I型扁钢轧制过程数值模拟

本文I型扁钢的生产坯料为钢带经卸卷、分条轧制后的窄钢条。采用有限元软件Msc.Marc建立了规格为25 mm×5 mm×3 mm的Q235 I型扁钢4道次热连轧的弹塑性有限元模型,研究了轧件在轧制过程中的变形情况、等效应力、等效塑性应变的变化规律。结果表明：轧件在立轧道次会出现轻微的狗骨形,平轧道次会出现轻微的单鼓形;轧件横断面的中间部位等效塑性应变较大;轧件边角部等效应力较大,轧制过程中易出现质量缺陷。     

开坯轧机大压下量对大棒材芯部的影响

基于有限元仿真对比分析了大棒材在开坯轧制前两道次中不同变形程度对轧件芯部的影响.仿真结果表明:两道次压下量在90m m和70mm时的轧件等效应力比两道次压下量都在65mm时大200 MPa;轧件等效应力随道次增加而增加,变形程度增加使得轧件轧后残余应力增加;等效塑性应变随着道次变形程度增加而增大,而大的变形程度会促使等效应变渗透至轧件芯部,为消除或减小轧件芯部组织缺陷提供解决措施,从而提高材料的使用寿命.     

中厚板轧制过程的数值模拟

以L245级管线钢材料的热物性参数(密度、泊松比、杨氏模量、热膨胀系数、热导率和比热)和热模拟压缩实验获得的高温变形时应力—应变曲线等试验数据为基础,在MSC.Marc软件中建立了该钢种材料数据库,并建立了中厚板多道次轧制过程的二维有限元模型。以铸坯厚度为220mm、成品厚度为25.4mm的热轧过程为例,通过对轧件与轧辊接触面间换热系数采用取不同常数值的方法,并依据其生产时所采集的各道次相关工艺参数,对该轧件全道次热轧过程进行了数值模拟,将各道次的轧制力计算值与实测值进行了分析比较,确定了轧件与轧辊间接触面换热系数的最佳值。利用本文模型对厚度为180mm的轧件单道次轧制过程进行了数值模拟,研究了不同变形工艺参数(轧制温度、道次压下率和轧制速度)对变形区等效应变和等效应力的影响。结果表明,在轧机设备能力及生产现场条件允许时,高温粗轧阶段纵轧道次可采用低速大压下率进行轧制成形,使变形较充分地向轧件芯部渗透,从而使钢板获得细小均匀的晶粒组织,有效改善钢板的强韧性能。     

U71Mn重轨BD1可逆轧制过程的有限元分析

利用ANSYS/LS-DYNA非线性有限元软件对60 kg/m U71Mn重轨生产从铸坯出炉—高压水除鳞—BD1开坯直至BD2入口整个过程进行数值模拟。采用平/立交替代替道次翻钢的方式,保证了BD1可逆轧机数据的精确传递。分析了轧件在各道次变形区及轧后稳定断面处等效应力、等效应变的分布情况,得到了U71Mn重轨钢表面温降曲线及轧制压力曲线。结果表明:轧件表层与心部的应力、应变分布存在差异;稳定截面处第5道次侧面应力最大72.1MPa,且断面应变比较均匀;温度和轧制力计算结果与实测值吻合良好。     

汽车发动机带轮的冷辗扩成形机理

为了实现发动机带轮冷辗扩的精确成形,基于Simufact软件建立了发动机带轮两道次冷辗扩有限元模型,分析了带轮冷辗扩成形过程的等效应力场、等效塑性应变场演变规律,阐明了其变形机理。根据带轮冷辗扩有限元模拟,进行了冷辗扩轧制实验。研究表明：带轮在两道次冷辗扩成形过程中,轧辊与带轮的接触区域为主要变形区,变形最为剧烈,其中带槽处的等效应力值和等效塑性应变值最大;适当地增加带轮第2道次冷辗扩精整阶段的时间,可有效消除环件端面的宽展缺陷;采用两道次冷辗扩工艺成形汽车发动机带轮,冷辗扩过程平稳,获得了端面宽展小、尺寸精度高的环件,验证了有限元模拟的正确性。     

Ⅰ型扁钢轧制过程数值模拟

本文Ⅰ型扁钢的生产坯料为钢带经卸卷、分条轧制后的窄钢条。采用有限元软件Msc.Marc建立了规格为25mm×5mm×3mm的Q235Ⅰ型扁钢4道次热连轧的弹塑性有限元模型,研究了轧件在轧制过程中的变形情况、等效应力、等效塑性应变的变化规律。结果表明:轧件在立轧道次会出现轻微的狗骨形,平轧道次会出现轻微的单鼓形;轧件横断面的中间部位等效塑性应变较大;轧件边角部等效应力较大,轧制过程中易出现质量缺陷。     

TC18钛合金变形本构关系及其热轧过程有限元仿真的应用

基于热模拟试验,构建TC18合金的Arrhenius型材料本构关系,并将其应用于TC18板坯多道次轧制工艺的有限元仿真,获得各道次轧制过程中的轧件温度场、等效应力-应变场、损伤场等分布情况以及载荷-轧制时间状态,进而为轧件尺寸预测以及轧机规格的选取提供指导。轧件每道次仿真所得尺寸与具体试验所得尺寸比较可知,宽展误差不超过0.7%,长度误差不超过4%。经四道次热轧试验后,在轧件边缘1 mm区域出现了裂纹,与仿真所得损伤场分布一致。上述验证表明仿真结果能够与热轧试验较好吻合。     

Ⅰ型扁钢轧制工艺优化

应用MSC.Marc软件建立了Ⅰ型扁钢4道次连续轧制过程中的三维有限元模型。以坯料30 mm×6 mm、成品25 mm×5 mm×3 mm的Ⅰ型扁钢热轧过程为例,研究了该轧件在不同轧制温度和轧制速度下的等效应力、等效塑性应变以及轧制压力的变化规律。结果表明,当初轧温度1150℃、终轧速度1.1m/s时轧制压力较低且较平稳,轧件的等效应力、等效塑性应变分布比较均匀,可以有效地改善产品质量。     

Ti-811合金棒材热连轧过程有限元数值模拟及验证

采用有限元法对Ti-811合金棒材热连轧过程进行数值模拟，分析变形过程中轧件应力场、应变场和温度场的数值以及分布规律，并基于数值模拟结果进行轧制验证，为制定Ti-811合金棒材轧制工艺提供指导。结果表明：模拟连续轧制过程中轧件的最大应力位于与轧辊接触的表面，且由边部到心部逐渐降低；随着轧制道次的增加，应力值逐渐下降、应变量逐渐增大；轧件在各道次的变形过程中表层和心部存在差异，心部变形量大于边部变形量；轧件与轧辊接触的表面层有明显温降，当轧件脱离轧辊后表面层温度逐渐回升，轧制结束后表面层温度回升至初始温度，但心部因变形热积聚温度略有升高，最大温升值达到14℃。基于数值模拟结果在热连轧机组上进行轧制验证，所轧制的Ti-811合金棒材外形尺寸良好，且组织与力学性能满足GJB 9567—2018《叶片用TA11和TC6钛合金棒材规范》要求。     

5052铝合金板材热轧过程塑性变形及应力分布的三维热力耦合模拟

对5052铝合金板材热轧过程进行了三维热力耦合模拟,综合考虑热轧过程中轧制速度、变形温度、道次压下量和摩擦系数等因素对热轧过程中轧件变形区内塑性变形和应力分布的影响,建立了多参数的热力耦合热轧模型。结果表明,在轧件变形区内,因加工硬化与动态软化的综合作用,其流变应力呈典型的动态再结晶特征。在变形区内轧件表面因金属流动剧烈,其等效塑性应变和应变速率远远大于轧件心部,塑性变形显著。轧制速度是轧件温度场分布最重要的影响因素之一,轧制速度越大,轧件的温升就越高;而温度是影响等效应力大小的主要因素,温度升高和应变速率降低都使得流变应力降低。     

轧制温度对铝箔粗轧过程应力应变的影响

研究了轧制温度(350、400、450℃)对应力应变及损伤因子的影响规律。利用DEFORM-3D有限元软件模拟了铝箔坯料的热轧过程。分析了轧件表面不同位置点的应力应变以及损伤因子。结果表明,轧制温度对应变的影响较小,轧制温度450℃时等效应力和损伤因子最小。     

四工作辊轧机轧制304不锈钢板件截面塑性变形分析

针对四工作辊轧机轧制304不锈钢板件存在变形量大、尺寸不稳定的问题,利用Solidworks软件建立四工作辊轧制系统有限元模型,采用Deform软件对304不锈钢板件在不同轧辊直径、轧辊转速和轧辊压下量下进行轧制仿真,分析其对轧件截面高度和等效应力分布的影响,根据轧制仿真分析结果设计制造了四工作辊轧机,并对不同压下量下仿真和生产的轧件截面高度进行对比分析。结果表明,轧件截面塑性变形可分为相互作用I区、过渡II区和变形III区,等效应力、等效应变和截面高度在I区最大,在III区最小且变化平稳,II区值位于两者之间并呈U型分布。     

热辊轧制AZ31镁合金带材过程变形规律研究

本文利用有限元软件DEFORM分析了初始厚度、轧辊温度、压下率及轧制速度对热辊轧制AZ31镁合金冷带材过程接触压力、速度、等效应力、等效应变及等效应变速率分布规律。结果表明：热辊对轧件起到了显著加热作用,轧件温度明显升高,表面与心部温差先增加后减小。接触压力在刚端与塑性交界面急剧增加然后降低,进入塑性变形区再次增加至前滑区降低,从入口端到出口端速度和等效应变呈近似S型增加,等效应力和等效应变速率整体变化趋势是先增加后降低。稳态轧制力随初始厚度、压下率和轧辊温度变化呈近似线性变化,随轧制速度增加呈指数增加。初始厚度增加加大了表面和心部变形速度差及等效应变和应变速率的不均匀分布。相比压下率较小时的压缩变形,随着压下率增加剪切变形量增大,且轧辊热量更易传递至心部,变形更均匀。当轧制速度较大时,表面和心部等效应力、等效应变与等效应变速率差值显著增加,不利于均匀性变形。     

不同加热条件下AZ31镁合金带材轧制过程的数值模拟

利用热-力耦合数值模拟方法分析了轧辊常温轧件加热300℃,轧辊轧件均加热到300℃及轧辊加热300℃和轧件常温三种不同条件时AZ31镁合金带材轧制过程的温度场、应力应变、速度及接触压力变化规律。结果表明:瞬间热效应使热辊热带轧制过程带材温升约30℃,热辊冷带轧制过程轧件温升约150℃;轧制过程速度和等效应变均呈S型变化,中性点靠近出口端,热辊冷带条件下轧件表面和心部等效应变差值随轧制过程变小,有利于均匀形变。在入口端中心的接触压力先增加后减小,随后接触压力缓慢增加,在中性点附近时,接触压力增加到最大值,然后逐渐减小,热辊热带进入稳态轧制后接触压力持续降低。     

热连轧带钢立-平辊多道次轧制热力耦合三维有限元模拟

对热连轧Q345B窄带钢精轧立-平辊多道次轧制进行了三维热力耦合有限元模拟,分析了轧制过程中轧件温度场、等效应力-应变场及轧件表面特征点流动规律。结果表明,模拟计算的带钢断面中心点温度及平轧各道次稳态轧制压力与实测值吻合良好;宽度方向轧件边、角部与中心温差较大是导致边部金属应变不协调,上翻至带钢边部表面的主要原因;轧件角、边部由于冷缩效应存在一定拉应力,会影响轧件角部缺陷的愈合或扩展;采用立辊侧压调宽对轧件边部减薄和翻平宽展可能造成的边部缺陷有明显的改善作用。表面节点位置变化规律可为现场轧制生产中轧件边部缺陷的溯源分析提供便利。     

7085铝合金超厚板热连轧过程的宏观场分析

建立7085铝合金流变应力本构方程,并基于MARC软件对7085铝合金多道次热轧过程进行有限元建模与仿真,分析热连轧过程中轧件的温度场及应力应变场的分布及变化规律。对比整个轧制过程中的轧制力仿真结果与基于经典热轧变形抗力解析计算模型预测结果,从而验证了7085铝合金超厚板热连轧过程宏观场仿真模型的可靠性,为生产实践过程监控与工艺参数优化提供理论依据。     

7085铝合金超厚板热连轧过程的宏观场分析

建立7085铝合金流变应力本构方程,并基于MARC软件对7085铝合金多道次热轧过程进行有限元建模与仿真,分析热连轧过程中轧件的温度场及应力应变场的分布及变化规律。对比整个轧制过程中的轧制力仿真结果与基于经典热轧变形抗力解析计算模型预测结果,从而验证了7085铝合金超厚板热连轧过程宏观场仿真模型的可靠性,为生产实践过程监控与工艺参数优化提供理论依据。     

500热连轧窄带钢粗轧工艺优化及有限元分析

针对某500热连轧窄带钢生产线Φ650三辊粗轧机组采用双根轧制代替单道次轧制的优化方案,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对Q235B钢优化前、后的整个粗轧过程进行了数值模拟分析。分析结果表明:优化前后轧件断面温度、等效应力-应变分布规律基本一致;特征点温度与实测值吻合良好,前5道次轧件侧面出现了明显的双鼓形;由于采用共轭孔型轧制,上下轧槽直径不对称,轧件上表面应力、应变比下表面略大;对优化前后的轧制力及轧件尺寸进行了分析对比,校核了优化前后粗轧机的主设备能力。优化结果表明优化后的轧线生产能力提高28.47%。     

基于ABAQUS的大型H型钢热轧仿真系统开发

热轧大型H型钢是典型的非线性塑性大变形过程,由于现场轧制条件的限制,轧件及轧辊的内部信息很难实现即时提取.本文基于有限元软件ABAQUS,以自定制应用程序的方式开发了大型H型钢热轧过程的仿真系统,通过参数化输入,实现了前处理建模、任务提交分析以及结果信息提取等整个分析流程的自动化,该系统可模拟轧制过程中弹性轧辊及轧件内部的应力、应变、温度场和金属流动等结果.以HN900×300型钢的轧制为例,验证了系统的正确性及可靠性.     

轧辊压下量对铜板带连挤连轧的影响

通过采用DEFORM软件模拟铜板带连挤连轧存在微张力时的成形过程,分析了在不同的轧辊压下量下,板带的温度场、等效应力、挤压轮和轧辊扭矩、腔体在Z轴方向上承受的平均载荷和轧制力分布情况。结果表明,增加轧辊压下量,坯料在挡料块、腔体扩展区、模具出口和轧制变形区的温度下降,坯料在模具出口区的等效应力下降,而在轧制变形区坯料的等效应力值增大,轧辊的平均扭矩和轧制力也增大;当轧辊压下量为4mm和6mm时,挤压轮的最大扭矩和腔体在Z轴方向上承受的平均载荷小于轧辊压下量为2mm和8mm时。连续挤压挤出板带尺寸为120mm×10mm,轧辊的压下量为4mm~6mm时,更适合铜板带的连挤连轧。通过试验验证了数值模拟结果的可靠性。