形区损伤因子分布图。
13.图6最大损伤值随送进角变化拟合曲线图。
14.图7最大损伤值随辗轧角变化拟合曲线图。
15.图8最大损伤值随轧辊转速变化拟合曲线图。
16.图9最大损伤值随压下率变化拟合曲线图。
17.图10最大损伤值随温度变化拟合曲线图。
18.图11为正交试验损伤分布图。
19.图12为不同顶前压下率损伤因子变化图。
具体实施方式
20.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：参考图2-图4，本发明一种斜轧锥形辊穿孔顶头位置的确定方法包括以下步骤：1）以oyane准则建立损伤模型，运用有限元模拟进行单因素模拟实验，分析不同工艺参数对锥形辊斜轧实心棒材内部损伤因子的影响规律，并对不同工艺参数下的最大损伤值进行线性拟合，以材料临界损伤值为极限，优选出接近临界损伤值的工艺参数范围；2）以损伤值最大为目标，根据步骤1）所获取的工艺参数范围进行正交试验，确定关于损伤因子的最佳工艺参数；3）分析步骤2）中最佳工艺参数下斜轧实心棒材损伤分布云图，将顶头置于心部损伤值最大的区域内，对比其顶前损伤值，以损伤值最大为目标，从而确定顶头位置。
21.实施例一建立计算模型，坯料规格：φ63mm
×
180mm，运用有限元模拟进行单因素模拟实验，图6至图10所示为不同工艺参数下最大损伤值拟合曲线图，根据其心部损伤值变化，以材料临界损伤值为极限，优选出接近临界损伤值的工艺参数范围：送进角β为10
°
~14
°
，辗轧角γ为12
°
~14
°
，压下率ε为17%，轧辊转速n为30 rpm~50 rpm，轧制温度t为1050 ℃~1150 ℃。
22.以最大损伤为目标，对所选的工艺参数进行正交试验，其结果如图11所示，实验6的心部损伤值最大，其值为0.63,，确定最佳工艺参数为送进角β为14
°
、辗轧角γ为13
°
、辊速为50 rpm、温度为1050 ℃。
23.将顶头置于最佳工艺参数下心部损伤值最大的区域内，对比其顶前损伤值，其结果如图12所示，当顶前压下率为12%时，其顶前损伤值最大，故顶头位置为顶前压下率为12%。
技术特征：
1.一种锥形辊斜轧穿孔顶头位置的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：1）以oyane准则建立损伤模型，运用有限元模拟进行单因素模拟实验，分析不同工艺参数对斜轧实心棒材内部损伤因子的影响规律，并对不同工艺参数下的最大损伤值进行线性拟合，以材料临界损伤值为极限，优选出接近临界损伤值的工艺参数范围；2）以损伤值最大为目标，根据步骤1）所获取的工艺参数范围进行正交试验，确定关于损伤因子的最佳工艺参数；3）分析步骤2）中最佳工艺参数下斜轧实心棒材损伤分布云图，将顶头置于心部损伤值最大的区域内，对比其顶前损伤值，以损伤值最大为目标，从而确定顶头位置。2.如权利要求1所述一种锥形辊斜轧穿孔顶头位置的确定方法，其特征在于，所述工艺参数包括：送进角β、辗轧角γ、轧辊转速n、温度t和直径压下率ε。
技术总结
本发明一种锥形辊斜轧穿孔顶头位置的确定方法涉及材料加工技术领域，具体涉及一种锥形辊斜轧穿孔顶头位置的确定方法，包括以下步骤：以Oyane准则建立损伤模型，运用有限元模拟进行单因素模拟实验，分析不同工艺参数对斜轧实心棒材内部损伤因子的影响规律；本发明所述的锥形辊斜轧穿孔顶头位置的确定方法在具体操作时，通过损伤因子来表述坯料心部曼内斯曼效应的剧烈程度，为获得小于材料损伤阈值的最大损伤值，对选出的工艺参数范围进行正交试验，获得最佳工艺参数组合，将顶头置于心部损伤值最大的区域内，对比其顶前损伤值，从而确定顶头位置，与常规通过经验法确定顶头位置相比，顶头位置较为精确，可较低顶头阻力，充分发挥设备性能。挥设备性能。挥设备性能。
技术研发人员：刘东 庞玉华 张润强
受保护的技术使用者：安徽汉正轴承科技有限公司
技术研发日：2022.09.06
技术公布日：2022/11/29