20辊森吉米尔轧机辊系静压力学计算与分析

在对轧机辊系结构稳定性和板形控制的研究中,辊间接触参数的分布和相互关系是其研究的基础和关键。以某硅钢厂ZR22BS-42型轧机辊系为研究对象,建立20辊森吉米尔轧机辊系力学模型,并对各轧辊进行受力分析。采用MFC(Microsoft Foundation Classes)搭建程序界面,首先计算了辊系静压状态下辊间接触力、接触力方向角以及各辊合力的大小,再对其分布关系进行了具体分析。利用有限元软件进行辊间接触应力仿真计算,通过对模型的有效简化,设置12个接触对,根据静压过程的受力特性确定辊系的载荷约束。最后,对比辊间接触的应力云图,定量确定了各辊间的接触应力大小,并分析了应力变化的趋势及相互关系。实验结果有利于指导轧机的压下和辊型调整。     

辊间压力分布影响因素的研究

四辊轧机辊间压力的分布将直接影响轧机负载辊缝形状,轧辊磨损情况以及轧辊强度的准确校核。本文采用分割单元法,研究了轧件宽度,轧辊直径,弯辊力,轧辊辊型,轧制压力分布等诸多因素对辊间压力分布的影响,给出了辊间压力分布规律,理论计算值与实测数据吻合较好,研究结果对于板形凸度计算及轧机设计有一定的借鉴作用。     

考虑轧辊非均质特性的辊间接触应力分布规律研究

考虑轧辊表面淬硬层与其心部金属材料组织性能的差别，采用非线性有限元方法对四辊轧机的工作辊与支撑辊间接触应力及辊内剪应力分布进行模拟，并将模拟结果与传统强度校核方法进行了对比分析，研究了轧辊淬硬层厚度对辊间接触应力的影响规律。该项研究对于深入分析轧辊的失效行为具有重要的意义，为制定准确、可靠的轧辊强度校核判据提供了新的思路。     

轧机工作辊有限元分析

四辊轧机在工作过程中,工作辊既承受工件的变形抗力,又承受轧机轧制力和弯辊力的共同作用,造成辊身应力状态复杂。为保证轧辊的合理与优化设计,采用有限元方法针对轧辊工作过程进行分析,提出了一种有限元模型建模方法,准确计算出工作辊在工作过程中的变形和应力分布。计算结果为轧辊的结构改进与优化设计提供依据,以提高轧机的设计水平。     

四辊轧机接触压力及剥落问题的研究

采用有限元法研究了在任意工况下四辊轧机工作辊与支承辊间接触压力沿横向分布的计算原理及技术要点,并对影响冷轧工作辊寿命的辊面剥落问题进行分析,提出了防止轧辊早期剥落破坏以延长其使用寿命的方法。     

冷轧机工作辊直径的确定方法

以往工作辊辊径主要根据最小可轧厚度计算确定,随着工艺润滑技术的发展,最小可轧厚度已不再是制约辊径的瓶颈,而轧辊的热平衡及辊间接触应力问题成为决定工作辊直径大小的主要决定因素。如今,在进行工作辊辊径计算时,首先应基于最小带材厚度确定工作辊的最大直径,然后根据轧辊的热平衡条件确定工作辊的最小辊径。在此基础上,结合工程经验先设定一个辊径值,然后针对该辊径值进行辊间接触应力核算、扭矩核算、咬入角核算及辊系稳定性核算,待核算结果全部通过后方能确定为轧辊辊身直径。     

四辊轧机板凸度控制能力分析

采用变分法求解金属横向流动,用影响函数法计算辊系弯曲变形,考虑轧辊热凸度,通过耦合迭代的方式,编写热轧钢板凸度计算程序。通过对1450 mm轧机、1780 mm轧机以及2050 mm轧机的板凸度的模拟,分析轧辊挠度、轧辊压扁、弯辊力和热凸度对钢板凸度的影响,为轧机辊系参数的设计提供参考。     

考虑疲劳损伤的支撑辊主动再制造时机决策方法

针对轧辊再制造毛坯质量不确定导致其再制造前后性能不确定的问题,以支撑辊为对象,提出了考虑疲劳损伤的主动再制造时机决策方法。结合现有轧辊修磨技术,基于磨损和疲劳裂纹之间的耦合关系确定修磨量大小,研究了多次修磨对疲劳强度的影响;应用改进的非线性连续损伤理论,建立了支撑辊主动再制造时机决策模型;最后,对某四辊轧机中的支撑辊进行仿真分析,得到了辊面和辊颈的主动再制造时机,验证了该方法的可行性。     

UCM冷连轧机辊型曲线优化设计

以900mm四机架六辊UCM冷连轧机组为研究对象,建立了轧辊辊间接触压力和板形计算模型,以均匀辊间接触压力分布和板形良好为目标,对机组轧辊辊型曲线进行了优化设计.理论计算表明,优化后的辊型曲线均匀了辊间接触压力分布,降低了辊端接触压力峰值,同时能够提高弯辊力对板形的控制效果.工业生产试验后正式推广使用,支承辊和中间辊掉肩和掉肉现象得到了全面遏制,板形质量得到良好控制.     

四辊行星轧机(KRM)轧制空间关键几何参数的研究

四辊行星轧机(KRM)是继三辊行星轧机(PSW)之后出现的新型行星斜轧机,这是轧管技术的一个新进展,有着很大的发展潜力。文中在三辊行星轧机研究的基础上运用解析法,首次推导出了与四辊行星轧机轧制空间相关的关键几何参数,并给出了四辊行星轧机孔型曲面设计和轧辊间干涉检验的方法,为进一步研究四辊行星轧机轧辊设计理论及工程应用等方面提供了依据。     

四辊轧机有载辊缝解析模型研究

针对轧制过程中轧辊的弹性变形和轧辊与轧件间的相互作用，通过对四辊轧机辊系变形和受力状况的分析，从理论上详细推导了直观的有载辊缝形状函数，明确了有载辊缝形状函数与相关因素的对应关系。同时，为了验证辊缝解析模型的准确性，采用该模型对某铝热连轧机的精轧末机架的出口板凸度进行了理论计算，并与在线测得数据进行比较，结果表明：该模型计算精度高，相对误差较小(低于15％)。该模型不但为板形的控制以及轧制板凸度的建模提供了理论基础，还为预报板形、研究板带截面上任一点的板凸度提供了方便。     

森基米尔轧机轴承系统接触载荷与变形分布

建立了森基米尔轧机轧辊与轴承系统相互作用的接触与变形分析模型,采用有限元法对其进行了求解;研究分析了给定轧制工况条件下单、双辊支撑的森基米尔轧机轴承系统的接触载荷、接触应力及变形分布情况;并进一步分析了不同轧制工况条件下单辊支撑时轴承系统的接触行为变化规律。结果表明,在同等轧制工况条件下,与双辊支撑相比,单辊支撑时轴承承受更大的内部接触应力及外圈接触变形;随着轧制力的增大,单辊支撑时轴承内部应力及外圈接触变形增大较为明显。     

油膜轴承锥套过盈装配过程中的压力分布及损伤

针对1580 PC热板带连轧机油膜轴承在装拆与使用过程中的锥套损伤问题,建立锥套装配的边界元力学模型及边界条件。利用三维弹塑性接触问题边界元法定量分析轧机油膜轴承锥套与轧辊辊颈过盈装配过程中的变形和载荷特性,通过设定不同加载模型的参数,对锥套装拆过程进行数值模拟。讨论油膜轴承偏载时锥套接触应力和变形对锥套与辊颈损伤的影响,得出装拆过程中不同胀型压力和轴向推力条件下的应力和应变变化规律,找出导致锥套损伤的根本原因,给出防止锥套与辊颈装配过程损伤的具体改进措施。利用制造出的两台轧机油膜轴承样机试验验证理论分析结果的正确性,并且找到油膜轴承损伤的根本原因。     

弯辊系统在四辊轧机辊缝控制中的应用研究

以四辊轧机的弯辊系统为研究对象,利用有限元分析软件ANSYS研究弯辊力和辊间接触应力引起工作辊形状的变化,计算工作辊弯曲的最大变形量,并用最小二乘法对辊缝曲线进行拟合,为进一步计算有载辊缝形状提供可靠的理论依据。     

六辊CVC轧机辊系变形的有限元分析

建立了运用有限元软件ANSYS求解具有特殊辊廓曲线和辊间接触状态的六辊CVC轧机辊系三维弹性变形的有限元模型，合理解决了对辊间接触压扁变形的建模问题，实现了对较复杂变形的求解。以国内某1420冷轧机组为研究对象，结合现场实际数据，运用有限元软件ANSYS求解六辊CVC轧机的辊系三维弹性变形，计算结果与实测数据吻合较好。     

四辊轧机辊系偏移距机理的不确定性和微尺度静定性

生产板带的四辊轧机辊系,普遍设置偏移距求得轧辊间平行定位及其稳定以防止辊间交叉,成为四辊轧机辊系平行定位机理编入轧机教科书及参考书中。近代相继出现的现代四辊轧机辊系都设置偏移距,但未能保证其机理的确定性,辊间动态交叉现象的发生屡禁不止,引发超大轴向力损坏推力滚动轴承或生成轧制支反力偏差破坏板形控制的稳定性。设置偏移距3mm的高速铝箔四辊轧机轴向力在线检测试验,揭示轧制过程中工作辊与支承辊之间发生规律性动态交叉现象。轧制中轧辊之间的动态交叉行为,与轴承座和机架窗口立柱间微小间隙大小相对应,只限于轧机的交叉角β≤0.05°区间,远小于交叉(Paircross,PC)轧机的交叉角(β=1°～1.5°),但派生的轴向力超出额定值的3倍以上。四辊轧机模拟辊系偏移距静态零调试验,探明轧辊间初始安装位置不变没有轧辊的水平位移。辊间动态交叉现象和静态水平位移为零的两种结果,揭示出设置偏移距机理的不确定性,不能用于四辊轧机辊系平行定位及稳定性设计。     

热轧PC轧机支承辊接触区安定状态及疲劳裂纹萌生位置分析

接触区安定状态的分析是接触零件疲劳承载能力及失效形式判定的依据之一,在结合赫兹理论和静力安定理论对两平行圆柱接触时弹性应力和弹性安定分析的基础上,根据有限元软件Abaqus计算得到的某支承辊接触应力的轴向分布,对支承辊接触区的安定状态进行了分析,结果表明:正常操作状态下此类支承辊的接触应力小于弹性极限应力和弹性安定极限应力,支承辊处于弹性状态,在循环载荷的作用下支承辊不会发生表面塑性变形;支承辊的疲劳以表面下起源的高周疲劳为主。     

热轧制中工作辊的有限元分析和疲劳寿命研究

轧辊在轧制工作中处于复杂的应力条件下,极易产生疲劳失效。以中厚板热轧中的工作辊为研究对象,采用ADAMS建立轧辊刚柔耦合的动力学模型来提取轧辊轧制力,在ANSYS中建立轧辊的温度场分布模型来获取瞬态温度的分布,再将轧制力和温度载荷作为边界条件在ANSYS中建立热固耦合模型,获得综合作用下的瞬态应力应变结果,以此作为疲劳分析的输入,利用MSC.Fatigue软件对轧辊进行了疲劳寿命仿真分析。结果对轧辊的疲劳寿命,确定修磨辊身和换辊的时间有重要参考价值。     

子模型技术在四辊轧机机架强度分析中的应用

提出了一种预测四辊轧机机架疲劳寿命的方法.通过采用三维有限元(FEM)和子模型技术对某轧钢厂一台四辊轧机进行了强度分析;在现场动态测试基础上,运用Miner公式并结合修正后的p-s-N曲线及实际载荷谱,计算得到了该轧机机架的疲劳寿命.     

GCr15钢冷轧辊的热处理

GCr15钢广泛用于制造中小型冷轧辊(图1)。冷轧辊是金属轧机的重要零件,在轧制过程中它承受轧制力、磨损以及较大幅度温度变化的热疲劳,因此对热处理提出较高技术要求:辊身工作面硬度为60～65HRC,淬硬层深度≥6mm,不允许有软点,特别要注意防止辊身工作面两端处淬裂,两端辊颈非工作面的硬度为40～45HRC。批量生产轧辊时可采用中频感应加热淬火,该工艺具有生产率高等特点,但设备的一次性投资较大,目前众多的中小企业大多仍采用整体加热淬火工艺进行小批量冷轧辊热处理生产。