考虑轧辊和轧件弹性变形时冷轧薄板接触弧长的确定及轧制压力计算

本文在计算冷轧薄板接触弧长度和轧制压力时,不仅考虑轧辊弹性变形,而且也考虑轧件弹性变形。把变形区分为入口弹性区、塑性区和出口弹性区。应用弹性力学基本方程、塑性条件和平板压缩理论导出了入口弹性区和出口弹性区单位宽度轧制力公式及塑性区平均单位压力公式。应用弹性接触理论和变形区的几何关系导出了计算冷轧薄板接触弧长度公式。最后给出了考虑轧辊和轧件弹性变形时计算冷轧薄板的总的轧制力公式。本文公式比目前广泛采用的Bland—Ford公式和M.D Stone公式简便,不用迭代和查表能直接计算出接触弧长度和轧制压力,因此计算精度较高。不仅适用于一般工程计算,而且也能为在线控制的电子计算机提供较为精确的轧制力数学模型。     

冷轧极薄带轧制压力计算方法分析

一、压力计算中存在的问题计算机在线控制和离线分析冷轧过程中,均要求给出较精确的压力预报值。由于冷轧过程的单位压力极高,轧辊将产生显著的弹性压扁现象。它可使变形区长度增长,并通过改变变形区几何形状参数L′/h使摩擦条件的影响加剧,从而使轧制压力大大增加。因此,在确定冷轧过程的轧制压力时,必须考虑轧辊压扁的影响。否则,将产生较大误差。这样必将对设定控制、厚度控制和板形控制带来不利影响。     

三维弹塑性接触问题的边界元法及其在板带轧制过程分析中的应用

介绍了考虑摩擦三维弹塑性接触问题的边界元法和具体的求解步骤,并将其应用于板带轧制过程的模拟。对板带轧制过程中轧辊与轧件的接触变形进行了分析,得到了轧辊弹性压扁、轧件边部减薄以及轧件弹复的分布规律。     

耦合分析轧件塑性变形与轧辊弹性变形的方法和应用

发展了一种耦合分析轧件塑性变形与轧辊弹性变形(压扁)的方法。方法考虑了轧件塑性变形与轧辊弹性变形的相互影响,通过在轧件与轧辊的接触面上建立力的平衡方程实现耦合;在耦合的基础上用刚塑性有限元法分析轧件的塑性变形,用边界元法分析轧辊的弹性变形。耦合分析所得单位压力,前滑,中性角等比刚体轧辊的要低。用耦合分析方法分析轧制过程能提高分析的精度。     

冷轧薄板时的延伸困难问题与适轧厚度

最小可轧厚度概念并不符合客观实际,在理论上也有缺陷,分析结果表明,当轧辊直径与轧件厚度之比D/h_0,摩擦系数μ和屈服极限σ_3值较高时在轧制变形区中会出现轧辊表面被弹性压扁成为平行平面的区段。在此区段中金属处于弹性状态,可称为弹性核。弹性核的出现是轧制压力急剧升高,延伸变形困难的真实原因。延伸难度系数k_y可以作为判定弹性核大小和延伸难易程度的指标。k_y小于0.17时为轧机的适轧产品;k_y为0.17—0.27时为在特殊需要下可以少量轧制的技术上可能的产品;k_y大于0.27则延伸极度困难,虽也可轧制但极不经济。     

板带轧制过程中的边界元法分析

轧制过程中,变形区的边界条件很复杂,难以用解析方法准确分析求解,本文尝试用有摩擦弹塑性接触问题边界元法模拟轧制过程,在分析过程中视轧辊为弹性体,轧件为弹性塑性材料在接触边界上考虑了滑动和粘着两种摩擦状态。本文用较少的假设,更准确地模拟了轧制过程,为轧制分析提供了一个有效而精确的方法。     

冷连轧第5机架轧制力模型

在冷连轧轧制过程中,综合考虑轧件、轧辊的弹性变形和轧件的塑性变形,将轧件的受力变形区分为:入口弹性变形区、塑性变形区和出口弹性变形区·采用数值积分法,迭代计算入口弹性变形区和塑性变形区的轧制力,用出口区单位压力分布曲线围成的面积和轧件宽度的乘积近似计算出口弹性变形区的轧制力,两者求和即得到第5机架轧制力计算模型·用现场记录的不同钢种和规格的多组数据进行仿真计算,结果表明,该模型满足冷连轧生产轧制力预计算所需的精度要求·     

冷轧薄板轧制变形区长度计算

本文视轧机工作辊为半无限体,用其表面压力、切力的位移公式求解工作辊在轧制变形区内的弹性压扁;依据变形区的四个边界条件,采用离散数值积分法,计算出塑性变形区及其出、入口弹性变形区的长度;根据金属在变形区内的流动速度,确定纵、横向摩擦力的方向。将计算结果与有关文献的计算结果进行比较,本文的计算方法能确切地反映轧制变形区长度沿横向的分布规律。这为正确计算轧制压力的横向分布以及辊系变形提供了理论依据。     

冷轧板材接触弧长度的确定及轧制力计算

本文从轧辊和轧件的弹性变形出发,提出一个简便而精确的接触弧长度计公算式。在此基础上又提出了简便而又较为精确的轧制压力计算方法——图表法和解析法(简化公式)。并又提出一个考虑轧辊辊身端部弹性接触压力的铝箔轧制压力计算公式。上述公式不仅为一般工程计算提供了方便的条件和较为符合实际的结果,并为电子计算机控制提供简便而又较为精确的轧制压力数学模型,对提高轧制力予报精度,减少计算机的内存占用量、提高在线的运算速度,都有着重要的实际意义。     

四辊冷轧机轧辊弯曲和压扁变形的有限元分析

借助Marc有限元软件,采用三维弹塑性有限元法对四辊冷轧机冷轧过程进行了模拟,同时对轧辊变形进行了分析·计算模型中将辊系变形与带钢变形统一考虑,并解决了轧件与辊系之间的耦合问题,避免了采用假定或迭代方法确定轧制力分布时产生的误差·采用逐步收敛的求解过程使计算结果精确、可靠·在不同的轧制条件下,得出了带钢宽度、弯辊力等参数对辊系弯曲、工作辊接触弧上的压扁变形、板宽方向的压扁变形和有载辊缝的影响,为板形分析与控制提供了一种新的计算方法和参考数据·     

考虑冷轧板材入口和出口弹性变形的接触弧长度的确定及轧制力计算

本文提出一个不仅考虑轧辊弹性变形,而且还考虑冷轧板材入口和出口弹性变形对接触弧长度影响的接触弧长度精确计算公式。因为精确确定轧辊和轧件相接触的接触弧长度,有助于对冷轧过程的进一步认识,使理论能更符合冷轧过程的物理变化规律。并在该公式的基础上,又提出一个简便而较精确的轧制力计算方法——图表法和解析法(简化公式)。上述公式和计算方法不仅适用于薄带钢和超薄带钢,而且还适用于铝箔等有色金属薄带材和箔材的计算。为冷轧工艺和冷轧机设计等一般工程计算提供了方便的条件,并给出较为符合实际的计算结果。此外,对合理选择冷轧机的工作辊直径和确定薄带材尤其是超薄带材的最小可轧厚度以及为电子计算机控制提供精确而又简便的数学模型,对提高轧制力予报精度,减少计算机的内存占用量,提高在线的运算速度,都有着重要的实际意义。     

四辊轧机不对称刚度条件下轧辊弹性变形的研究

针对国内某热连轧厂精轧机组某机架轧机两侧刚度不对称的实际情况,为了研究四辊轧机驱动侧和操作侧刚度不对称条件下轧辊弹性变形的规律,采用影响函数法开发了基于双悬臂梁模型的轧辊弹性变形模拟计算模块,对刚度不对称时的四辊轧机进行了受力分析,对轧辊和轧件进行了离散化,给出了关键的影响函数.使用该计算模块并结合现场实际数据计算了不同刚度差条件下工作辊的弹性挠曲、工作辊与轧件之间的压扁、工作辊与支撑辊之间的弹性压扁、轧制力的横向分布和辊间压力的横向分布规律,研究了不同刚度差条件下轧件出口断面形状的变化规律.     

异步轧制极薄带材的变形特点及“弹性塞”原理

本文专门研究了在四辊轧机上异步轧制极薄带材的变形规律。作者以轧辊的弹性压扁和钢带本身的弹塑性变形为基础,研究了当钢带轧薄到一定厚度所出现的恒延伸特性,提出了能解释特有的变形特点的“弹性塞”理论,还推导出开始出现恒延伸的厚度计算公式。研究表明:异步轧制不仅可以显著降低轧制压力,并且最小可轧厚度不受工作辊径的限制。延伸对轧制压力变化的不敏感性导致了变形均匀、板型好及操作简单的实际效果。     

四辊轧机轧辊弹性变形的研究

介绍了轧辊弹性变形影响函数解析方法的基本理论与公式.采用Fortran语言编写了轧辊弹性变形解析软件.采用编写的解析软件对某1 700 mm热带轧机精轧机组进行模拟计算,计算结果表明:增大弯辊力将降低出口带钢凸度;弯辊力的变化对辊间压力分布、工作辊挠度及辊间压扁的影响较大,而对支撑辊挠度及工作辊与轧件间的压扁影响不大;辊间压力在支撑辊端部位置存在峰值.以上模拟计算结论均符合轧制理论及现场实际.     

四辊轧钢机工作辊轴承轴向力的建模和求解

工作辊轴向力过载是导致轴承烧损的主要原因.本文以四辊轧钢机工作辊为研究对象,建立轧制的弹性压扁函数,根据小变形条件下力的独立作用原理,采用叠加法计算其应力应变,结合板形方程和轧制凸度控制原理,逆向求解轧辊间的交叉角,解得工作辊轴向力.     

冷轧组合式支承辊过盈配合面应力和微动滑移的分布及影响因素

采用ABAQUS软件建立冷轧组合式支承辊的三维模型,通过模拟带钢轧制过程获得不同工艺参数条件下支承辊辊套和辊芯之间过盈配合面的应力及微动滑移分布,并分析了辊套厚度、配合面摩擦系数、过盈量、轧制力、弯辊力等参数对过盈配合面应力分布及微动滑移量的影响规律。结果表明:过盈配合面上周向应力最大,径向应力次之,且二者均在轧辊压扁区达到最大;离支承辊长度方向对称面越远,过盈配合面上的微动滑移量越大,且压扁区边部的周向滑移量最大,压扁区中部的轴向滑移量最大;支承辊外径不变时,辊套厚度与过盈配合面等效应力成正比,与微动滑移量成反比;摩擦系数对等效应力影响很小,但与微动滑移量成反比;当过盈量增大时,配合面上的接触应力和应变都增大,微动滑移量先增加后趋于稳定;轧制力增大导致过盈配合面微动滑移量和轧辊压扁区等效应力增大,但弯辊力对等效应力及微动滑移的影响均较小。     

铝箔轧制力的计算

从铝箔轧制过程的实际出发,提出一个能够反映铝箔轧制过程物理变化规律的计算铝箔轧制力公式。本公式考虑铝箔入口和出口弹性变形和轧制铝箔两侧轧辊辊身端部弹性接触压力对轧制力的影响。本公式计算精确而且简便。     

冷轧压扁弧长的研究

本工作试验成功了一种测量压扁孤长的新方法——接触法。它能在正常轧制变形条件下精确地测量总孤长l′以及轧辊联心线前、后的分段长度x_1与x_0。 在干轧与菜籽油润滑轧制合金铝、08F、20#钢与1Cr18Ni9Ti四种材料的条件下,实测了l′,x_1与x_0值。对比实验结果分析了Hitchcock、Ford、Roberts与等四个l′的理论公式。证实了Hitchcock公式存在一个随压下率ε减小而增大的、偏低的系统误差。 发现了理论公式计算孤长的误差主要集中在x_0部分,从而指明了提高理论解精度的关键在于校正此部分的计算。 选定“在采用弹性理论计算轧辊与轧件弹性位移量的基础上、根据几何关系确定孤长的方程结构,统计分析实验数据估计x_0部分校正因子”的方案,建立了较精确的压扁孤长数学模型。     

基于ANSYS/LS-DYNA辊式楔横轧轧制过程有限元分析

建立了辊式楔横轧轧辊及轧件的有限元模型,对轧制过程进行了动态模拟,获得了轧件在不考虑热力耦合时的应力分布、考虑热力耦合时的温度场分布及应力分布,并且将两种状态进行了比较。结果表明,轧件的最大应力或温度区域位于与轧辊接触部位,径向沿金属流动方向向两侧区域和轴心扩展,轴向沿轴线中心向两测扩展;轧制过程中,机械做功使轧件的温度持续升高,轧辊转速19rpm、轧件初始温度为450℃时,轧制结束时温度升高49.742℃,前期由于轧件温度升高有助于塑性变形,考虑热力耦合时轧件的最大等效应力小于未考虑时的,而后期由于轧件变形减小,导致规律正好相反。结论为研究楔横轧轧件成形规律和控制利用轧件在轧制过程中机械做功造成的温升提供依据。     

四辊轧机轧辊接触和弯曲耦合问题研究

建立了四辊轧机工作辊和支撑辊之间接触和弯曲耦合问题的一种非线性力学模型，该模型充分考虑轧辊的接触变形和轧辊弯曲变形之间的相互影响，能更好地模拟轧辊在轧制力作用下的力学特性，采用修正迭代法求解，得到了轧辊的弯曲变形、挤压变形、接触压力、接触宽度以及它们之间相互关系等一系列结果，该模型可用于板形控制、轧机振动等问题的研究中。