极薄带轧制变形区轧辊压扁试验与有限元模拟

 极薄带在轧制及平整过程中,工作辊的弹性压扁对轧制压力的分布有很大影响,传统的轧制力模型已经不再适用。为了在极薄带板形板厚控制过程中得到准确的轧制力,Fleck提出了新的轧辊压扁模型。针对Fleck模型进行试验研究,同时进行有限元模拟分析。试验过程中使用合金工具钢轧辊,轧制不同厚度的轧件,通过显微镜测量变形区各部位的厚度,得到变形区轧辊的近似轮廓形状。试验与有限元模拟结果表明,随着轧件厚度的减小,变形区出现了明显的中性区,但是很难出现Fleck模型中提到的弹性卸载区,因此计算极薄带轧制力时可以忽略中性区内的弹性卸载区以简化轧制力模型。     

板带轧制过程多参数耦合模拟系统的开发

考虑轧件和辊系间的接触力与变形协调关系，采用一种选代的方案，开发了一个分析三维板带轧制过程的计算机模型。它耦合了计算轧件变形的三维刚塑性有限元法，计算辊系变形的影响函数法和弹性有限元法。该系统可用来精确预报轧制压力横向分布，前后张力横向分布，金属横向流动，以及轧后板带的横向板厚分布，包括板凸度和边部减薄等，并且具有较高的计算效率。     

冷轧平整机板形控制特性研究

针对某1500mm四辊冷轧平整机在轧制过程中产生的板形缺陷等问题,通过建立平整机辊系弹性变形有限元模型,对其板形调控特性进行了仿真分析,分析主要包括辊形、带钢宽度、轧制力、弯辊力的变化对辊系变形及辊间接触压力的影响,由仿真结果揭示出了平整机产生板形问题的机理,对指导实际生产具有重要意义。     

薄带材轧制的最小可轧厚度理论及数值模拟

 智能制造、电子通信等行业向微型化、集成化方向发展要求不断提升精密轧制带材产品质量,提高厚度精度控制是其中关键组成部分,因此,精密带材轧制过程接触变形区理论研究有着极其重要的意义。以Stone轧制力模型为代表的传统薄带材冷轧理论假设轧辊在接触变形区内保持圆弧状轮廓,利用Hitchcock公式求解接触弧长进而求得平均单位压力,并在此基础上建立了Stone最小可轧厚度理论。在试验及实际生产中很多学者发现有时Stone轧制力计算值与实际值相差甚远,这是由于某些轧制工况下接触变形区内存在中性区,轧辊圆弧状假设不再适用。中性区的存在使轧制力剧烈增大而带材金属延伸变形增加甚微,即轧制难度增大、轧制效率降低。通过对不同厚度薄带材轧制过程进行有限元分析,得到了不同道次压下率下接触变形区轮廓与接触压力分布的变化规律,带材初始厚度越小或道次压下率越大,接触变形区内中性区所占比例越大,接触压力分布趋于椭圆形分布;基于Stone轧制力公式建立了考虑轧制效率的薄带材最小可轧厚度模型,对于一定初始厚度与Stone最小可轧厚度比值,根据轧制工艺参数可计算接触变形区内恰好不存在中性区时的临界道次压下率,以此临界道次压下率为依据可确定高效轧制厚度范围及Stone轧制力模型的适用条件,为精密薄带材轧制生产过程提供理论指导。     

Simulation of the state of stress in a strip in a deformation zone with two neutral sections during cold rolling

It is found that a deformation zone with two neutral sections can exist in a strip during cold rolling in certain working stands in continuous rolling mills. A second neutral section appears in the region of elastic recovery of part of the strip thickness at the end of the rolls. A reliable procedure has been developed to identify the type of deformation zone; it can determine the number of neutral sections in the deformation zone of each working stand in a rolling mill. A method for the calculation of the contact stresses, forward-creep coefficient, and rolling force in the deformation zone with two neutral sections is described. The application of this method decreases the error of force calculation for rolling mills.     

极薄箔带轧制的适轧厚度理论及数值模拟

 微制造、微电子行业的小型化、轻量化和移动化的发展方向需要厚度更薄、尺寸精度更高的极薄和超薄金属箔材，极薄和超薄金属箔材制造技术越来越重要。极薄带轧制试验及生产实际中,Stone最小可轧厚度公式有较多不合理之处。通过有限元模拟得到不同厚度极薄箔带在不同压下率时的接触轮廓与轧制压力变化规律，为Stone最小可轧厚度赋予新含义，即表示在极小压下变形量条件下是否存在中性区的临界厚度值；建立了极薄箔带适轧厚度解析计算模型，即根据轧制力条件和箔带厚度可计算出其单道次能够获得的最大压下量，为已有轧机确定产品规格范围并制定轧制规程及为设计轧机时确定轧辊直径和力学参数提供理论指导。     

带夹层不锈钢复合板异步轧制力数学模型研究

 为实现带夹层复合板异步轧制力的预报,对直接添加薄板作为中间层的不锈钢复合板进行受力分析,依据各层金属变形特点以及轧件摩擦力方向的变化,将轧制变形区划分为5个分区,考虑复合板单元体截面法向应力与剪应力在各层金属间的线性分布,借助各个分区力平衡方程,建立了带夹层复合板异步轧制力数学模型;研究了剪切屈服应力比、辊径比、摩擦因数比对各层单元体应力分布的影响以及不同压下率下中性点和连接点的位置变化规律;运用MSC.Marc有限元仿真软件,对316L/Ni/EH40复合板进行了5道次异步轧制仿真,轧制变形区受力状态与理论模型基本一致,各道次轧制力大小与理论计算值误差在10%以内,结果表明,本模型可为带夹层复合板异步轧制力精准预报提供理论指导。     

Nonlinear Finite Element Analysis of Thin Strip Temper Rolling Process

 To reveal the basic deformation mechanisms under the conditions of high friction, small reduction, and long contact length in thin strip temper rolling process, an elastoplastic finite element analysis of plane strain upsetting was made based on the FEM software Marc. The results indicated that a near flat ‘zero reduction’ region was present in the center of the contact arc. The simulation results about the effect of rolling parameters on the central flat region showed that any change of increasing the rolling force could result in or enlarge the central flat region in the deformation zone. Stress distribution results illustrated that the metal was in triaxial compression state. Although the maximum and minimum principal stresses were all much larger than the yield stress of the strip, the equivalent stress became lower than that, and no further plastic strain, even a small elastic spring back occurred in the central flat region. That was the problem of ‘hydrostatic pressure’ in thin strip temper rolling.     

A kinematic analytical approach to predict roll force,rolling torque and forward slip in thin hot strip continuous rolling

Abstract

A kinematic analytical approach has been developed to predict the roll force, rolling torque and forward slip in thin hot strip continuous rolling under various rolling conditions. The approach is based on formulating a velocity field in the roll bite zone that expresses the effect of interfacial friction on the distribution of axial velocity and longitudinal stresses across the strip thickness. The results obtained from the proposed approach are in fair agreement with finite element simulation results, whereas available analytical methods, which are usually valid for billets and thick plates, have given considerable error in the results. The proposed approach is applied to study the effect of thickness reduction ratio, coefficient of friction, work roll diameter and front and back tensions on the roll force, rolling torque and forward slip in thin hot strip rolling. The main merit of the proposed analytical approach, as compared to finite element simulation, lies in the drastic reduction in the computational time required in finite element simulation, which favours its use in online control of rolling thin strips.     

基于有限元与神经网络的板形调控功效

 针对冷连轧机组中的6辊CVC轧机,利用大型非线性有限元软件MSC.Marc建立仿真模型,对多种轧制条件下轧件的弹塑性变形和辊系的弹性变形进行了耦合计算,得到了6辊CVC冷轧机工作辊弯辊、中间辊弯辊、中间辊横移的板形调控功效离散值。研究了不同轧制工艺参数、轧件参数和轧辊参数对各板形调节机构调控功效的影响规律,并得出相应的板形调控功效系数。以有限元计算结果为样本,利用BP神经网络强大的非线性映射功能,建立了板形调控功效的神经网络计算模型,为板形在线闭环控制模型提供高精度的板形调控功效,解决了有限元计算耗时长,难以满足在线控制要求的问题。     

板材轧制过程轧制力刚塑性有限元快速计算

 为了满足板材轧制过程在线控制快速计算的要求,首先建立了板材轧制平面应变刚塑性有限元能量泛函。其次,通过合理的简化建立了只考虑变形区的快速有限元模型,且对有限元建模的关键问题包括中性点、第一类速度奇异点和刚性区等进行了处理。最后,开发了板材轧制快速计算有限元程序,并且利用现场轧制数据测试了快速有限元程序的计算速度和精度,结果表明计算速度和精度满足在线快速计算的要求。     

高精度铜带轧机有载辊缝的调控性能分析

利用非线性有限元软件ABAQUS,将高精度铜带轧机辊系及轧件统一考虑建立有限元模型,分别计算了板宽、轧制力、弯辊力、工作辊凸度变化时高精度铜带轧机轧辊的变形,并得出了上述影响因素变化时对有载辊缝凸度的影响规律,分析了板宽对轧制力影响率、弯辊影响率及工作辊凸度影响率的影响,得出的规律可为高精度铜带轧机的有载辊缝的调控提供科学的依据。     

板带粗轧全过程三维热力耦合模拟分析

为了预测热轧过程的温度与轧制力变化情况,利用热力耦合三维有限元模拟方法,对板带热轧粗轧过程进行了全流程模拟仿真分析。介绍了仿真模型的建立、材料参数以及初始条件、边界条件的设置,并对模拟结果进行了分析。最后利用现场实测温度数据和轧制力数据与模拟结果进行对比分析,仿真结果与实测值基本吻合,可为现场的实际生产提供指导。     

精确接触边界条件下热轧带钢轧制力的仿真研究

在流面条元法基础上，将带钢与轧辊的接触面视为三维曲面，结合塑性力学中斜面上应力的求解法，给出了接触表面上的精确应力边界条件，建立了单位轧制压力与变形区内部应力的关系，实现了对板带轧制三维应力和变形的精确分析和计算。热轧带钢轧制力的仿真研究结果表明，新算法(改进算法)的计算精度高于旧算法。     

方矩形管端部成型机制

 利用非线性有限元方法,结合实际生产中方矩形管辊压成形过程,建立了有限元仿真模型。基于该模型对7机架实际辊压成型过程进行了模拟运算,得到了成形过程中稳定段处节点位移矢量、应力和应变的分布情况。通过对仿真计算结果的分析,得到管头端面上在角部和边部的过渡区存在着“位移中性面”,在端面上角部和边部的中心处伴有明显的金属“外翻”和“内翻”的情况,仿真结果与现场轧制结果相符。     

热轧带钢金属横向流动及影响因素

提出了一种分析热轧带钢金属横向流动问题的新方法.首先使用ANSYS软件建立辊系-轧件静力学耦合模型,计算并提取变形后工作辊有载辊形曲线;然后使用ANSYS/LS-DYNA建立动力学分析模型,采用己得到的有载辊形曲线,模拟带钢轧制过程,求解得到沿带钢全宽的横向流动状态;并进一步分析了弯辊力、工作辊辊形以及来料凸度变化等因素对带钢金属横向流动的影响,得到基于插值计算的带钢横向流动计算模型.有限元方法验证了计算模型的可靠性.      

Finite Element Simulation of Hot Strip Continuous Rolling Process Coupling Microstructural Evolution

 Using the nonlinear rigid viscoplastic finite element method (FEM), a finite element simulation of the hot strip continuous rolling process was done, which completely integrates different phenomena such as the metallurgical behavior of the strip and the thermo mechanics in the strip based on the physical metallurgical microstructural evolution law. By combining with the process parameters of certain 2 050 mm hot strip rolling, an actual rolling process of low carbon steel SS400 was simulated using the FEM model. Based on the simulation results, the distributions of the strain field, the temperature field, and the microstructure were presented. Meanwhile, the simulated rolling force, temperature, and microstructure are in good agreement with the measured results.     

冷轧工作辊热凸度及其对板形影响

冷轧过程中工作辊的热凸度变化是决定带材板形质量的重要因素,研究分析工作辊的热变形及其对板形的影响对于提高带材质量有着重要的意义.以某厂1 450 mm冷连轧生产线为研究对象,运用大型有限元分析软件ANSYS与LS-DYNA分别建立四机架与五机架的工作辊二维热凸度有限元仿真模型和三维有限元轧制仿真模型,并将2个仿真模型相...     

一种改进的板带在线控制算法的研究

为了提高板带轧制力的计算速度和计算精度,提出了离散块元法。该法是将变形区划分为有限离散单元,考虑剪切变形作用,经BP神经网络训练获取其各种工况下的剪切变形因数模型而建立的高速计算模型,在平面变形条件下实现了对板带轧制力的预测,经该方法建立的轧制力计算模型具有较高的计算精度和计算速度,并在现场中得到了应用。     

辊式矫直机矫直板带浪形的有限元仿真分析

 辊式矫直机的矫直功能是中厚板生产线上保证板带板形的重要手段,其矫直过程可以消除或均匀板带内部残余应力,对提高板带综合质量具有重要意义。为了分析矫直机对带有边浪的板带的矫直过程以及矫直效果,首先建立了板带弯曲挠度的计算模型,为确定矫直辊的压弯量奠定了基础。在矫直模型作为压弯量设定的基础上,参考现场实际设备尺寸,通过借助大型商用有限元软件ANSYS建立了11辊的辊式矫直机有限元仿真模型,并针对研究目标设计了相应的仿真工况,将模型的矫直过程调整为采用上辊系整体压下倾斜的设置,对不同浪高的板带进行仿真分析。将有限元模型计算出的矫直力与生产实际设备的矫直力进行对比,有限元模型的矫直力计算偏差约为8.3%,满足计算精度要求。设置边浪浪高分别为5、10、20 mm的板带作为仿真工况,对其矫直过程进行仿真计算,提取仿真结果中的相关数据进行分析,发现在不采用弯辊的条件下,矫直过程同样具有消除板带不平度的作用。结果表明,在浪高较大时,矫直过程消除不平度的作用明显,但是矫直后板带并不能达到最终的平整度要求;在浪高较小时,矫直过程对不平度的消除能力较弱,但矫直后板带不平度可以达到最终的平整度要求。在分析的基础上,在工业现场的实际设备中进行相关试验,试验数据表明,仿真结果与试验结果趋势相同。