穿孔顶头设计方法的探讨

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PPM穿孔力与顶头形状的理论与实验研究

PPM穿孔力与顶头形状的理论与实验研究
杜凤山;高钢生;等
【期刊名称】《东北重型机械学院学报》
【年(卷),期】1995(019)001
【摘要】顶头形状设计是压力穿孔机理论研究的重要内容。

减少穿孔力是相对提高穿孔机顶杆刚度，改善毛管偏心度的重要途径。

根据压力穿孔过程中金属的变形特点，将变形区分成预穿孔区和穿孔延伸区。

利用上限元法以最小穿孔力为目标。

在穿孔延伸区中对顶头形状和变形锥长度进行了优化。

确定了K0的选取原则。

中间实验验证了理论分析的正确性。

【总页数】6页(P1-6)
【作者】杜凤山;高钢生;等
【作者单位】燕山大学;河北省冶金研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TG331
【相关文献】
1.锥形辊穿孔过程顶头前伸量对力参数的影响 [J], 李胜祗;李洪中;黄子阳;郑坚敏;郑建聪
2.顶头穿轧锥形状对二次穿孔毛管壁厚不均的影响 [J], 关小军;周家娟
3.穿孔顶头形状的设计与模锻生产工艺 [J], 谢大坤;谢小悦
4.顶头形状对穿孔毛管壁厚均匀性及能耗影响的研究 [J], 庞玉华;周忠民
5.无缝钢管穿孔中顶头温度的实验研究 [J], 双远华;孟卫红;景安临
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穿孔机顶头制造工艺探讨

收稿日期：２００７－１１－２０
４０中国设备工程２００８年０５月
穿孔机顶头是无缝钢管生产中的重要模具之一。在穿孔过程中，顶头表面因受到高温、高压的作用而易发生磨损、熔损和粘钢等问题，由此缩短了使用寿命，并使钢管的内表面质量恶化。借助先进国家的经验，研制出复合材质顶头来替代以往顶头，并在传统工艺上做了改进，已取得了实际应用的成果。
一、制造复合顶头的工艺１．直接粘接用粘接剂直接将Ｎｉ粉＋氧化铁粉或Ｃｏ粉＋氧化铁粉涂敷在顶头的Ｃｒ－Ｎｉ系低合金钢基材表面上。为了提高复合层与基材的结合强度，基材表面粗糙度要求在１０～１００μｍ的范围内；涂敷方法为喷涂或刷涂，复合层干燥后就可以直接使用。工艺流程为：铸造—机加工—喷丸—涂敷—干燥。经这种工艺处理的顶头，其使用寿命略高于传统处理顶头或与其相当。该工艺还可对顶头进行迅速的反复处理，以延长顶头的使用寿命。２．激光熔敷用激光将化学成分为Ｃ１％～３．５％、Ｃｏ０．２％～３％、Ｗ０．１％～３％、Ｖ０．１％～５％、Ｎｂ０．１％～５％、Ｔｉ０．１％～５％，与Ｆｅ的合金熔敷在Ｃｒ－Ｎｉ系低合金钢顶头的基材表面。熔敷层厚度为０．１～１０ｍｍ。该复合层的组织结构为超细晶粒的过饱和固溶体，不仅具有较高的高温强度和优良的耐磨性，而且开裂倾向小。为了获得这种组织结构的合金复合层，在制作过程中，冷却速度必须大于３００℃／ｓ，故一般要求激光器的功率密度为１３０ｋＷ／ｃｍ２，照射时间为５ｓ。经该工艺处理的顶头，比普通顶头使用寿命长一倍。
和机械钻机作为网电钻机改造先导，在此基础上完成油田在用各种类型网电钻机改造的设计制造方案。

大直径穿孔顶头的研发工作

（常州宝菱重工机械有限公司，江苏常州２３１）１０９
摘要：介绍了大直径穿孑顶头的化学成分、Ｌ铸造、处理工艺的技术难点和解决方法。热
关键词：直径顶头；大铸造；温氧化高中图分类号：Ｇ１３Ｔ２ —
铁素体粒子时，氧化铁皮的耐磨性能与顶头表面的粘结性能将大大提高ｌ；
图１大直径穿孑顶头简图（Ｌ单位：ｍｍ）
Ｍｏ强碳化物形成元素，成的碳化物在晶界：形
析出，有强化组织、提高强度和耐磨性的作用。
２研发过程
２１顶头材料的确定．
２３毛坯铸造．２ ‘ 头形状要求，同时考虑顶头
大直径穿孔顶头的特征是端面直径比较大、高
收稿日期：０７０—２２０ —６０
的收缩率、加工余量等，设计如下铸造工艺：顶头钢
作者简介：张玲（９１，，１８ …）女助理工程师。电话：０１）２８３。（５３５１７９
热的工况下，还要求有好的冷却性、抗热疲劳性。考虑这些因素的影响，用含有较多碳化物形成元素选的Ｃ、合金成分，ｒＭｏ使其在高温下具有较高的强度、度和高温抗氧化性，强化组织、高耐磨性；硬并提同时选用Ｎ元素提高钢的高温强韧性，ｉ具体见表】将其作为试验顶头的化学成分。，
维普资讯
第４期
张
玲，：等大直径穿孔顶头的研发工作
３９Βιβλιοθήκη 冶炼时，出钢温度要求１６０℃左右；０出钢时，混冲良好，钢包内取成品样，作成分分析，要求检测结果符合成分要求；对铸造好的铸件毛坯，进行退火处

新型穿孔顶头的研制

●工具研究与应用新型穿孔顶头的研制张生华(610403　成都无缝钢管公司金堂兴业公司沱江冶金工具厂)摘　要　研制了550mm穿孔机用新型小规格穿孔顶头。

介绍了该穿孔顶头的材料选择原则及外形曲线和内孔结构设计原理、制造工艺、热处理工艺和使用时的冷却状况等。

实践表明,该新型穿孔顶头使用寿命较长,使用效果良好。

关键词　550mm穿孔机　新型穿孔顶头　使用寿命　材料选择　结构设计　制造工艺　热处理制度RESEARCH ON NEW TYPE PIER CING PLU GZhang Shenghua(T uojiang M etallurg ical T o oling F actor y,Jintang Xing ye Com pany,Cheng du Seamless St eel T ube Co.)Abstract　T he a rticle invo lv es the dev elo pment o f t he small-sized new type plug of the 550mm pier cer,co ver ing such aspects o f the new type plug as mater ial selectio n,design pr inciple of plug pro file and bor e st ructure,manufactur ing pr ocess and co oling co ndit ions dur ing heat-tr eat-ment.Relevant operat ional pr actice has pr o ven t hat the newly dev eloped plug has lo ng er ser vice life and is v ery effectiv e.Key words　550mm pier cer　N ew type pier cing plug　Serv ice life　M ater ial selection　Str uct ur al desig n　M anufact ur ing pr ocess　Hea t-tr eatment schedule前言穿孔顶头是无缝钢管生产的关键工具之一,其质量的好坏和使用寿命的长短将直接影响穿孔机生产毛管的质量和成本。

不锈钢无缝钢管穿孔专用顶头的设计开发

不锈钢无缝钢管穿孔专用顶头的设计开发
廖德勇;王善宝;袁琴;陈志刚;赵波;解德刚
【期刊名称】《鞍钢技术》
【年(卷),期】2022()2
【摘要】针对不锈钢无缝钢管生产中穿孔用顶头经常出现鼻部塌陷失效的问题,通过对顶头硬度、金相组织检测和能谱成分分析发现,失效的主要原因为顶头表面氧化膜脱落,导致升温变形。

通过优化顶头成分设计和形状结构改进,设计开发出一种新顶头,能够提升顶头基体强度和氧化覆层的附着效果,顶头寿命显著提升,由原来的2支提升到12支。

【总页数】4页(P28-31)
【作者】廖德勇;王善宝;袁琴;陈志刚;赵波;解德刚
【作者单位】鞍钢集团钢铁研究院;鞍钢股份有限公司大型总厂
【正文语种】中文
【中图分类】TG335.71
【相关文献】
1.177 mmPQF无缝钢管穿孔机顶头冷却环系统改进
2.无缝钢管穿孔机顶头使用寿命的研究现状
3.无缝钢管穿孔顶头的研究进展
4.无缝钢管穿孔顶头表面氧化现象研究进展
5.无缝钢管穿孔机的顶头冷却结构
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无缝钢管穿孔顶头的研究进展

无缝钢管穿孔顶头的研究进展郑成明;袁荷平;田青超【摘要】总结无缝钢管穿孔顶头材质和表面处理工艺的研究现状,分析不同材质顶头和表面处理工艺的优点与不足,提出今后研究穿孔顶头的方向.分析认为:目前合金钢顶头的应用最为普遍,钼合金顶头主要用于穿制高镍铬不锈钢钢管;表面制备氧化膜是常用的顶头表面处理工艺,此外表面功能镀覆层技术和表面渗氮技术也是应用较多的顶头表面处理手段.顶头材质和合适的表面处理工艺是提高顶头寿命的关键,穿孔顶头应逐渐向表面处理周期短、保护层均匀且致密、能耗低、绿色经济的方向转变.【期刊名称】《钢管》【年(卷),期】2018(047)006【总页数】6页(P14-19)【关键词】穿孔顶头;材质;合金钢;钼合金;表面处理工艺;镀覆层技术;渗氮技术【作者】郑成明;袁荷平;田青超【作者单位】上海大学省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室,上海200444;宜兴市和平冷拔模具有限公司,江苏宜兴214237;上海大学省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室,上海200444【正文语种】中文【中图分类】TG333.8我国无缝钢管产量经过十多年持续增长，虽然在2016年首次下降，但纵观全球抗酸、抗寒、抗高压、抗CO2等高品质无缝钢管仍然是供不应求［1-3］。

穿孔顶头是无缝钢管生产中消耗量最大的关键工具之一，在穿孔过程中，穿孔顶头承受着极大的轴向力、压应力、切应力以及表面摩擦力。

此外，不同的厂家无缝钢管生产的工况不同，如有的厂家穿孔完成一次后穿孔顶头需要水冷后再使用，有的厂家不需要水冷，这样在急冷急热以及轧制力的作用下，使其容易发生早期鼻部塌腔、变形黏钢和开裂等失效［4-6］。

穿孔顶头的质量、使用寿命，直接影响无缝钢管的品质、生产效率以及工厂效益。

从穿孔顶头的材质、表面处理工艺等方面进行更加深入的探究。

1 无缝钢管穿孔顶头的材质研究穿孔顶头的工作环境相当恶劣。

这就要求顶头材质具备如下的性能：在高温下具有足够的强韧性和硬度，良好的淬透性、耐磨性及耐热疲劳性，良好的导热性，材料的价格经济合理［7］。

基于多目标优化的斜轧穿孔顶头形状设计

基于多目标优化的斜轧穿孔顶头形状设计基于多目标优化的斜轧穿孔顶头形状设计随着工业制造技术的不断发展，斜轧穿孔顶头作为一种重要的金属成型工具，广泛应用于汽车零部件、航空航天等行业。

良好的斜轧穿孔顶头设计能够提高工件成型质量和生产效率，降低能源消耗，因此对其进行优化设计具有重要意义。

本文将基于多目标优化的方法，探索斜轧穿孔顶头形状设计的最优解。

斜轧穿孔顶头的形状对其成型效果具有重要影响。

在设计过程中，常见的目标包括最小化穿孔孔底厚度、最大化孔底皮肤层增加率等。

为了解决这些目标冲突的问题，本文采用多目标优化方法进行斜轧穿孔顶头形状设计。

多目标优化算法能够在保证一定约束条件的前提下，通过在设计空间中搜索最优解的方式，得到一组最佳权衡方案。

首先，我们需要确定斜轧穿孔顶头的设计变量。

设计变量可以包括斜轧穿孔顶头的凸包角度、矩形截面的长宽比例、穿孔顶头的半径等。

这些设计变量直接影响穿孔质量和穿孔过程中的摩擦力。

然后，我们需要建立与设计变量相关的约束条件，确保设计方案在一定范围内。

例如，可以设置凸包角度的取值范围为5度到15度，矩形截面的长宽比例为1:1到3:1。

接下来，我们需要建立与目标函数相关的数学模型，以便进行多目标优化。

首先，我们可以建立最小化穿孔孔底厚度的目标函数。

穿孔孔底厚度能够反映工件成型的均匀性和质量，较小的孔底厚度往往意味着更好的穿孔效果。

其次，我们可以建立最大化孔底皮肤层增加率的目标函数。

孔底皮肤层增加率能够反映材料的流动性和成型难度，较大的增加率往往意味着更好的工件成型效果。

在建立了数学模型后，我们可以采用多目标优化算法进行求解。

常见的多目标优化算法包括遗传算法、粒子群算法等。

这些算法能够通过在设计空间中搜索最优解的方式，找到一组最佳权衡方案。

在求解过程中，我们需要结合实际工程需求和经验知识，对优化结果进行筛选和调整。

最后，我们需要对优化结果进行验证和评估。

可以通过制造样件、实际生产等方式，对优化结果进行真实性验证。