DE112021007915T5

DE112021007915T5 - MANUFACTURING PROCESS FOR A STEEL TUBE COLD DRAWING DIE

Info

Publication number: DE112021007915T5
Application number: DE112021007915.8T
Authority: DE
Inventors: Jiacong Wang; Haiyi Qin; Dengmin Chen; Qingjiao Liu; Xiancui Liu; Yang Liu; Jinyu Wei; Xingxing Cao; Xinying Zhai
Original assignee: Xcmg Hydraulics Co Ltd
Current assignee: Xcmg Hydraulics Co Ltd
Priority date: 2021-08-04
Filing date: 2021-08-27
Publication date: 2024-04-25
Also published as: WO2023010630A1; CN115705443A

Abstract

Die vorliegende Offenbarung stellt ein Herstellungsverfahren für eine Stahlrohr-Kaltziehmatrize bereit. Das Herstellungsverfahren für eine Stahlrohr-Kaltziehmatrize umfasst die folgenden Schritte: Erhalten von Prozessparametern eines Referenzstahlrohrs in einem tatsächlichen Kaltziehherstellungsverfahren, Erstellen eines Referenzmatrizensimulationsmodells auf der Grundlage der Parameter der Referenzmatrize und Erstellen eines Referenzstahlrohrsimulationsmodells auf der Grundlage der Parameter des Referenzstahlrohrs vor dem Kaltziehen, Vergittern des Referenzstahlrohrsimulationsmodells und Durchführen einer Finite-Elemente-Analyse des Kaltziehens von Stahlrohren, um ein Finite-Elemente-Grundmodell zu erhalten, und Ersetzen von Anfangsparametern einer Zielmatrize und Anfangsparametern eines Zielstahlrohrs im Finite-Elemente-Grundmodell und Durchführen einer Finite-Elemente-Analyse des Kaltziehens und Verbessern der Anfangsparameter der Zielmatrize mit den Produktqualitätsparametern als Optimierungsziel, um Optimierungsparameter der Zielmatrize zu erhalten, wodurch das Simulationsmodell der Zielmatrize erhalten wird. Verglichen mit dem Stand der Technik, der eine große Anzahl von Matrizenversuchen erfordert, kann das Herstellungsverfahren für eine Stahlrohr-Kaltziehmatrize gemäß der vorliegenden Offenbarung die Produktionskosten senken.The present disclosure provides a manufacturing method for a steel pipe cold drawing die. The manufacturing method of a steel pipe cold drawing die includes the following steps: obtaining process parameters of a reference steel pipe in an actual cold drawing manufacturing process, creating a reference die simulation model based on the parameters of the reference die, and creating a reference steel pipe simulation model based on the parameters of the reference steel pipe before cold drawing, meshing the reference steel pipe simulation model and performing finite element analysis of cold drawing of steel pipes to obtain a basic finite element model, and replacing initial parameters of a target die and initial parameters of a target steel pipe in the basic finite element model and performing finite element analysis of cold drawing and improving the initial parameters of the target die with the product quality parameters as an optimization target to obtain optimization parameters of the target die, thereby obtaining the simulation model of the target die. Compared with the prior art which requires a large number of die trials, the manufacturing method for a steel pipe cold drawing die according to the present disclosure can reduce the production cost.

Description

Querverweis auf verwandte AnmeldungenCross-reference to related applications

Diese Anmeldung basiert auf der chinesischen Patentanmeldung 202110890809.6 , die am 04. September 2021 eingereicht wurde und beansprucht deren Priorität, die hiermit vollständig durch Bezugnahme aufgenommen wird.This application is based on the Chinese patent application 202110890809.6 , filed on September 4, 2021 and claims priority thereto, which is hereby incorporated by reference in its entirety.

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die vorliegende Offenbarung bezieht auf das Gebiet der Kaltziehtechnologien für Stahlrohre, insbesondere auf ein Herstellungsverfahren für eine Stahlrohr-Kaltziehmatrize.The present disclosure relates to the field of cold drawing technologies for steel pipes, in particular to a manufacturing method for a steel pipe cold drawing die.

Stand der TechnikState of the art

Ziehen ist eine Technik zur Verarbeitung von Materialien. Je nach Verarbeitungstemperatur kann das Ziehen in Kaltziehen und Warmziehen unterteilt werden. Unter Kaltziehen versteht man das Ziehen der Materialien bei Raumtemperatur. Im Vergleich zu warmgezogenen Produkten weisen kaltgezogene Produkte Vorteile wie eine hohe Maßhaltigkeit und eine gute Oberflächenglätte auf. Die Kaltziehtechnik wird häufig bei der Herstellung verschiedener Stahlrohre eingesetzt.Drawing is a technique for processing materials. Depending on the processing temperature, drawing can be divided into cold drawing and hot drawing. Cold drawing means drawing the materials at room temperature. Compared to hot-drawn products, cold-drawn products have advantages such as high dimensional stability and good surface smoothness. Cold drawing technology is often used in the production of various steel pipes.

Kaltgezogene Stahlrohre haben die Vorteile einer glatten Oberfläche, einer guten Geradheit, einer positiven Rundheit und einer hohen Festigkeit und eignen sich im Allgemeinen für präzise nahtlose Stahlrohre, die eine höhere Maßhaltigkeit und Oberflächenglätte in mechanischen Strukturen und hydraulischen Anlagen erfordern. Gegenwärtig wird für das Ziehen von Stahlrohren häufig das Ziehverfahren verwendet, bei dem eine Innen- und eine Außenmatrize ineinander geschachtelt werden. Es gibt viele Faktoren in der Kaltziehfertigung, die sich auf die Kaltziehqualität auswirken und es ist relativ schwierig, die Produktqualität zu kontrollieren, wobei die Matrizenform eine entscheidende Rolle für die Produktqualität spielt. Die Gestaltung der Matrizenform, wie z. B. die Einlaufschrägen der Innen- und Außenmatrizen, die Länge des Kalibrierbandes, die Länge der Matrizen und andere Parameter, wirkt sich unmittelbar auf die Qualität der kaltgezogenen Produkte aus.Cold drawn steel pipes have the advantages of smooth surface, good straightness, positive roundness and high strength, and are generally suitable for precision seamless steel pipes which require higher dimensional accuracy and surface smoothness in mechanical structures and hydraulic equipment. At present, the drawing process of nesting an inner and an outer die is often used for drawing steel pipes. There are many factors in cold drawing production that affect the cold drawing quality, and it is relatively difficult to control the product quality, among which the die shape plays a decisive role in the product quality. The design of the die shape, such as the run-in slopes of the inner and outer dies, the length of the calibration belt, the length of the dies and other parameters, directly affects the quality of the cold drawn products.

Die Konstruktionsmethoden traditioneller Matrizenformen beruhen hauptsächlich auf Erfahrungen aus der Fertigung. In einem tatsächlichen Fertigungsverfahren kann durch wiederholtes Abändern der Matrize, wiederholtes Ziehen des Stahlrohrs und anschließendes Klassifizieren, Zusammenfassen, Vergleichen und Analysieren der Produktqualität eine Matrizengestaltungslösung mit besserer Produktqualität erzielt werden. Diese empirische Gestaltungsmethode erfordert eine Vielzahl von Matrizenversuchen, die viel Material verschwenden, viel Arbeitskraft erfordern und sehr zeitaufwändig sind. Darüber hinaus ist es unmöglich, einen Umformungsprozess im Inneren des Produkts in Echtzeit zu beobachten, und es ist sehr schwierig, das Wesentliche und die Gesetzmäßigkeiten zu erfahren, die die Veränderung der Produktqualität beeinflussen. Vor allem, wenn die Materialtypen der kaltgezogenen Rohre veränderlich sind und es zahlreiche Größen kaltgezogener Rohre gibt, wird es eine riesige und unübersichtliche Aufgabe sein, die Matrize anhand der traditionellen Verfahren zu entwerfen.The design methods of traditional die molds are mainly based on manufacturing experience. In an actual manufacturing process, by repeatedly modifying the die, repeatedly drawing the steel pipe, and then classifying, summarizing, comparing and analyzing the product quality, a die design solution with better product quality can be obtained. This empirical design method requires a large number of die experiments, which wastes a lot of material, requires a lot of manpower, and is very time-consuming. In addition, it is impossible to observe a forming process inside the product in real time, and it is very difficult to learn the essence and laws that affect the change of product quality. Especially when the material types of cold-drawn pipes are variable and there are numerous sizes of cold-drawn pipes, it will be a huge and confusing task to design the die according to the traditional methods.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Die vorliegende Erfindung stellt ein Herstellungsverfahren für eine Stahlrohr-Kaltziehmatrize zur Verbesserung der Gestaltungseffizienz der Matrize bereit.The present invention provides a manufacturing method for a steel pipe cold drawing die for improving the design efficiency of the die.

Die vorliegende Erfindung stellt ein Herstellungsverfahren für eine Stahlrohr-Kaltziehmatrize bereit, welches folgende Schritte umfasst:

Erhalten von Prozessparametern eines Referenzstahlrohrs in einem tatsächlichen Kaltzieh-Herstellungsverfahren, wobei die Prozessparameter Parameter einer Referenzmatrize, Parameter des Referenzstahlrohrs vor dem Kaltziehen und Parameter des Referenzstahlrohrs nach dem Kaltziehen umfassen;
Erstellen eines Referenzmatrizensimulationsmodells auf der Grundlage der Parameter der Referenzmatrize und Erstellen eines Referenzstahlrohrsimulationsmodells auf der Grundlage der Parameter des Referenzstahlrohrs vor dem Kaltziehen, Vergittern des Referenzstahlrohrsimulationsmodells und Durchführen einer Finite-Elemente-Analyse des kaltgezogenen Stahlrohrs und Einstellen eines Reibungskoeffizienten zwischen dem Stahlrohr und der Matrize in dem Finite-Elemente-Simulationsanalyseverfahren für kaltgezogene Stahlrohre, so dass die durch die Finite-Elemente-Simulationsanalyse bei kaltgezogenen Stahlrohren erhaltenen Produktqualitätsparameter mit den Parametern des Referenzstahlrohrs nach dem Kaltziehen übereinstimmen, um ein Finite-Elemente-Grundmodell zu erhalten, und
Ersetzen von Anfangsparametern einer Zielmatrize und Anfangsparametern eines Zielstahlrohrs im Finite-Elemente-Grundmodell und Durchführen einer Finite-Elemente-Analyse des Kaltziehvorgangs und Verbessern der Anfangsparameter der Zielmatrize mit den Produktqualitätsparametern als Optimierungsziel, um Optimierungsparameter der Zielmatrize zu erhalten und schließlich Erhalten eines Simulationsmodells der Zielmatrize.

The present invention provides a manufacturing method for a steel pipe cold drawing die, which comprises the following steps:

Obtaining process parameters of a reference steel tube in an actual cold drawing manufacturing process, the process parameters including parameters of a reference die, parameters of the reference steel tube before cold drawing, and parameters of the reference steel tube after cold drawing;
Establishing a reference die simulation model based on the parameters of the reference die, and establishing a reference steel pipe simulation model based on the parameters of the reference steel pipe before cold drawing, meshing the reference steel pipe simulation model and performing finite element analysis on the cold-drawn steel pipe, and setting a friction coefficient between the steel pipe and the die in the finite element simulation analysis method for cold-drawn steel pipes, so that the product quality parameters obtained by the finite element simulation analysis on cold-drawn steel pipes are consistent with the parameters of the reference steel pipe after cold drawing to obtain a basic finite element model, and
Replacing initial parameters of a target die and initial parameters of a target steel pipe in the basic finite element model and performing a finite element analysis of the cold drawing process and improving the initial parameters of the target die with the product quality parameters as the optimization objective to obtain optimization parameters of the target die. and finally obtaining a simulation model of the target matrix.

In einigen Ausführungsformen umfasst das Einstellen des Reibungskoeffizienten im Finite-Elemente-Analyseverfahren des Kaltziehens von Stahlrohren das Einstellen des Reibungskoeffizienten im Finite-Elemente-Analyseverfahren des Kaltziehens von Stahlrohren unter Verwendung eines Backstepping-Algorithmus.In some embodiments, adjusting the friction coefficient in the finite element analysis method of cold drawing steel pipes comprises adjusting the friction coefficient in the finite element analysis method of cold drawing steel pipes using a backstepping algorithm.

In einigen Ausführungsformen wird ein herkömmlicher Reibungskoeffizient für die Finite-Elemente-Simulationsanalyse und -berechnung verwendet, um eine simulierte Ziehkraft zu erhalten, wobei die simulierte Ziehkraft mit einer tatsächlichen Ziehkraft verglichen wird, wenn zwischen der simulierten Ziehkraft und der tatsächlichen Ziehkraft eine Abweichung besteht, wird der Reibungskoeffizient entsprechend der Abweichung abgeändert, die Finite-Elemente-Simulationsanalyse wird erneut durchgeführt und die vorstehend genannten Schritte werden zyklisch wiederholt, und wenn die simulierte Ziehkraft mit der tatsächlichen Ziehkraft übereinstimmt, ist der Reibungskoeffizient ein idealer Reibungskoeffizient.In some embodiments, a conventional friction coefficient is used for finite element simulation analysis and calculation to obtain a simulated pulling force, the simulated pulling force is compared with an actual pulling force, if there is a deviation between the simulated pulling force and the actual pulling force, the friction coefficient is modified according to the deviation, the finite element simulation analysis is performed again and the above steps are cyclically repeated, and if the simulated pulling force matches the actual pulling force, the friction coefficient is an ideal friction coefficient.

In einigen Ausführungsformen umfasst das Vergittern des Referenzstahlrohrsimulationsmodells das Einstellen von mindestens sechzehn Gitterschichten in einer Dickenrichtung des Referenzstahlrohrsimulationsmodells, das Einstellen des Bereichs eines Seitenverhältnisses der Gitterzellen auf 1,5 bis 1 und das Einstellen des Gitterzellentyps auf eine vollintegrierte Zelle hoher Ordnung.In some embodiments, meshing the reference steel pipe simulation model includes setting at least sixteen mesh layers in a thickness direction of the reference steel pipe simulation model, setting the range of an aspect ratio of the mesh cells to 1.5 to 1, and setting the mesh cell type to a high-order fully integrated cell.

In einigen Ausführungsformen ist das Referenzmatrizensimulationsmodell als elastischer Körper festgelegt und das Vergittern des Referenzmatrizensimulationsmodells umfasst: in einer Dickenrichtung des Referenzmatrizensimulationsmodells allmähliche Vergrößerung der Maschengröße des Referenzmatrizensimulationsmodells von einer Seite des Referenzmatrizensimulationsmodells, die in Kontakt mit dem Referenzstahlrohrsimulationsmodell steht, zu einer Seite, die von dem Referenzstahlrohrsimulationsmodell abgewandt ist.In some embodiments, the reference die simulation model is set as an elastic body, and meshing the reference die simulation model includes: gradually increasing the mesh size of the reference die simulation model in a thickness direction of the reference die simulation model from a side of the reference die simulation model that is in contact with the reference steel pipe simulation model to a side facing away from the reference steel pipe simulation model.

In einigen Ausführungsformen ist das Referenzmatrizensimulationsmodell als starrer Körper festgelegt und das Erstellen des Referenzmatrizensimulationsmodells auf der Grundlage der Parameter der Referenzmatrize umfasst: Modellierung einer Referenzmatrize in Kontakt mit dem Referenzstahlrohr.In some embodiments, the reference die simulation model is defined as a rigid body and creating the reference die simulation model based on the parameters of the reference die includes: modeling a reference die in contact with the reference steel tube.

In einigen Ausführungsformen umfasst das Erstellen des Referenzmatrizensimulationsmodells auf der Grundlage der Parameter der Referenzmatrize und das Erstellen des Referenzstahlrohrsimulationsmodells auf der Grundlage der Parameter des Referenzstahlrohrs vor dem Kaltziehen: Erstellen eines achsensymmetrischen Modells der Referenzmatrize auf der Grundlage der Parameter der Referenzmatrize, Erstellen eines achsensymmetrischen Modells des Referenzstahlrohrs im Hinblick auf die Parameter des Referenzstahlrohrs vor dem Kaltziehen, und Durchführen der Finite-Elemente-Analyse des kaltgezogenen Stahlrohrs unter Verwendung des achsensymmetrischen Modells der Referenzmatrize und des achsensymmetrischen Modells des Referenzstahlrohrs.In some embodiments, creating the reference die simulation model based on the parameters of the reference die and creating the reference steel pipe simulation model based on the parameters of the reference steel pipe before cold drawing includes: creating an axisymmetric model of the reference die based on the parameters of the reference die, creating an axisymmetric model of the reference steel pipe with respect to the parameters of the reference steel pipe before cold drawing, and performing the finite element analysis of the cold drawn steel pipe using the axisymmetric model of the reference die and the axisymmetric model of the reference steel pipe.

In einigen Ausführungsformen ist eine Länge des Referenzstahlrohrsimulationsmodells Teil einer tatsächlichen Länge des Referenzstahlrohrs.In some embodiments, a length of the reference steel pipe simulation model is part of an actual length of the reference steel pipe.

In einigen Ausführungsformen wird die Finite-Elemente-Analyse des Kaltziehens von Stahlrohren unter Verwendung eines statischen impliziten Algorithmus durchgeführt.In some embodiments, the finite element analysis of cold drawing of steel tubes is performed using a static implicit algorithm.

In einigen Ausführungsformen wird das Referenzstahlrohrsimulationsmodell einer Verschiebungslast ausgesetzt, um die Finite-Elemente-Analyse des Kaltziehens von Stahlrohren durchzuführen.In some embodiments, the reference steel pipe simulation model is subjected to a displacement load to perform the finite element analysis of cold drawing of steel pipe.

In einigen Ausführungsformen umfasst das Erhalten der Verfahrensparameter des Referenzstahlrohrs in dem tatsächlichen Kaltziehherstellungsverfahren die Probenahme von Materialien des Referenzstahlrohrs vor und nach dem Ziehen und das Erhalten einer Kraft-Weg-Kennlinie des Referenzstahlrohrs nach dem Ziehen durch einen Blindzugversuch, das Umwandeln der Kraft-Weg-Kennlinien in eine technische Spannungs-Dehnungskurve entsprechend den Dimensionseigenschaften eines Zugversuchs und das anschließende Umwandeln der technischen Spannungs-Dehnungskurve in eine echte Spannungs-Dehnungskurve.In some embodiments, obtaining the process parameters of the reference steel pipe in the actual cold drawing manufacturing process includes sampling materials of the reference steel pipe before and after drawing and obtaining a force-displacement characteristic of the reference steel pipe after drawing by a blind tensile test, converting the force-displacement characteristics into an engineering stress-strain curve according to the dimensional characteristics of a tensile test, and then converting the engineering stress-strain curve into a true stress-strain curve.

In einigen Ausführungsformen umfasst das Herstellungsverfahren außerdem die Erzeugung und Herstellung der Zielmatrize unter Verwendung eines Simulationsmodells der Zielmatrize.In some embodiments, the manufacturing method further comprises generating and manufacturing the target die using a simulation model of the target die.

Basierend auf dem Herstellungsverfahren für eine Stahlrohr-Kaltziehmatrize gemäß der vorliegenden Offenbarung wird das Simulationsmodell unter Bezugnahme auf das Kaltziehverfahren eines bestimmten ausgereiften Referenzstahlrohrs im tatsächlichen Kaltziehherstellungsverfahren erstellt, um die Finite-Elemente-Analyse des Kaltziehens von Stahlrohren durchzuführen, um einen tatsächlichen Kaltziehvorgang wiederherzustellen und der Reibungskoeffizient wird im Finite-Elemente-Analyseverfahren angepasst, so dass Produktgröße, Form, Spannung und andere Parameter, die durch die Finite-Elemente-Analyse erhalten wurden, mit denen eines tatsächlich kaltgezogenen Stahlrohrprodukts übereinstimmen. Dann kann das Finite-Elemente-Modell den Umformungsprozess eines tatsächlichen Produkts wirklich widerspiegeln, und der Reibungskoeffizient zu diesem Zeitpunkt ist der ideale Reibungskoeffizient und somit wird das Finite-Elemente-Grundmodell erhalten. Anschließend werden die Parameter der Zielmatrize unter Verwendung des Finite-Elemente-Grundmodells analysiert, entworfen und optimiert, so dass das Matrizensimulationsmodell mit relativ idealer Produktqualität erhalten werden kann. Die Produktionskosten können im Vergleich zum Stand der Technik, der eine große Anzahl von Matrizenversuchen erfordert, gesenkt werden.Based on the manufacturing method of a steel pipe cold drawing die according to the present disclosure, the simulation model is created by referring to the cold drawing process of a certain mature reference steel pipe in the actual cold drawing manufacturing process to perform the finite element analysis of the cold drawing of steel pipes to restore an actual cold drawing process, and the friction coefficient is adjusted in the finite element analysis process so that the product size, shape, stress and other parameters obtained by the finite element analysis are consistent with those of an actual cold drawn steel pipe product. product. Then the finite element model can truly reflect the forming process of an actual product, and the friction coefficient at this time is the ideal friction coefficient, and thus the basic finite element model is obtained. Then, the parameters of the target die are analyzed, designed and optimized using the basic finite element model, so that the die simulation model with relatively ideal product quality can be obtained. The production cost can be reduced compared with the prior art which requires a large number of die trials.

Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die zugehörigen Figuren ersichtlich.Other features and advantages of the present disclosure will become apparent from the following detailed description of exemplary embodiments of the present disclosure with reference to the accompanying figures.

Kurzbeschreibung der FigurenShort description of the characters

Die hier beschriebenen Figuren dienen zum besseren Verständnis der vorliegenden Offenbarung und bilden einen Teil der vorliegenden Offenbarung. Die veranschaulichenden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und deren Beschreibung dienen der Erläuterung und schränken die vorliegende Offenbarung nicht übermäßig ein. In den Figuren:

1 ist ein schematisches Stufenschema einer Stahlrohr-Kaltziehmatrize gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
2 ist ein Längsschnitt-Strukturdiagramm einer Ausführungsform einer Stahlrohr-Kaltziehmatrize gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
3 zeigt die axiale Spannungsverteilung in Wanddickenrichtung eines Stahlrohrs im idealen Ziehzustand.
4 ist ein schematisches Diagramm der Anordnung von unterschiedlichen Elementen und Knoten auf einer Spannungsverteilungslinie.
5 zeigt Gitter in einer Wandstärke eines Stahlrohrsimulationsmodells vor der Durchführung der Finite-Elemente-Analyse des Kaltziehens von Stahlrohren.
6 zeigt die Gitterlinienverformung eines Stahlrohrs vor der Matrizenoptimierung.
7 zeigt die Gitterlinienverformung eines Stahlrohrs nach der Matrizenoptimierung.

The figures described herein are intended to provide a better understanding of the present disclosure and constitute a part of the present disclosure. The illustrative embodiments of the present disclosure and the description thereof are for purposes of explanation and do not unduly limit the present disclosure. In the figures:

1 is a schematic stage diagram of a steel tube cold drawing die according to an embodiment of the present disclosure.
2 is a longitudinal sectional structural diagram of an embodiment of a steel pipe cold drawing die according to an embodiment of the present disclosure.
3 shows the axial stress distribution in the wall thickness direction of a steel tube in the ideal drawn state.
4 is a schematic diagram of the arrangement of different elements and nodes on a stress distribution line.
5 shows grids in a wall thickness of a steel pipe simulation model before performing the finite element analysis of cold drawing of steel pipes.
6 shows the grid line deformation of a steel tube before die optimization.
7 shows the grid line deformation of a steel tube after die optimization.

Detaillierte Beschreibung der AusführungsformenDetailed description of the embodiments

Technische Lösungen in den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden klar und vollständig in Verbindung mit den zugehörigen Figuren in den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Offensichtlich stellen die beschriebenen Ausführungsformen nur einen Teil der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar und nicht alle Ausführungsformen. Die folgende Beschreibung mindestens einer exemplarischen Ausführungsform dient lediglich der Veranschaulichung und keineswegs als Einschränkung der vorliegenden Offenbarung oder deren Anwendung oder Verwendung. Alle anderen Ausführungsformen, die von Fachleuten auf der Grundlage der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ohne schöpferischen Aufwand erhalten werden, fallen in den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung.Technical solutions in the embodiments of the present disclosure are described clearly and fully below in conjunction with the accompanying figures in the embodiments of the present disclosure. Obviously, the described embodiments represent only a part of the embodiments of the present disclosure and not all embodiments. The following description of at least one exemplary embodiment is merely illustrative and in no way intended to limit the present disclosure or its application or uses. All other embodiments obtained by those skilled in the art based on the embodiments of the present disclosure without creative effort fall within the scope of the present disclosure.

Sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, schränken die relative Anordnung von Komponenten und Schritten, numerischen Ausdrücken und numerischen Werten, die in diesen Ausführungsformen aufgeführt sind, den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht ein. Außerdem ist zu beachten, dass die in den Figuren gezeigten Größen der verschiedenen Teile zur Vereinfachung der Beschreibung nicht den tatsächlichen Größenverhältnissen entsprechen. Technologien, Verfahren und Maschinen, die Fachleuten auf dem betreffenden Fachgebiet bekannt sind, sind möglicherweise nicht im Detail erörtert, aber gegebenenfalls sollten die Technologien, Verfahren und technischen Vorrichtungen jedoch als Teil der zugelassenen Spezifikation betrachtet werden. In allen hier gezeigten und erörterten Beispielen sollte jeder spezifische Wert lediglich als Beispiel und nicht als Einschränkung interpretiert werden. Folglich können andere Beispiele einer beispielhaften Ausführungsform unterschiedliche Werte haben. Es sei darauf hingewiesen, dass ähnliche Bezugszeichen und -buchstaben ähnliche Elemente in den folgenden Figuren bezeichnen, so dass ein bestimmtes Element, sobald es in einer Figur definiert ist, in den nachfolgenden Figuren nicht weiter behandelt werden muss.Unless expressly stated otherwise, the relative arrangement of components and steps, numerical expressions and numerical values listed in these embodiments do not limit the scope of the present disclosure. In addition, it should be noted that the sizes of the various parts shown in the figures do not correspond to the actual size ratios for the convenience of description. Technologies, methods and machines known to those skilled in the art may not be discussed in detail, but where appropriate, the technologies, methods and technical devices should be considered part of the approved specification. In all examples shown and discussed herein, any specific value should be interpreted as an example only and not as a limitation. Consequently, other examples of an exemplary embodiment may have different values. It should be noted that similar reference numerals and letters denote similar elements in the following figures, so that once a particular element is defined in one figure, it need not be discussed further in subsequent figures.

Zur Vereinfachung der Beschreibung können hier räumlich relative Begriffe wie „über... ", oberhalb... ", „auf einer oberen Fläche von ... " und „oben“ verwendet werden, um eine räumliche Positionsbeziehung zwischen einer Vorrichtung oder einem Merkmal und anderen Vorrichtungen oder Merkmalen zu beschreiben wie in den Figuren dargestellt. Es ist zu verstehen, dass ein räumlich relativer Begriff verschiedene Ausrichtungen im Gebrauch oder Betrieb umfassen soll, die von der in einer Figur beschriebenen Ausrichtung einer Vorrichtung abweichen. Wenn zum Beispiel die Vorrichtung in der Figur umgedreht ist, dann wird die Vorrichtung, die als „oberhalb anderer Vorrichtungen oder Strukturen“ oder „über anderen Vorrichtungen oder Strukturen“ beschrieben wird, „unterhalb anderer Vorrichtungen oder Strukturen“ oder „unter anderen Vorrichtungen oder Strukturen“ positioniert. Somit kann der beispielhafte Begriff „oberhalb...“ beide Ausrichtungen von „oberhalb...“ und „unterhalb...“ umfassen. Die Vorrichtung kann auch auf andere Weise positioniert werden, und die hier verwendete relative räumliche Beschreibung wird entsprechend erläutert.For ease of description, spatially relative terms such as "over...", above...", "on an upper surface of...", and "above" may be used herein to describe a spatial positional relationship between a device or feature and other devices or features as illustrated in the figures. It is to be understood that a spatially relative term is intended to encompass various orientations in use or operation that differ from the orientation of a device described in a figure. For example, if the device is in of the figure is flipped, then the device described as being positioned "above other devices or structures" or "over other devices or structures" is positioned "below other devices or structures" or "below other devices or structures." Thus, the exemplary term "above..." can encompass both orientations of "above..." and "below...". The device can also be positioned in other ways, and the relative spatial description used herein will be explained accordingly.

Gemäß 1 umfasst das Herstellungsverfahren für eine Stahlrohr-Kaltziehmatrize der vorliegenden Offenbarung in einigen Ausführungsformen die folgenden Schritte:

S10: Erhalten von Prozessparametern eines Referenzstahlrohrs in einem tatsächlichen Kaltziehherstellungsverfahren, wobei die Prozessparameter Parameter einer Referenzmatrize, Parameter des Referenzstahlrohrs vor dem Kaltziehen und Parameter des Referenzstahlrohrs nach dem Kaltziehen einschließen;
S20: Erstellen eines Referenzmatrizensimulationsmodells auf der Grundlage der Parameter der Referenzmatrize und Erstellen eines Referenzstahlrohrsimulationsmodells auf der Grundlage der Parameter des Referenzstahlrohrs vor dem Kaltziehen, Vergittern des Referenzmatrizensimulationsmodells und des Referenzstahlrohrsimulationsmodells und Durchführen einer Finite-Elemente-Analyse des Kaltziehens von Stahlrohren, wobei das Referenzstahlrohr in Kontakt mit der Referenzmatrize steht und Einstellen eines Reibungskoeffizienten zwischen dem Referenzstahlrohr und der Referenzmatrize in dem Finite-Elemente-Simulationsanalyseverfahren für das Kaltziehen von Stahlrohren, so dass die durch die Finite-Elemente-Simulationsanalyse des Kaltziehens von Stahlrohren erhaltenen Produktqualitätsparameter mit den Parametern des Referenzstahlrohrs nach dem Kaltziehen übereinstimmen, um ein Finite-Elemente-Grundmodell zu erhalten, und
S30: Ersetzen von Anfangsparametern einer Zielmatrize und Anfangsparametern eines Zielstahlrohrs im Finite-Elemente-Grundmodell und Durchführen einer Finite-Elemente-Analyse des Kaltziehens von Stahlrohren und Verbessern der Anfangsparameter der Zielmatrize mit den Produktqualitätsparametern des Zielstahlrohrs, die durch die Finite-Elemente-Analyse des Kaltziehens von Stahlrohren als Ziel erhalten wurden, um Optimierungsparameter der Zielmatrize zu erhalten und schließlich ein Simulationsmodell der Zielmatrize zu erhalten.

According to 1 In some embodiments, the manufacturing method for a steel tube cold drawing die of the present disclosure includes the following steps:

S10: Obtaining process parameters of a reference steel tube in an actual cold drawing manufacturing process, the process parameters including parameters of a reference die, parameters of the reference steel tube before cold drawing, and parameters of the reference steel tube after cold drawing;
S20: Creating a reference die simulation model based on the parameters of the reference die, and creating a reference steel pipe simulation model based on the parameters of the reference steel pipe before cold drawing, meshing the reference die simulation model and the reference steel pipe simulation model, and performing a finite element analysis of cold drawing of steel pipes with the reference steel pipe in contact with the reference die and setting a friction coefficient between the reference steel pipe and the reference die in the finite element simulation analysis method for cold drawing of steel pipes so that the product quality parameters obtained by the finite element simulation analysis of cold drawing of steel pipes are consistent with the parameters of the reference steel pipe after cold drawing to obtain a basic finite element model, and
S30: Replace initial parameters of a target die and initial parameters of a target steel pipe in the basic finite element model, and perform finite element analysis of cold drawing of steel pipe, and improve the initial parameters of the target die with the product quality parameters of the target steel pipe obtained by the finite element analysis of cold drawing of steel pipe as the target to obtain optimization parameters of the target die and finally obtain a simulation model of the target die.

Gemäß dem Herstellungsverfahren für eine Stahlrohr-Kaltziehmatrize in der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird das Simulationsmodell unter Bezugnahme auf den Kaltziehvorgang eines bestimmten ausgereiften Referenzstahlrohrs im tatsächlichen Kaltziehherstellungsverfahren erstellt, um die Finite-Elemente-Analyse des Kaltziehens von Stahlrohren durchzuführen, um einen tatsächlichen Kaltziehvorgang wiederherzustellen und der Reibungskoeffizient wird im Finite-Elemente-Analyseverfahren angepasst, so dass Produktgröße, Form, Spannung und andere Parameter, die durch die Finite-Elemente-Analyse erhalten wurden, mit denen eines tatsächlich kaltgezogenen Stahlrohrprodukts übereinstimmen. Dann kann das Finite-Elemente-Modell den Umformungsprozess eines tatsächlichen Produkts wirklich widerspiegeln, und der Reibungskoeffizient zu diesem Zeitpunkt ist ein idealer Reibungskoeffizient und somit wird das Finite-Elemente-Grundmodell erhalten. Anschließend werden die Parameter der Zielmatrize unter Verwendung des Finite-Elemente-Grundmodells analysiert, entworfen und optimiert, so dass das Matrizensimulationsmodell mit relativ idealer Produktqualität erhalten werden kann. Die Produktionskosten können im Vergleich zum Stand der Technik, der eine große Anzahl von Matrizenversuchen erfordert, gesenkt werden.According to the manufacturing method of a steel pipe cold drawing die in the embodiment of the present disclosure, the simulation model is prepared by referring to the cold drawing process of a certain mature reference steel pipe in the actual cold drawing manufacturing process to perform the finite element analysis of the cold drawing of steel pipes to restore an actual cold drawing process, and the friction coefficient is adjusted in the finite element analysis process so that the product size, shape, stress and other parameters obtained by the finite element analysis are consistent with those of an actual cold drawn steel pipe product. Then, the finite element model can truly reflect the forming process of an actual product, and the friction coefficient at that time is an ideal friction coefficient, and thus the finite element basic model is obtained. Then, the parameters of the target die are analyzed, designed and optimized using the finite element basic model, so that the die simulation model with relatively ideal product quality can be obtained. The production costs can be reduced compared to the state of the art, which requires a large number of die tests.

Die Produktqualitätsparameter umfassen die Oberflächeneigenspannung des Produkts, die Rundheit und Geradheit des Stahlrohrs, die umgeformte Form eines Rohrendes usw.The product quality parameters include the surface residual stress of the product, the roundness and straightness of the steel pipe, the formed shape of a pipe end, etc.

Der Reibungskoeffizient zwischen Stahlrohr und Matrize ist einer der wichtigen Eingabeparameter, um die Berechnungsgenauigkeit sicherzustellen. In einem tatsächlichen Ziehverfahren ist der Reibungskoeffizient tatsächlich ein relativ stabiler Parameter, es ist jedoch relativ schwierig, den Reibungskoeffizienten zu bestimmen, da nicht genügend Messmittel zur Messung des Reibungskoeffizienten vorhanden sind. Um den Reibungskoeffizienten in einigen Ausführungsformen zu erhalten, umfasst das Einstellen des Reibungskoeffizienten im Finite-Elemente-Analyseverfahren des Kaltziehens von Stahlrohren das Einstellen des Reibungskoeffizienten im Finite-Elemente-Analyseverfahren des Kaltziehens von Stahlrohren unter Verwendung eines Backstepping-Algorithmus.The friction coefficient between steel pipe and die is one of the important input parameters to ensure calculation accuracy. In an actual drawing process, the friction coefficient is actually a relatively stable parameter, but it is relatively difficult to determine the friction coefficient because there are not enough measuring means to measure the friction coefficient. To obtain the friction coefficient in some embodiments, adjusting the friction coefficient in the finite element analysis method of cold drawing steel pipes includes adjusting the friction coefficient in the finite element analysis method of cold drawing steel pipes using a backstepping algorithm.

Im Besonderen wird ein herkömmlicher Reibungskoeffizient für die Finite-Elemente-Simulationsanalyse und -berechnung verwendet, um eine simulierte Ziehkraft zu erhalten, wobei die simulierte Ziehkraft mit einer tatsächlichen Ziehkraft verglichen wird, wenn zwischen der simulierten Ziehkraft und der tatsächlichen Ziehkraft eine Abweichung besteht, wird der Reibungskoeffizient entsprechend der Abweichung abgeändert, die Finite-Elemente-Simulationsanalyse wird erneut durchgeführt und die vorstehend genannten Schritte werden zyklisch wiederholt, und wenn die simulierte Ziehkraft mit der tatsächlichen Ziehkraft übereinstimmt, ist der Reibungskoeffizient ein idealer Reibungskoeffizient.In particular, a conventional friction coefficient is used for finite element simulation analysis and calculation to obtain a simulated pulling force, the simulated pulling force is compared with an actual pulling force, if there is a deviation between the simulated pulling force and the actual pulling force, the friction coefficient is modified according to the deviation, the finite element simulation lation analysis is performed again and the above steps are repeated cyclically, and if the simulated pulling force is consistent with the actual pulling force, the friction coefficient is an ideal friction coefficient.

Die Prozessparameter des Referenzstahlrohrs im eigentlichen Kaltziehherstellungsverfahren umfassen die tatsächliche Ziehkraft. Im Besonderen wird beim eigentlichen Ziehvorgang der Ziehkraftkurve einer Ziehmaschine ausgegeben.The process parameters of the reference steel pipe in the actual cold drawing production process include the actual drawing force. In particular, the drawing force curve of a drawing machine is output during the actual drawing process.

Mit der Bestimmung des Reibungskoeffizienten wird auch das Finite-Elemente-Grundmodell bestimmt.By determining the coefficient of friction, the basic finite element model is also determined.

In einigen Ausführungsformen umfasst das Vergittern des Referenzstahlrohrsimulationsmodells das Einstellen von mindestens sechzehn Gitterschichten in einer Dickenrichtung des Referenzstahlrohrsimulationsmodells, wobei der Bereich eines Seitenverhältnisses der Gitterzellen 1,5 bis 1 beträgt und das Einstellen des Gitterzellentyps auf eine vollintegrierte Zelle hoher Ordnung. In der Dickenrichtung des Referenzstahlrohrsimulationsmodells werden mindestens sechzehn Gitterschichten festgelegt, und das Finite-Elemente-Gittermodell kann zu diesem Zeitpunkt die Berechnungsgenauigkeit besser gewährleisten. Hierbei ist zu beachten, dass sich das Seitenverhältnis der Gitterzelle hier auf das Verhältnis zwischen einer Länge und einer Breite der Gitterzelle bezieht. Beispielsweise beträgt das Seitenverhältnis der Gitterzelle 1,5, was bedeutet, dass das Verhältnis zwischen Länge und Breite der Gitterzelle 1,5:1 beträgt, und das Seitenverhältnis der Gitterzelle beträgt 1, was bedeutet, dass das Verhältnis zwischen Länge und Breite der Gitterzelle 1:1 beträgt.In some embodiments, meshing the reference steel pipe simulation model includes setting at least sixteen mesh layers in a thickness direction of the reference steel pipe simulation model, the range of an aspect ratio of the mesh cells being 1.5 to 1, and setting the mesh cell type to a high-order fully integrated cell. At least sixteen mesh layers are set in the thickness direction of the reference steel pipe simulation model, and the finite element mesh model can better ensure calculation accuracy at this time. Note that the aspect ratio of the mesh cell here refers to the ratio between a length and a width of the mesh cell. For example, the aspect ratio of the mesh cell is 1.5, which means that the ratio between the length and width of the mesh cell is 1.5:1, and the aspect ratio of the mesh cell is 1, which means that the ratio between the length and width of the mesh cell is 1:1.

Da sich die Matrize im Kaltziehvorgang immer in einem elastischen Verformungsbereich befindet, kann das Referenzmatrizensimulationsmodell als elastischer Körper oder starrer Körper festgelegt werden. In einigen Ausführungsformen ist das Referenzmatrizensimulationsmodell als elastischer Körper festgelegt, und um die Berechnungsgenauigkeit sicherzustellen, umfasst das Vergittern des Referenzmatrizensimulationsmodells: schrittweises Vergrößern der Gittergröße des Referenzmatrizensimulationsmodells in der Richtung von einer Seite des Referenzmatrizensimulationsmodells, die in Kontakt mit dem Referenzstahlrohrsimulationsmodell steht, zu einer Seite, die von dem Referenzstahlrohrsimulationsmodell abgewandt ist. Dabei gilt: Je weiter das Stahlrohr von der Kontaktstelle mit der Matrize entfernt ist, desto größer ist die Gittermasche, so dass die Anzahl der Gittermaschen der Matrize erheblich reduziert und Berechnungszeit gespart werden kann. In einigen anderen Ausführungsformen ist das Referenzmatrizensimulationsmodell als starrer Körper festgelegt. Zu diesem Zeitpunkt muss nur ein Teil des Referenzmatrizensimulationsmodells, der mit dem Referenzstahlrohrsimulationsmodell in Kontakt steht, modelliert werden, und andere Teile werden möglicherweise nicht im Simulationsmodell dargestellt. Gemäß der in 6 und 7 gezeigten Ausführungsform wird in der vorliegenden Ausführungsform das Referenzmatrizensimulationsmodell als starrer Körper festgelegt. Wie aus den Figuren ersichtlich ist, muss das Referenzmatrizensimulationsmodell nur für das Teil erstellt werden, das mit dem Stahlrohr in Kontakt steht. Das in den Figuren dargestellte Referenzmatrizensimulationsmodell besteht nur aus zwei Streifen, und der Teil mit den Gittermaschen in der Mitte ist das Referenzstahlrohrsimulationsmodell.Since the die is always in an elastic deformation region in the cold drawing process, the reference die simulation model can be set as an elastic body or a rigid body. In some embodiments, the reference die simulation model is set as an elastic body, and in order to ensure calculation accuracy, meshing the reference die simulation model includes: gradually increasing the mesh size of the reference die simulation model in the direction from a side of the reference die simulation model that is in contact with the reference steel pipe simulation model to a side facing away from the reference steel pipe simulation model. Where, the farther the steel pipe is from the contact point with the die, the larger the mesh mesh is, so that the number of mesh meshes of the die can be greatly reduced and calculation time can be saved. In some other embodiments, the reference die simulation model is set as a rigid body. At this time, only a part of the reference die simulation model that is in contact with the reference steel pipe simulation model needs to be modeled, and other parts may not be represented in the simulation model. According to the 6 and 7 In the embodiment shown, in the present embodiment, the reference die simulation model is set as a rigid body. As can be seen from the figures, the reference die simulation model only needs to be created for the part that is in contact with the steel pipe. The reference die simulation model shown in the figures consists of only two strips, and the part with the grid meshes in the middle is the reference steel pipe simulation model.

Basierend auf einer Theorie der Finite-Elemente-Analyse stimmen die mit einem achsensymmetrischen Modell berechneten Ergebnisse mit denen überein, die mit einem dreidimensionalen Modell berechnet wurden, wenn das geometrische Modell, die Materialeigenschaften und der Belastungsmodus alle achsensymmetrisch sind, während der Kaltziehvorgang des Stahlrohrs eine bessere axiale Symmetrieeigenschaft aufweist. Um Berechnungszeit zu sparen, wird in manchen Ausführungsformen das achsensymmetrische Modell anstelle eines dreidimensionalen Volumenmodells verwendet. Insbesondere umfasst die Erstellung des Referenzmatrizensimulationsmodells basierend auf den Parametern der Referenzmatrize und die Erstellung des Referenzstahlrohrsimulationsmodells basierend auf den Parametern des Referenzstahlrohrs vor dem Kaltziehen die Erstellung eines achsensymmetrischen Modells basierend auf den Parametern der Referenzmatrize und die Erstellung eines achsensymmetrischen Modells im Hinblick auf die Parameter des Referenzstahlrohrs vor dem Kaltziehen.Based on a theory of finite element analysis, the results calculated with an axisymmetric model are consistent with those calculated with a three-dimensional model when the geometric model, material properties, and loading mode are all axisymmetric, while the cold drawing process of the steel pipe has a better axial symmetry property. In order to save calculation time, in some embodiments, the axisymmetric model is used instead of a three-dimensional solid model. In particular, creating the reference die simulation model based on the parameters of the reference die and creating the reference steel pipe simulation model based on the parameters of the reference steel pipe before cold drawing includes creating an axisymmetric model based on the parameters of the reference die and creating an axisymmetric model with respect to the parameters of the reference steel pipe before cold drawing.

Da das kaltgezogene Stahlrohr relativ lang ist, bewegt sich das Stahlrohr während des Kaltziehvorgangs tatsächlich stabil mit gleichmäßiger Geschwindigkeit. Normalerweise können die Materialverformungseigenschaften eines kleinen Rohrabschnitts die Verformungseigenschaften des gesamten Rohrabschnitts abdecken. Um Berechnungszeit zu sparen, ist für die Analyse nur eine kurze Rohrlänge erforderlich. In einigen Ausführungsformen ist die Länge des Referenzstahlrohrsimulationsmodells ein Teil der tatsächlichen Länge des Referenzstahlrohrs.Because the cold-drawn steel pipe is relatively long, the steel pipe actually moves stably at a uniform speed during the cold drawing process. Usually, the material deformation characteristics of a small pipe section can cover the deformation characteristics of the entire pipe section. In order to save calculation time, only a short pipe length is required for the analysis. In some embodiments, the length of the reference steel pipe simulation model is a part of the actual length of the reference steel pipe.

Darüber hinaus handelt es sich beim eigentlichen Kaltziehen um einen stabilen und langsamen Bewegungsvorgang, der als quasistatischer Prozess angesehen werden kann. Daher kann die Finite-Elemente-Analyse des Kaltziehens von Stahlrohren mithilfe eines statischen impliziten Algorithmus durchgeführt werden, um den Einfluss der dynamischen Trägheit auf die Berechnungsgenauigkeit effektiv zu eliminieren.In addition, the actual cold drawing is a stable and slow motion process, which can be regarded as a quasi-static process. Therefore, the finite element analysis of cold drawing of steel pipes can be carried out using a static implicit algorithm to determine the influence of dynamic To effectively eliminate inertia on calculation accuracy.

In einigen Ausführungsformen umfasst das Herstellungsverfahren außerdem die Erzeugung und Herstellung der Zielmatrize unter Verwendung eines Simulationsmodells der Zielmatrize. Nach der Erstellung des Simulationsmodells der Zielmatrize ist es immer noch notwendig, die Zielmatrize auf der Grundlage des Simulationsmodells herzustellen, dann das Stahlrohr unter Verwendung der Zielmatrize zu ziehen und dann einige Korrekturen und eine endgültige Bestätigung der Matrize entsprechend der Qualität des gezogenen Produkts vorzunehmen.In some embodiments, the manufacturing method further includes generating and manufacturing the target die using a simulation model of the target die. After creating the simulation model of the target die, it is still necessary to manufacture the target die based on the simulation model, then draw the steel pipe using the target die, and then make some corrections and final confirmation of the die according to the quality of the drawn product.

Nachfolgend ist eine detaillierte Beschreibung der spezifischen Schritte des Herstellungsverfahrens für eine Stahlrohr-Kaltziehmatrize gemäß einer spezifischen Ausführungsform.The following is a detailed description of the specific steps of the manufacturing method for a steel pipe cold drawing die according to a specific embodiment.

In Bezug auf einen ausgereiften Kaltziehvorgang für Stahlrohre entwirft die Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ein Simulationsberechnungsmodell für den Kaltziehvorgang unter Verwendung einer Finite-Elemente-Simulationstechnologie und leitet die Konstruktion der Kaltziehmatrize unter Verwendung des Simulationsberechnungsmodells für den Kaltziehvorgang.Regarding a sophisticated cold drawing process for steel pipes, the embodiment of the present disclosure designs a simulation calculation model for the cold drawing process using a finite element simulation technology and guides the design of the cold drawing die using the simulation calculation model for the cold drawing process.

Wie in 2 gezeigt, umfassen die Matrizen für das Ziehen eines Stahlrohrs eine Innenmatrize 2 und eine Außenmatrize 3. Die Innenmatrize 2 umfasst eine Innenmatrizen-Außenschräge N1, eine Innenmatrizen-Innenschräge N2, eine Schräglänge N3 der Innenmatrizen-Innenschräge, eine Kalibrierbandlänge N4 der Innenmatrize, eine Übergangsrundung N5 zwischen der Innenmatrizen-Innenschräge und dem Innenmatrizen-Kalibrierband und eine Übergangsrundung N6 zwischen der Innenmatrizen-Außenschräge und der Innenmatrizen-Innenschräge. Die Außenmatrize 3 umfasst eine Außenmatrizen-Außenschräge W1, eine Außenmatrizen-Innenschräge W2, eine Schräglänge W3 der Außenmatrizen-Innenschräge, eine Kalibrierbandlänge W4 der Außenmatrize, eine Übergangsrundung W5 zwischen der Außenmatrizen-Innenschräge und dem Außenmatrizen-Kalibrierband und eine Übergangsrundung W6 zwischen der Außenmatrizen-Außenschräge und der Außenmatrizen-Innenschräge. Der Retraktionsbetrag der Innenmatrize 2 relativ zur Außenmatrize 3 in Längsrichtung ist A. Der Pfeil in 2 zeigt eine Ziehrichtung, und das Stahlrohr 1 tritt zwischen der Innenmatrize 2 und der Außenmatrize 3 auf der rechten Seite ein und auf der linken Seite aus.As in 2 As shown, the dies for drawing a steel pipe comprise an inner die 2 and an outer die 3. The inner die 2 comprises an inner die outer bevel N1, an inner die inner bevel N2, a bevel length N3 of the inner die inner bevel, a calibration band length N4 of the inner die, a transition rounding N5 between the inner die inner bevel and the inner die calibration band, and a transition rounding N6 between the inner die outer bevel and the inner die inner bevel. The outer die 3 includes an outer die outer bevel W1, an outer die inner bevel W2, a bevel length W3 of the outer die inner bevel, a calibration band length W4 of the outer die, a transition rounding W5 between the outer die inner bevel and the outer die calibration band, and a transition rounding W6 between the outer die outer bevel and the outer die inner bevel. The retraction amount of the inner die 2 relative to the outer die 3 in the longitudinal direction is A. The arrow in 2 shows a drawing direction, and the steel pipe 1 enters between the inner die 2 and the outer die 3 on the right side and exits on the left side.

Die Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung nimmt den bestimmten ausgereiften Kaltziehvorgang für Stahlrohre als Referenz. Daher sollten zunächst die tatsächlichen Fertigungsdaten des ausgereiften Kaltziehvorgangs für Stahlrohre erhoben werden. In der folgenden Beschreibung wird das Stahlrohr, das im ausgereiften Kaltziehvorgang für Stahlrohre verwendet wird, als Referenzstahlrohr bezeichnet, und die Matrize, die im ausgereiften Kaltziehvorgang für Stahlrohre verwendet wird als Referenzmatrize bezeichnet.The embodiment of the present disclosure takes the specific mature cold drawing process for steel pipes as a reference. Therefore, the actual manufacturing data of the mature cold drawing process for steel pipes should be collected first. In the following description, the steel pipe used in the mature cold drawing process for steel pipes is referred to as a reference steel pipe, and the die used in the mature cold drawing process for steel pipes is referred to as a reference die.

Die Erfassung der tatsächlichen Fertigungsdaten umfasst insbesondere die Ermittlung der Materialeigenschaften, die Erfassung der Abmessungen des Referenzstahlrohrs vor und nach dem Ziehvorgang, die Erfassung der Abmessungen der Referenzmatrize und die Erfassung der Ziehkraft. Die Erfassung der Materialeigenschaften umfasst die Erfassung grundlegender mechanischer Eigenschaften von Materialien, d. h. die Materialien vor und nach dem Ziehen des Referenzstahlrohrs werden jeweils entnommen, eine durch einen Materialzugversuch gemessene „Kraft-Weg-Kennlinie“ des Materials wird in eine „technische Spannungs-Dehnungskurve“ entsprechend den Abmessungsmerkmalen einer Zugprobe umgewandelt, schließlich wird die „technische Spannungs-Dehnungskurve“ in eine „echte Spannungs-Dehnungskurve“ umgewandelt, und die „echte Spannungs-Dehnungskurve“ wird in den nachfolgenden Modellierungsprozess übernommen. Die Erfassung der Größen des Referenzstahlrohrs vor und nach dem Ziehen erfordert eine Mehrpunktmessung und ermittelt jeweils den Durchschnittswert verschiedener Größen des Referenzstahlrohrs vor und nach dem Ziehen. In Anbetracht der tatsächlichen Modellierungsschwierigkeiten und der Rechenleistung eines Computers müssen für das Finite-Elemente-Modell die Größen der Referenzstahlrohre in gewissem Maße vereinfacht werden, indem beispielsweise die Länge des gesamten Rohrs durch die Länge eines Rohrabschnitts ersetzt wird und ein Durchmesser anstelle eines durchschnittlichen Durchmessers des Rohrs genommen wird. Die Erfassung der Größen der Referenzmatrize umfasst die Messung der Referenzmatrize, insbesondere die Größenbestätigung ihrer Hauptmerkmale, einschließlich der Außenschräge, der Innenschräge, der Länge des Kalibrierbandes, der Übergangsrundung zwischen dem Kalibrierband und der Innenschräge, der relativen Positionen der Innen- und Außenmatrize in einer Längsrichtung während des Ziehvorgangs und dergleichen. Darüber hinaus umfasst die Erfassung der tatsächlichen Fertigungsdaten auch die Erfassung der Produktbeanspruchung, der Basisgrößen, der charakteristischen Größen und dergleichen des Referenzstahlrohrs nach dem Ziehen, einschließlich der Messung einer Oberflächeneigenspannung des Produkts, der Messung eines Rohrdurchmessers, der Beobachtung anormaler Eigenschaften einer Rohroberfläche, der Verformungsform und des Gesetzes eines Rohrendes und dergleichen. Im tatsächlichen Ziehvorgang wird die Ziehkraftkurve einer Ziehmaschine ausgegeben.The acquisition of actual manufacturing data specifically includes the detection of material properties, the detection of the dimensions of the reference steel pipe before and after drawing, the detection of the dimensions of the reference die, and the detection of the drawing force. The acquisition of material properties includes the detection of basic mechanical properties of materials, that is, the materials before and after drawing of the reference steel pipe are respectively taken, a "force-displacement characteristic curve" of the material measured by a material tensile test is converted into an "engineering stress-strain curve" according to the dimensional characteristics of a tensile specimen, finally the "engineering stress-strain curve" is converted into a "true stress-strain curve", and the "true stress-strain curve" is adopted in the subsequent modeling process. The acquisition of the sizes of the reference steel pipe before and after drawing requires multi-point measurement, and respectively obtains the average value of different sizes of the reference steel pipe before and after drawing. Considering the actual modeling difficulties and the computing power of a computer, for the finite element model, the sizes of the reference steel pipes need to be simplified to a certain extent, for example, by replacing the length of the whole pipe with the length of a pipe section and taking a diameter instead of an average diameter of the pipe. The acquisition of the sizes of the reference die includes the measurement of the reference die, especially the size confirmation of its main features, including the outer bevel, the inner bevel, the length of the calibration tape, the transition rounding between the calibration tape and the inner bevel, the relative positions of the inner and outer dies in a longitudinal direction during the drawing process, and the like. In addition, the acquisition of the actual manufacturing data also includes the acquisition of the product stress, the basic sizes, the characteristic sizes and the like of the reference steel pipe after drawing, including the measurement of a surface residual stress of the product, the measurement of a pipe diameter, the observation of abnormal properties of a pipe surface, the deformation shape and law of a pipe end, and the like. In the actual drawing process, the data acquisition of the reference die includes the measurement of the reference die, the size confirmation of the reference die, especially the size confirmation of its main features, including the outer bevel, the inner bevel, the length of the calibration tape, the transition rounding between the calibration tape and the inner bevel, the relative positions of the inner and outer dies in a longitudinal direction during the drawing process, and the like. The drawing force curve of a drawing machine is output.

Nach Erhalt der tatsächlichen Fertigungsdaten des ausgereiften Kaltziehvorgangs von Stahlrohren ist es weiterhin erforderlich, das Finite-Elemente-Grundmodell auf der Grundlage der erfassten Daten des Referenzstahlrohrs und der Referenzmatrize zu erstellen.After obtaining the actual manufacturing data of the mature cold drawing process of steel pipes, it is still necessary to establish the basic finite element model based on the acquired data of the reference steel pipe and the reference die.

Insbesondere wird anhand der erfassten Daten des Referenzstahlrohrs und der Referenzmatrize das entsprechende Simulationsmodell im Computer erstellt. Basierend auf den erfassten Größen des Referenzstahlrohrs vor dem Kaltziehen und den Größen der Referenzmatrize wird ein entsprechendes dreidimensionales CAD-Modell erstellt.In particular, the corresponding simulation model is created in the computer based on the recorded data of the reference steel pipe and the reference die. Based on the recorded sizes of the reference steel pipe before cold drawing and the sizes of the reference die, a corresponding three-dimensional CAD model is created.

Nach der Erstellung des dreidimensionalen CAD-Modells müssen auch die Referenzmatrize und das Referenzstahlrohr vergittert werden. 3 zeigt einen axialen Spannungsverteilungszustand in einer Wanddicke des Stahlrohrs in einem idealen Kaltziehzustand, das heißt den axialen Spannungsverteilungszustand von einer Innenwand 11 zu einer Außenwand 12 des Stahlrohrs. Damit die Ergebnisse der Finite-Elemente-Analyse der vorliegenden Ausführungsform die Spannungseigenschaften ähnlich einer in 3 gezeigten Sinuskurve besser widerspiegeln, ist es notwendig, genügend Zellen oder Knoten in der Dickenrichtung des Stahlrohrs anzuordnen. Wie aus 4 ersichtlich ist, kann eine vollständige Spannungsverteilungskurve näherungsweise in vier Bogensegmente mit unterschiedlichen Formen unterteilt werden. Für jedes Bogensegment müssen mindestens drei Finite-Elemente-Gitter angeordnet werden, um dessen Form grundsätzlich zu beschreiben. Auf diese Weise müssen mindestens zwölf Felder für die vier Bogensegmente festgelegt werden. Aufgrund der größeren Dicke eines Stahlrohrs mit großem Durchmesser wurde durch eine tatsächliche Analyse festgestellt, dass die Spannungsverteilung in Dickenrichtung viel komplizierter ist als eine ideale sinusförmige Spannungsverteilungskurve. Daher reicht es bei weitem nicht aus, zwölf Gitterschichten in Dickenrichtung des Rohrs anzuordnen. Darüber hinaus wird aufgrund der Biegeverformung des Materials in Längs- und Querrichtung beim Kaltziehen von Stahlrohren auf der Grundlage der Theorie der Finite-Elemente-Analyse davon ausgegangen, dass das Seitenverhältnis der Gitterzelle nicht zu groß sein sollte. Nach vielen Berechnungen, Analysen und Vergleichen werden in der vorliegenden Ausführungsform durch Synthese der Rechenleistung des Computers mindestens sechzehn Gitterschichten in der Dickenrichtung des Referenzstahlrohrs festgelegt, und der Gitterzellentyp wird als voll integrierte Zelle hoher Ordnung festgelegt. Wie in 5 dargestellt, beträgt das Seitenverhältnis der Gitterzelle vor der Verformung 1:1, und das Finite-Elemente-Gittermodell kann zu diesem Zeitpunkt die Berechnungsgenauigkeit besser gewährleisten.After the three-dimensional CAD model has been created, the reference die and the reference steel tube must also be gridded. 3 shows an axial stress distribution state in a wall thickness of the steel pipe in an ideal cold drawing state, that is, the axial stress distribution state from an inner wall 11 to an outer wall 12 of the steel pipe. In order that the results of the finite element analysis of the present embodiment may show the stress characteristics similar to that in 3 To better reflect the sinusoidal curve shown, it is necessary to arrange enough cells or nodes in the thickness direction of the steel pipe. As can be seen from 4 As can be seen, a complete stress distribution curve can be approximately divided into four arc segments with different shapes. For each arc segment, at least three finite element grids must be arranged to basically describe its shape. In this way, at least twelve fields must be set for the four arc segments. Due to the larger thickness of a large-diameter steel pipe, it is found through actual analysis that the stress distribution in the thickness direction is much more complicated than an ideal sinusoidal stress distribution curve. Therefore, it is far from sufficient to arrange twelve grid layers in the thickness direction of the pipe. In addition, due to the bending deformation of the material in the longitudinal and transverse directions during the cold drawing of steel pipes, based on the theory of finite element analysis, it is considered that the aspect ratio of the grid cell should not be too large. After many calculations, analysis and comparisons, in the present embodiment, by synthesizing the computing power of the computer, at least sixteen grid layers are set in the thickness direction of the reference steel pipe, and the grid cell type is set as a high-order fully integrated cell. As shown in 5 As shown, the aspect ratio of the grid cell before deformation is 1:1, and the finite element grid model can better ensure the calculation accuracy at this time.

Außerdem ist das kaltgezogene Stahlrohr relativ lang und bewegt sich beim Kaltziehen mit gleichmäßiger Geschwindigkeit, so dass die Verformungseigenschaften eines kleinen Rohrabschnitts in der Regel die Verformungseigenschaften des gesamten Rohrabschnitts abdecken können. Um die Berechnungszeit zu verkürzen, wird im Analyseverfahren der Finite-Elemente-Simulation nur ein kurzer Rohrabschnitt zur Analyse herangezogen. Darüber hinaus stimmen die mit dem achsensymmetrischen Modell berechneten Ergebnisse, basierend auf der Theorie der Finite-Elemente-Analyse, im Wesentlichen mit denen des dreidimensionalen Modells überein, wenn das geometrische Modell, die Materialeigenschaften und der Belastungsmodus alle achsensymmetrisch sind, während der Kaltziehvorgang des Stahlrohrs eine offensichtliche axiale Symmetrieeigenschaft aufweist. Um Berechnungszeit zu sparen, verwendet die vorliegende Ausführungsform das achsensymmetrische Modell anstelle des dreidimensionalen Volumenmodells, wodurch die Berechnungszeit erheblich verkürzt wird.In addition, the cold-drawn steel pipe is relatively long and moves at a uniform speed during cold drawing, so the deformation characteristics of a small section of pipe can usually cover the deformation characteristics of the entire section of pipe. In order to shorten the calculation time, in the analysis method of finite element simulation, only a short section of pipe is taken for analysis. In addition, based on the theory of finite element analysis, when the geometric model, material properties and loading mode are all axisymmetric, the results calculated by the axisymmetric model are basically consistent with those of the three-dimensional model, while the cold drawing process of the steel pipe has an obvious axial symmetry characteristic. In order to save calculation time, the present embodiment uses the axisymmetric model instead of the three-dimensional solid model, which greatly shortens the calculation time.

Nach Vergittern des Referenzstahlrohrsimulationsmodells ist es immer noch notwendig das Referenzmatrizensimulationsmodell zu vergittern. Da sich die Matrize im Kaltziehvorgang immer in einem elastischen Verformungsbereich befindet, kann das Matrizensimulationsmodell als elastischer Körper oder starrer Körper festgelegt werden. Wenn das Matrizensimulationsmodell ein elastischer Körper ist, kann die Finite-Elemente-Gittergröße des Matrizensimulationsmodells zur Gewährleistung der Berechnungsgenauigkeit entsprechend einer Gradientenänderung entworfen werden, d. h. die Position in Kontakt mit dem Stahlrohr wird so entworfen, dass sie der Gittergröße des Stahlrohrs entspricht, und je weiter von der Kontaktposition entfernt, desto größer ist die Gittergröße, wodurch die Anzahl der Gitter des Matrizensimulationsmodells erheblich reduziert und die Berechnungszeit eingespart wird. Wie in 6 und 7 dargestellt, muss nur der Teil der Matrize modelliert werden, der mit dem Stahlrohr in Kontakt ist, wenn das Matrizenmodell ein starrer Körper ist, so dass die in den beiden Figuren dargestellte Matrize nur aus zwei Streifen besteht. Der Gittermaschenteil in der Mitte ist das Stahlrohr, und das Stahlrohr tritt von rechts nach links in die Matrize ein.After meshing the reference steel pipe simulation model, it is still necessary to mesh the reference die simulation model. Since the die is always in an elastic deformation region in the cold drawing process, the die simulation model can be set as an elastic body or a rigid body. When the die simulation model is an elastic body, in order to ensure the calculation accuracy, the finite element mesh size of the die simulation model can be designed according to a gradient change, that is, the position in contact with the steel pipe is designed to be the same as the mesh size of the steel pipe, and the farther away from the contact position, the larger the mesh size, which greatly reduces the number of meshes of the die simulation model and saves the calculation time. As shown in 6 and 7 shown, only the part of the die that is in contact with the steel pipe needs to be modeled when the die model is a rigid body, so the die shown in the two figures is only composed of two strips. The lattice mesh part in the middle is the steel pipe, and the steel pipe enters the die from right to left.

Nachdem das vorstehend beschriebene Matrizensimulationsmodell und das Stahlrohrsimulationsmodell erstellt und vergittert wurden, muss die Finite-Elemente-Analyse des Kaltziehvorgangs mit Hilfe des vorstehend beschriebenen Matrizensimulationsmodells und des Stahlrohrsimulationsmodells durchgeführt werden. Da der eigentliche Kaltziehvorgang ein stabiler und langsamer Bewegungsprozess ist, der als quasistatisches Problem angesehen werden kann, ist es besser, den statischen impliziten Algorithmus für die Analyse zu verwenden, der den Einfluss der dynamischen Trägheit auf die Berechnungsgenauigkeit wirksam eliminieren kann. Daher wird in der vorliegenden Ausführungsform auf der Grundlage des vorstehend genannten Matrizensimulationsmodells und des Stahlrohrsimulationsmodells der tatsächliche Kaltziehvorgang mit Hilfe des statischen impliziten Algorithmus wiederhergestellt, der auch als Benchmarking-Prozess bezeichnet wird. Darüber hinaus werden die vorstehend genannten Simulationsmodelle auf der Grundlage der erfassten Materialdaten und des tatsächlichen Belastungsmodus mit den Materialeigenschaften und Randbedingungen ausgestattet. Bei der Simulationsanalyse werden durch die Anpassung einiger Parameter mit unbestimmten Werten, wie z. B. dem Reibungskoeffizienten, die durch die Finite-Elemente-Simulation berechneten Parameter wie Produktgröße, -form und - spannung mit den tatsächlich gemessenen Daten gleichgesetzt. Dann kann das Finite-Elemente-Modell zu diesem Zeitpunkt wirklich einen Umformungsprozess des tatsächlichen Produkts widerspiegeln, und entsprechende Analyseparameter sind zu diesem Zeitpunkt relativ ideale Berechnungsparameter. Die Berechnungsmethode und das Berechnungsmodell können zu diesem Zeitpunkt als Finite-Elemente-Grundmodell für den Entwurf anderer ähnlicher Formen dienen.After the die simulation model and the steel pipe simulation model described above have been created and meshed, the finite element analysis of the cold drawing process must be carried out using the die simulation model and the steel pipe simulation model described above. be performed. Since the actual cold drawing process is a stable and slow motion process, which can be regarded as a quasi-static problem, it is better to use the static implicit algorithm for analysis, which can effectively eliminate the influence of dynamic inertia on the calculation accuracy. Therefore, in the present embodiment, based on the above-mentioned die simulation model and the steel pipe simulation model, the actual cold drawing process is restored by means of the static implicit algorithm, which is also called the benchmarking process. In addition, the above-mentioned simulation models are equipped with the material properties and boundary conditions based on the acquired material data and the actual loading mode. In the simulation analysis, by adjusting some parameters with undetermined values, such as the friction coefficient, the parameters such as product size, shape, and stress calculated by the finite element simulation are equated with the actually measured data. Then the finite element model at this time can truly reflect a forming process of the actual product, and corresponding analysis parameters are relatively ideal calculation parameters at this time. The calculation method and calculation model at this time can serve as a basic finite element model for the design of other similar molds.

Der Reibungskoeffizient zwischen Stahlrohr und Matrize ist einer der wichtigen Eingabeparameter, um die Berechnungsgenauigkeit sicherzustellen. Da es relativ schwierig ist, den Reibungskoeffizienten zu messen, schätzt die vorliegende Ausführungsform den Reibungskoeffizienten mit Hilfe eines Backstepping-Algorithmus. Zunächst wird ein herkömmlicher Reibungskoeffizient für die Simulationsanalyse und die Berechnung des Ziehens verwendet, und die berechnete Ziehkraft wird ausgegeben, um mit der tatsächlichen Ziehkraft verglichen zu werden. Besteht eine Differenz zwischen den beiden Ziehkräften, wird der Reibungskoeffizient entsprechend der Differenz geändert und neu berechnet. Nach dem Prozess der wiederholten Anpassung und Berechnung des Reibungskoeffizienten kann die berechnete Ziehkraft schließlich mit der Ziehkraft in der tatsächlichen Fertigung übereinstimmen, und der Reibungskoeffizient ist zu diesem Zeitpunkt ein idealer Reibungskoeffizientenwert. Der Reibungskoeffizientenwert wird ermittelt und dann das Finite-Element-Grundmodell bestimmt.The friction coefficient between the steel pipe and the die is one of the important input parameters to ensure the calculation accuracy. Since it is relatively difficult to measure the friction coefficient, the present embodiment estimates the friction coefficient using a backstepping algorithm. First, a conventional friction coefficient is used for simulation analysis and drawing calculation, and the calculated drawing force is output to be compared with the actual drawing force. If there is a difference between the two drawing forces, the friction coefficient is changed and recalculated according to the difference. After the process of repeated adjustment and calculation of the friction coefficient, the calculated drawing force can finally be consistent with the drawing force in actual manufacturing, and the friction coefficient at this time is an ideal friction coefficient value. The friction coefficient value is obtained, and then the basic finite element model is determined.

Auf der Grundlage des erstellten Finite-Elemente-Grundmodells werden die anfänglichen Größenparameter der zu optimierenden Zielmatrize in das Berechnungsmodell eingesetzt, die Simulationsberechnung des Kaltziehvorgangs wird durchgeführt, die Variationsgesetze verschiedener Qualitätsindizes des Produkts vor und nach dem Kaltziehvorgang werden analysiert, die Faktoren und Gründe, die sich auf die Produktqualität auswirken, werden verglichen und analysiert, und die Lösung und Methode zur Optimierung der Größenparameter der Zielmatrize werden vorgeschlagen. Für die optimierte Zielmatrize wird ein neues Finite-Elemente-Modell erstellt und die Matrize erneut einer Berechnung, Vergleichsanalyse und Optimierung unterzogen. Durch einen solchen wiederholten Berechnungs- und Optimierungsprozess kann schließlich die Matrizengröße mit relativ idealer Produktqualität ermittelt werden, wodurch der Prozess der Matrizenoptimierung abgeschlossen wird.Based on the established basic finite element model, the initial size parameters of the target die to be optimized are substituted into the calculation model, the simulation calculation of the cold drawing process is carried out, the variation laws of various quality indexes of the product before and after the cold drawing process are analyzed, the factors and reasons affecting the product quality are compared and analyzed, and the solution and method for optimizing the size parameters of the target die are proposed. A new finite element model is established for the optimized target die, and the die is subjected to calculation, comparative analysis and optimization again. Through such a repeated calculation and optimization process, the die size with relatively ideal product quality can finally be obtained, thus completing the process of die optimization.

Wie in 6 und 7 dargestellt, sind die Gitterlinien vor dem Eintritt des Stahlrohrs in die Matrize parallel, und die Gittermaschen sind kleine Quadrate mit einem Seitenverhältnis von etwa 1:1. Bei Kontakt mit der Matrize wird das Stahlrohr durch die Matrize zusammengedrückt, das Stahlrohr verformt sich, die Länge des Stahlrohrs wird länger und die Dicke des Stahlrohrs wird kleiner. Unterschiedliche Matrizen führen zu unterschiedlichen Verformungszuständen des Stahlrohrs, d. h. zu unterschiedlichen Verformungsformen der Gitterlinien. 6 zeigt die Verformungsgitterlinien des Stahlrohrs vor der Optimierung der Matrize und 7 zeigt die Verformungsgitterlinien des Stahlrohrs nach der Optimierung der Matrize. Im Vergleich zu 6 sind in 7 die gesamten Gitterlinien immer parallel, was darauf hindeutet, dass die Materialverformung auf demselben Abschnitt des Stahlrohrs relativ gleichmäßig ist, und dass die schließlich erhaltene Produktqualität ebenfalls besser ist, z. B. sind die Rundheit und die Geradheit des Stahlrohrs gut, die Form des Rohrendes ist flach, die Verteilung der inneren Materialstruktur ist gleichmäßig, die Eigenspannung ist gering und dergleichen.As in 6 and 7 As shown, before the steel pipe enters the die, the grid lines are parallel, and the grid meshes are small squares with an aspect ratio of about 1:1. When in contact with the die, the steel pipe is compressed by the die, the steel pipe deforms, the length of the steel pipe becomes longer, and the thickness of the steel pipe becomes smaller. Different dies lead to different deformation states of the steel pipe, that is, different deformation forms of the grid lines. 6 shows the deformation grid lines of the steel tube before optimization of the die and 7 shows the deformation grid lines of the steel tube after optimization of the die. Compared to 6 are in 7 the entire grid lines are always parallel, which indicates that the material deformation on the same section of the steel pipe is relatively uniform, and the final product quality obtained is also better, for example, the roundness and straightness of the steel pipe are good, the shape of the pipe end is flat, the distribution of the internal material structure is uniform, the residual stress is small, and the like.

Entsprechend der durch die Finite-Elemente-Berechnung ermittelten optimalen Konstruktionslösung der Matrize, wird die Matrize produziert und hergestellt, und die Zuverlässigkeit der optimierten Matrize wird durch Beobachtung der Produktqualität in der tatsächlichen Fertigung beurteilt.According to the optimal design solution of the die obtained by the finite element calculation, the die is produced and manufactured, and the reliability of the optimized die is evaluated by observing the product quality in actual production.

Abschließend sei darauf hingewiesen, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen nur zur Beschreibung und nicht zur Einschränkung der technischen Lösungen der vorliegenden Offenbarung dienen. Obwohl die vorliegende Offenbarung ausführlich unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wird, sollten Fachleute, die mit dem Stand der Technik vertraut sind, verstehen, dass man dennoch Modifikationen an den spezifischen Implementierungen in der vorliegenden Offenbarung vornehmen oder gleichwertige Ersetzungen an Teilen der technischen Merkmale davon vornehmen kann; und solche Änderungen und gleichwertige Ersetzungen sollten in den Umfang der technischen Lösungen fallen, die in der vorliegenden Offenbarung zum Schutz angestrebt werden, solange sie nicht vom Wesen der technischen Lösungen in der vorliegenden Offenbarung abweichen.Finally, it should be noted that the embodiments described above are for illustrative purposes only and not for limiting the technical solutions of the present disclosure. Although the present disclosure is described in detail with reference to the preferred embodiments, it should be understood by those skilled in the art that modifications to the specific implementations in the present disclosure or equivalent make substitutions to parts of the technical features thereof; and such changes and equivalent substitutions should fall within the scope of the technical solutions sought to be protected in the present disclosure, as long as they do not deviate from the essence of the technical solutions in the present disclosure.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA accepts no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

CH 2021108908096 [0001]

Claims

A manufacturing method for a steel pipe cold drawing die, comprising the steps of: obtaining process parameters of a reference steel pipe in an actual cold drawing manufacturing process, the process parameters including parameters of a reference die, parameters of the reference steel pipe before cold drawing, and parameters of the reference steel pipe after cold drawing; Establishing a reference die simulation model based on the parameters of the reference die, and establishing a reference steel pipe simulation model based on the parameters of the reference steel pipe before cold drawing, meshing the reference steel pipe simulation model and performing finite element analysis of cold drawing of steel pipes, and setting a friction coefficient between the steel pipe and the die in the finite element simulation analysis method for cold drawn steel pipes, so that the product quality parameters obtained by the finite element simulation analysis on cold drawn steel pipes are consistent with the parameters of the reference steel pipe after cold drawing to obtain a basic finite element model, and replacing initial parameters of a target die and initial parameters of a target steel pipe in the basic finite element model and performing finite element analysis of cold drawing and improving the initial parameters of the target die with the product quality parameters as the optimization objective, in order to To obtain optimization parameters of the target matrix and finally to obtain a simulation model of the target matrix.

Manufacturing process for a steel tube cold drawing die according to Claim 1 wherein adjusting the friction coefficient in the finite element analysis method of cold drawing steel pipes comprises adjusting the friction coefficient in the finite element analysis method of cold drawing steel pipes using a backstepping algorithm.

Manufacturing process for a steel tube cold drawing die according to Claim 2 , wherein the backstepping algorithm comprises: a conventional friction coefficient is used for finite element simulation analysis and calculation to obtain a simulated pulling force, the simulated pulling force is compared with an actual pulling force, if there is a deviation between the simulated pulling force and the actual pulling force, the friction coefficient is modified according to the deviation, the finite element simulation analysis is performed again and the above steps are cyclically repeated, and if the simulated pulling force is consistent with the actual pulling force, the friction coefficient is an ideal friction coefficient.

Manufacturing process for a steel tube cold drawing die according to one of the Claims 1 - 3 wherein grating the reference steel pipe simulation model comprises setting at least sixteen grating layers in a thickness direction of the reference steel pipe simulation model, setting the range of an aspect ratio of the grating cells to 1.5 to 1, and setting the grating cell type to a high-order fully integrated cell.

Manufacturing process for a steel tube cold drawing die according to one of the Claims 1 - 4 , wherein the reference die simulation model is set as an elastic body, the manufacturing method further comprises meshing the reference die simulation model, wherein the meshing of the reference die simulation model comprises: in a thickness direction of the reference die simulation model, gradually increasing a mesh size of the reference die simulation model from a side of the reference die simulation model that is in contact with the reference steel pipe simulation model to a side facing away from the reference steel pipe simulation model.

Manufacturing process for a steel tube cold drawing die according to one of the Claims 1 - 4 , wherein the reference die simulation model is set as a rigid body and creating the reference die simulation model based on the parameters of the reference die comprises: modeling a reference die in contact with the reference steel pipe.

Manufacturing process for a steel tube cold drawing die according to one of the Claims 1 - 6 wherein creating the reference die simulation model based on the parameters of the reference die and creating the reference steel pipe simulation model based on the parameters of the reference steel pipe before cold drawing comprises: creating an axisymmetric model of the reference die based on the parameters of the reference die, creating an axisymmetric model of the reference steel pipe with respect to the parameters of the reference steel pipe before cold drawing, and performing the finite element analysis of the cold-drawn steel pipe using the axisymmetric model of the reference die and the axisymmetric model of the reference steel pipe.

Manufacturing process for a steel tube cold drawing die according to one of the Claims 1 - 6 , where a length of the reference steel pipe simulation model is part of an actual length of a reference steel pipe.

Manufacturing process for a steel tube cold drawing die according to one of the Claims 1 - 6 , where the finite element analysis of cold drawing of steel tubes is performed using a static implicit algorithm.

Manufacturing process for a steel tube cold drawing die according to one of the Claims 1 - 6 , where the reference steel pipe simulation model is subjected to a displacement load to perform the finite element analysis of cold drawing of steel pipes.

Manufacturing process for a steel tube cold drawing die according to one of the Claims 1 - 6 wherein obtaining the process parameters of the reference steel pipe in the actual cold drawing manufacturing process comprises sampling materials of the reference steel pipe before and after drawing and obtaining a force-displacement characteristic curve of the reference steel pipe after drawing by a blind tensile test, converting the force-displacement characteristics into an engineering stress-strain curve according to the dimensional characteristics of a tensile test, and then converting the engineering stress-strain curve into a true stress-strain curve.

Manufacturing process for a steel tube cold drawing die according to one of the Claims 1 - 11 , wherein the manufacturing method further comprises generating and manufacturing the target matrix using a simulation model of the target matrix.