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1、-范文最新推荐- 轧制方式对异步轧制过程变形的影响 摘要：异步轧制是两个工作辊圆周速度不等，使轧制变形区产生一种搓轧变形的新的轧制技术，目前已经普遍应用于企业中。本文通过应用弹塑性有限元商用软件MAC.Superform对二辊异步轧制过程进行了分析计算来研究不同轧制方式，包括绕UD,RD,TD,ND等四种轧制方式对异步轧制过程变形的影响。模拟结果得出变形过程中的力学参数如应力、应变等变化状态。通过数据整理和分析，发现不同轧制方式后的等效应变差别并不大。模拟后UD和TD的轧件网格的倾斜角相对较大，而UD和TD的切应变也相对较大，说明网格倾斜角越大，切应变也就越大。12180关键词：异步轧制；有限
2、元；模拟；等效应变；切应变Rolling Method on the Deformation of the Asymmetric Rolling ProcessAbstract: Asymmetric Rolling is the different rolling speed of two rolls,.It is the new rolling technology of rolling deformation zone to produce rolling deformation.In this paper ,we use finite element simulation softwa
3、re for non-symmetric rolling MARC simulation to analysis and calculation,then study the different rolling method,include around UD,RD,TD,ND direction on the Deformation of the Asymmetric Rolling Process. We can get mechanical parameters,such as stress and stain,in the deformation process. Finally,th
4、rough data processing and analysis, we can found that the equivalent strain has few difference with different rolling method.After simulation,the tilt angle of UD an TD are larger than others.And the shear strain of UD an TD are also larger than others.So if the tilt angle is larger,the shear strain
5、 is larger.Keywords:asymmetric Rolling; finite element; simulation process; equivalent strain;shear strain目录摘要iAbstracti目录ii1绪论11.1课题研究背景1 1.1.1异步轧制工艺概述异步轧制是一种速度不对称轧制，如图1.1所示，而速度不对称的轧制现象是轧制生产有史以来就存在的，无论在型材轧制还是在管材轧制中到处可见1。但在薄带钢轧制中有意识地将异步作为一种特殊新技术运用，这只是20世纪60年代才开始的。60年代末期，维德林(发明人称呼的缩写)的包辊异步轧机，是研究异步轧制技
6、术的开始。70年代以后，日本、中国开始研究拉直异步轧制(日本称之为IPV轧制)。1979年单机异步连轧技术首先在中国鞍山钢铁公司研制成功。80年代初，极薄带材的异步轧制工艺在中国沈阳东北工学院研制成功，在普通的四辊冷轧机上轧出了0.005mm的钢箔带材，使辊径与带厚比达20000以上，突破了常规最小可轧厚度理论。1984年，高精度带材异步恒延伸轧制新工艺又在中国沈阳东北工学院研制成功，生产的薄带纵向厚差在士3.5μm以下。异步轧制技术已开始在带材的平整轧制和极薄带材生产中得到应用2。近年来，异步轧制技术也受到了人们的广泛重视和关注，国内外的众多学者着手研究利用异步轧制技术制备的材料组织性
7、能的变化。图1.1 异步轧制示意图异步轧制变形长期以来在生产中使用证明异步轧制突出的特点是：（1）轧薄能力强，可使轧辊直径与带材轧出厚度的比值，即D/h≥2500，用普通四辊轧机即可生产出极薄带材；（2）轧制精度高，不采用AGC系统即可生产高精度带材；（3）轧制压力降低，道次压下量大，适宜生产不锈钢、工具钢等难变形金属；（4）横向变形均匀，张力轧制时板形良好；（5）裂边率少，一个轧程总变形量大，轧制难变形金属时，可减少轧程，节能效果明显3。 图1.2 变形区的摩擦力分布图1.1.3轧制方式轧制方式分为4种，如图1.3所示，分别绕法向(ND)、轧向(RD)和横向(TD)所变换的轧件轧制,还
8、有轧件方向不变(UD),轧件通过换上下面，换前后面和换上下前后面，通过异步轧制，研究其不同的变形特性。图1.3 轧件按轧制方向旋转示意图（a）：绕UD；（b）：绕ND；（c）：绕RD；(d)：绕TD1.1.4异步轧制研究现状由于我国对异步轧制技术的研究起步于20 世纪70年代初。东北大学异步轧制研究组在朱泉教授的带领下, 针对拉直式异步轧制过程进行了深入系统的实验研究和理论分析, 解决了异步轧制中的振动和板形等问题, 并提出了弹性塞理论, 完成了异步恒延伸轧制新技术和极薄带材轧制新技术等科研成果4。20世纪80 年代末, 东北大学把异步轧制成功地应用于结构材料轧制之后, 又开展了像取向硅钢这种
9、功能材料异步轧制的研究, 并取得了一定进展。刘刚5等人提出在异步轧制下, 作用于搓轧区上的剪切应力能有效地改善板材心部的织构组态, 并在板材亚表层附近相对较大的区域内形成理想的冷轧织构。异步轧制板材退火后, 重新形成了取向集中的Goss织构, 其磁性均不低于常规轧制, 获得了比常规轧制板材更为理想的冷轧织构组态。李尧6研究了异步轧制对3004铝合金的变形织构以及相应的制耳率的影响7, 得出异步轧制和常规轧制板的主要变形织构是相同的, 均为纯铜型织构:112<111>+213<364> +110<112> ,但异步轧制产生的变形织构较常规轧制的强度高, 且随异
10、步轧制速比的提高而增强。另外, 在相同压下率的情况下, 异步轧制板材的深冲制耳率均大于常规轧制的制耳率。吕爱强8等通过异步轧制对高纯铝箔微取向流变行为进行了研究,得出异步轧制与常规轧制的冷轧织构有较大差异, 高纯铝箔在异步轧制下慢辊和快辊两侧的织构类型明显不同9。 在工程实践中，有限元分析软件与CAD系统的集成应用使设计水平发生了质的飞跃，主要表现在以下几个方面：1. 加设计功能，减少设计成本；2. 短设计和分析的循环周期；3. 加产品和工程的可靠性；4. 用优化设计，降低材料的消耗或成本；5.在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题；模拟各种试验方案，减少试验时间和经费；6.进行机械事故分析
11、，查找事故原因12。1.2.2MSC.SUPERFORM的特点Superform是基于位移法的有限元程序，在非线性方面具有强大的功能。程序按模块化编程，工作空间可根据计算机内存大小自动进行调整。用户如果对精度要求较高，可选用双精度进行运算。当单元数、节点数太多，内存不能满足需要时，程序能够自动利用硬盘空间进行分析。在分析过程中，利用网格自适直和重划分技术，能够变更单元的划分和节点数目。Superform对于非线性问题采用增量解法，在各增量步内对非线性代数方程组进行迭代以满足收敛判定条件。根据具体分析的问题可采用不同的分析方法，如对于弹塑性分析和大位移分析可采用切线刚度法，对于蠕变分析或热应力分
12、析可采用韧应变法。单元刚度矩阵采用数值积分法生成。连续体单元及梁、板、壳单元的面内区域采用高斯积分法，而梁、板、壳单元厚度方向则采用任意奇数个点的Simpson积分法。应变一位移函数根据高斯点来评价。程序计算、存贮单元所有积分点或单元中心点的应力、应变、温度等。总刚矩阵，总质量矩阵等采用轮廓或稀疏存贮法存贮。输入数据可借助于Mentat界面生成，由用户填卡也可生成。输入数据文件由四部分组成，其中分析功能的指示由参数选项组确定，分析模型的内容由摸型定义选项组确定，增量步数据由历程定义选项组确定，图形输出由绘图定义选项组确定。 1.3.3技术路线本文的技术路线如图1.5所示。开始先进行模拟分析及简
13、化，再确定异步轧制的工艺条件，边界条件，摩擦条件等实验所需要的条件；然后使用MSC.Superform进行模型的建立，然后进行可靠性分析，如果结果不成立，则重新建模。成立后先进行UD(即普通轧制)，也就是不变换轧件方向，模拟异步轧制的轧制过程，得到等效应变和切应变的数值后与其他文献中所得出的结论做比较，符合正确的情况后，再进行不同的轧制方式（ND：下一道次前将轧件头部和尾部互换；RD：下一道次前翻转轧件上下表面的轧制方式；TD：下一道次前改变轧件初轧方向，头尾互换，同时翻转轧件上下表面的轧制方法）进行异步轧制的模拟，得出不同轧制方式的等效应变和切应变，分析其变化规律的不同，总结出在各种场合中不
14、同轧制方式对异步轧制变形影响的优势。图1.5 实验及模拟技术路线2模拟方案的制定及模型建立2.1模拟方案的制定本文的模拟实验方案如表2-1所示。轧件材质为AL1100，其原始高度4mm。轧制过程在二辊异步实验轧机上完成，二辊异步轧机上下轧辊辊径均为130mm，上辊转速为33rpm，而下辊转速为033rmp可调，异步轧制过程可通过调整下辊转速实现。轧制过程单道次压下量0.8mm，总变形量为2.4mm即60%压下率，分别采用UD、ND、RD、TD四种轧制方式进行轧制实验。表2-1 不同轧制方式模拟方案序号单道次压下量（mm）速比轧制方式摩擦系数10.81.2UD,RD,TD,ND0.320.81.5UD,RD,TD,ND0.3 杨氏模量泊松比密度70Gpa0.352.71 g/cm32.2.3接触条件的定义模型中的接触体如图2.3所示。其中摩擦采用库伦摩擦模型，摩擦系数假设为0.3。图2.3 模型中的接触体2.2.4工况的定义第一道次，轧件长度为10.8mm，所以设定轧制时间为0.15秒，第二道次，轧件长度为13.3mm，所以设定轧制时间为0.2秒，第三道次，轧件长度为17.7mm， 所以设定轧制时间为0.3秒。由于轧件网格较密，并且轧件较长，为了能够精确计算，所以步长设定为200步。 轧制方式对异步轧制过程变形的影响(6): 13 / 13