پيش بيني رشد آسيب در توليد لوله بدون درز با فرآيند نورد لوله سه غلتكه سرد

Damage growth prediction in seamless tube manufacturing by cold three-roller tube rolling process

روش نورد سرد لوله از فرآيندهاي رايج توليد لوله بدون درز است. از مشكلات اين روش ترك هاي ايجاد شده در لوله نهايي است. يكي از روش هاي پيش بيني و كاهش اين ترك ها استفاده از شبيه سازي عددي فرآيند است. در اين مقاله به شبيه سازي اجزاي محدود آسيب در فرآيند پيلگر سرد به روش سه غلتك پرداخته مي شود. در اين شبيه سازي جهت مشاهده ي آسيب از سه مدل آسيب شامل: معيار آسيب نرم لمتر، اصلاح شده لمتر و مدل آسيب تجمعي استفاده مي شود. در كنار مدل هاي آسيب مذكور دو مدل كار سختي تركيبي و همسان نيز مورد بررسي قرار مي گيرد. با شبيه سازي عددي چند آزمايش متداول شكل دهي و مقايسه نتايج حاصل با نتايج تجربي و عددي پژوهش هاي قبلي از صحت زيربرنامه هاي نوشته شده براي مدل هاي مذكور، اطمينان حاصل مي شود. سپس نتايج حاصل از شبيه سازي فرآيند نورد لوله سرد سه غلتكه با نتايج پژوهش هاي مرتبط مقايسه شد و تطابق خوبي مشاهده شد. شبيه سازي ها نشان مي دهد هر سه معيار پيش بيني خوبي در مورد توزيع آسيب ارايه مي دهند اما تفاوت قابل ملاحظه اي در ميزان آسيب معيار لمتر و اصلاح شده لمتر، به دليل لحاظ نشدن بسته شدن ترك ها در فشار در آسيب لمتر، وجود دارد. از ديگر نتايج بدست آمده كمتر بودن مقادير آسيب حاصل از مدل هاي آسيب با كارسختي تركيبي نسبت به همان مدل هاي آسيب با كارسختي همسان در شرايط يكسان مي باشد. همچنين نتايج بدست آمده نشان دهنده شروع رشد ترك از سطح خارجي لوله مي باشد.

Cold tube rolling process is one of the current seamless tube manufacturing methods. One of the serious problems of this process is micro-cracks in final product. Numerical modeling is a method to predict and reduce these micro-cracks. In the current paper, damage in cold three-roller pilger process is simulated by finite element method. In these simulations to predict damage evolution three different damage models, including Lemaitre model, modified Lemaitre model and cumulative damage model are used. In conjunction with these models isotropic and combined hardening rules are also considered. Forming benchmarks are simulated to validate provided codes for the mentioned models. Then the process is simulated and good agreement is observed between current results and previous numerical and experimental results. The results show that three models correctly predict damage distribution but predicted damage by Lemaitre model is more than modified Lemaitre model due to ignoring crack closure in compressive loads. It is also concluded that using combined hardening rule predicts damage growth less than using isotropic hardening. All of the models suggest that crack initiation takes place in the outer surface of the tube.