下载文档原格式
窜辊对热轧轧辊变形及轧件凸度影响的有限元分析赵培林1 陈学涛1 王金秀2 刘莱萌2(1技术研发中心 2板带厂) 摘 要:应用有限元分析软件LS-DY NA,采用弹塑性有限元法对四辊热轧轧件的轧制过程进行了模拟,并分析了轧后板形情况。
计算模型耦合了支撑辊与工作辊之间受力、工作辊与轧件之间受力及其三者之间的变形问题,使计算结果更精确可靠。
通过模拟总结出了轧后轧件凸度的变化特点,得出了窜辊对轧后轧件凸度的影响;通过对工作辊变形的分析,得出了工作辊变形对轧件凸度的影响。
该仿真模拟过程对于实际生产具有指导意义。
关键词:四辊热轧 窜辊 挠度 板凸度 弹塑性有限元1 前言采用有限元方法模拟轧制过程,由于无需对实际问题做过多假设,因而在轧制过程中得到广泛应用[1]。
其中三维有限元网格为所研究的物理模型提供了最贴切的表示。
刚塑性有限元法虽忽略轧件的弹性变形,但其计算效率高,应用在热轧中[1～4]能得到令人满意的精度[5]。
目前应用三维弹塑性有限元法研究辊系变形,多数将轧件和辊系分别模拟。
但由于辊系与轧件之间的接触及摩擦关系相当复杂,其相互作用的轧制力及摩擦力分布很难获得,而采取假设轧制力分布的方法降低了结果的精确度。
为此,利用有限元分析软件LS-DY NA,针对四辊热轧机轧制轧件的轧作者简介:赵培林(1973-),男,2005年3月毕业于东北大学材料与冶金学院钢铁冶金专业,硕士。
现为技术研发中心工程师,主要从事板带钢研究与开发工作。
制过程进行了模拟。
计算模型将辊系弹性变形与轧件弹塑性变形作为整体统一考虑,减少了模型过多的假设,从而可全面、完整地考虑变形过程,使计算结果更加精确、可靠。
通过工作辊窜动来控制轧辊磨损,进而控制轧辊辊型是轧制过程中非常重要的调节板形的手段。
本次仿真模拟主要针对莱钢1500mm热连轧机精轧机组进行的。
通过仿真分析,力图发现窜辊对板形的影响,使得能够很好的指导现场实际生产。
2 仿真方法L s-dyna求解器包括显式求解算法和隐式求解算法。
第25卷2006年第1期1月机械科学与技术MECHAN I CAL SC I E NCE AND TECHNOLOGY Vol .25January No .12006收稿日期:20041122作者简介:阳代军(1968-),男(汉),湖北,高级工程师,博士E 2mail:djyang@mail .shougang .com.cn 阳代军文章编号:100328728(2006)0120036203中厚板轧制板坯弯曲的有限元模拟分析阳代军1,胡雄光1,刘光明1,刘晶志2,闫智平2(1首钢技术研究院,北京 100041;2首钢中厚板厂,北京 100041)摘 要:建立了中厚板轧制的二维有限元模型,分析了压下率、轧辊转速比、板坯初始温度、板坯厚度方向的温度差以及电机的加速制度等对板坯弯曲的影响。
这些分析结果对控制板坯弯曲提供了一定的理论依据。
关 键 词:中厚板;弯曲;有限元中图分类号:TG33 文献标识码:AF i n ite Ele m en t S i m ul a ti on Ana lysis of Pl a te Curva ture D ur i n g M ed i u m Pl a te Rolli n gYang Daijun 1,Hu Xi ongguang 1,L iu Guang m ing 1,L iu J ingzhi 2,Yan Zhi p ing2(1Shougang Research I nstitute of Technol ogy,Beijing 100041;2Shougang Plate Plant,Beijing 100041)Abstract:This paper establishes a t w o 2di m ensi onal finite ele ment model for r olling mediu m p lates .The influence of p ressing rati o,work r oll s peed,initial te mperature of slabs,te mperature difference acr oss the thickness of slabs,accelerati on syste m s of electric mot ors,etc,on p late curvature is analyzed .The analy 2sis results p r ovide funda mental basis f or contr olling the p late curvature .Key words:medium p late;curvature;finite ele ment 在中厚板轧制过程中,很难获得对称轧制工艺条件。
毕业设计（论文）开题报告品种多、生产过程连续性强、易于实现机械化自动化等优点。
因此，它比锻造、挤压、拉拔等工艺得到更广泛地应用。
目前，约有90%的钢都是经过轧制成材的。
有色金属成材，主要也用轧制方法。
为满足国民经济各部门的需要，除轧制生产一般产品外，还生产建筑、造船、汽车、石油化工、矿山、国防用的专用钢材•轧钢生产的成品，根据钢材断面形状，主要分成三大类：钢板、钢管和型钢（包括线材）[5]o轧钢机械或轧钢设备主要指完成由原料到成品整个轧钢工艺过程中使用的机械设备。
一般包括轧钢机及一系列辅助设备组成的若干个机组•通常把使轧件产生塑性变形的机器称为轧钢机。
轧钢机由工作机座、传动装置（接轴、齿轮座、减速机、联轴器）及主电机组成•这一机器系统称主机列，也称轧钢车间主要设备。
主机列的类型和特征标志着整个轧钢车间的类型及特点。
除轧钢机以外的各种设备，统称轧钢车问辅助设备。
辅助设备数量大、种类多、随着车间机械化程度的提高，辅助设备的重量所占的比例就愈大。
轧钢机按用途可分为开坯轧机、型钢轧机、板带轧机、钢管轧机和特殊轧机（如横轧机、轮箍轧机等）[6]o2轧制系统的概述车L钢生产是将钢锭或钢坯轧制成钢材的生产环节。
用轧制方法生产钢材，具有生产率高、品种多、生产过程连续性强、易于实现机械化自动化等优点。
因此，它比锻造、挤压、拉拔等工艺得到更广泛地应用。
轧钢机是轧钢生产过程主要的同时也是最重要的生产设备。
轧机牌坊和轧辊的弹性变形直接影响到产品的最终断面形状和尺寸精度，对轧机牌坊和轧辊弹性变形的分析，可为设备结构的优化设计和制定优化的轧制工艺制度提供理论依据；轧辊和轧机机架是轧制力的主要承载体，其强度是否满足要求直接关系到设备的安全生产⑺o在轧制过程中，金属对轧辊作用力有两个：一是与接触表面相切的摩擦应力的合力一一摩擦力；二是与轧辊和轧件接触表面相垂直的单位压力的合力一一正压力。
摩擦力与正压力在垂直轧制方向上的投影之和，即平行轧辊中心联线的垂直力，通常称之为轧制压力。
四辊冷轧机结构分析报告四辊冷轧机结构分析报告2010级冶金设备应用与维护(8)班周亮波20号学习任务:(1)了解四辊冷轧机的主动机、主机座、主传动。
(2)掌握主动机的铭牌了解其性能。
(3)分析主机座的零部件结构组成及作用。
(4)分析主传动的零部件结构组成及作用。
(5)图例展示四辊冷轧机的各个部分。
(6)通过自主学习对四辊冷轧机有初步认识。
冷轧机主要由主机座、主电机、主传动三大装置组成。
主机座主要由轧辊、机架、压下装置(这里用的是电动压下装置)、平衡装置四大部分组成。
机座分为开式机架和闭式几架。
机架的主要作用用来安装轧辊、轧辊轴承、轧辊调整装置和导卫装置等工作机座中的全部零件，并承受全部轧制力的轧机部件，下面我们对主动机、主机座、主传动进行分析。
一、主动机主电机三相异步电动机，型号是Y225m-4，功率是45千瓦，用电电压是380V，频率50HZ，用电电流是84.2A，电阻是0.88有效功率92.5%，中心距600mm，重量是725千克，转动比是45。
三相异步电动机二、主传动主传动是指由主电机的伸出轴(高速轴)连接减速机连接联轴节到齿轮箱通过连接轴(万向节轴)到主机座的传动轧辊，连接轴用于将转动从电动机或齿轮机座传递给轧辊，或从一个工作机座的轧辊传递给另一个工作机座的轧辊，联轴节的作用是将主机列中的传动轴连接起来，有连接电动机轴与减速箱轴的电动机联轴节与齿轮机座轴的主联轴节之分，减速箱是将高速轴通过齿轮的配比转换为低速传动轴。
主传动机构减速器连接轴齿轮箱联轴节三、主机座主机座主要包括机架、轧辊、轴承座、平衡装置、调整装置等。
机架是由组装轧辊用的两个铸铁或铸钢的牌坊所组成，它承受金属作用在轧辊上的全部压力，因此在强度和刚度上都对其有较高要求，机架有闭口式和开口式两种，闭口式机架的牌坊为一整体框架，其特点是有较好的强度和刚度，常用于轧制力较大或对轧件尺寸要求严格的轧钢机上。
整个机架通过八个螺栓固定在轨座上，轨座的两端支撑在上辊平衡装置上，两轨座的中间部分直接放在基地上并用螺栓固定，轨座在平衡支座上的位置可用斜槭进行调整，在整个机架窗口高度上都有合金钢耐磨滑板，保护力主表面。
冷轧四辊轧机辊间接触应力与工作辊边裂失效分析谢晶① 王辉（宝钢轧辊科技有限责任公司 江苏常州２１３０００）摘 要 研究冷连轧机组辊系受力分布状态，揭示冷轧四辊ＣＶＣ连轧机工作辊边部环裂产生原因。
以某厂轧辊边部剥落案例为基础，通过对轧辊剥落形貌观察，硬度检测分析，并借助有限元仿真计算对工作辊在服役中的受力分布状态进行了计算。
结果表明接触应力最大位置应为与支承辊端部倒角根部，最大应力达到１０００ＭＰａ。
工作辊边部环裂或局部剥落主要与工作辊横向移动在辊身端部受到较大接触挤压应力有关；在高周循环挤压应力作用下，轧辊次表面形成微裂纹，随裂纹扩展最终导致轧辊失效。
关键词 ＣＶＣ轧机；工作辊；接触应力；疲劳中图法分类号 ＴＧ１５５．４ 文献标识码 ＡＤｏｉ：１０ ３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１－１２６９ ２０２４ ０１ ０１４ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＣｏｎｔａｃｔＳｔｒｅｓｓｂｅｔｗｅｅｎＲｏｌｌｓａｎｄＦａｉｌｕｒｅｏｆＷｏｒｋＲｏｌｌＥｄｇｅＣｒａｃｋｓｉｎＦｏｕｒＨｉｇｈＣｏｌｄＲｏｌｌｉｎｇＭｉｌｌＸｉｅＪｉｎｇ ＷａｎｇＨｕｉ（ＢａｏｓｔｅｅｌＲｏｌｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ２１３０００）ＡＢＳＴＲＡＣＴ ＳｔｕｄｙｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｆｏｒｃｅｏｎｔｈｅｒｏｌｌｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅｃｏｌｄｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｒｏｌｌｉｎｇｍｉｌｌａｎｄｒｅｖｅａｌｔｈｅｃａｕｓｅｓｏｆｅｄｇｅｒｉｎｇｃｒａｃｋｓｏｎｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｒｏｌｌｓｏｆｔｈｅｃｏｌｄｒｏｌｌｉｎｇｆｏｕｒｈｉｇｈＣＶＣｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｒｏｌｌｉｎｇｍｉｌｌ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃａｓｅｏｆｅｄｇｅｐｅｅｌｉｎｇｏｆａｃｅｒｔａｉｎｆａｃｔｏｒｙ＇ｓｒｏｌｌｉｎｇｍｉｌｌ，ｔｈｅｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｔａｔｕｓｏｆｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｒｏｌｌｅｒｄｕｒｉｎｇｓｅｒｖｉｃｅｗａｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄｔｈｒｏｕｇｈｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｅｅｌｉｎｇｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ，ｈａｒｄｎｅｓｓｔｅｓｔｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓ，ａｎｄｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｃｏｎｔａｃｔｓｔｒｅｓｓｓｈｏｕｌｄｂｅｌｏｃａｔｅｄａｔｔｈｅｒｏｏｔｏｆｔｈｅｃｈａｍｆｅｒａｔｔｈｅｅｎｄｏｆｔｈｅｓｕｐｐｏｒｔｒｏｌｌｅｒａｎｄｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｐｅａｋ，ｗｉｔｈａｍａｘｉｍｕｍｓｔｒｅｓｓｏｆ１０００ＭＰａ．Ｔｈｅｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌｃｒａｃｋｉｎｇｏｒｌｏｃａｌｐｅｅｌｉｎｇａｔｔｈｅｅｄｇｅｏｆｔｈｅｗｏｒｋｒｏｌｌｉｓｍａｉｎｌｙｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｌａｒｇｅｃｏｎｔａｃｔａｎｄｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｓｔｒｅｓｓａｔｔｈｅｅｎｄｏｆｔｈｅｒｏｌｌｂｏｄｙｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｌａｔｅｒａｌｍｏｖｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｗｏｒｋｒｏｌｌ．Ｕｎｄｅｒｔｈｅａｃｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈｃｙｃｌｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｓｓ，ｍｉｃｒｏｃｒａｃｋｓｆｏｒｍｏｎｔｈｅｓｅｃｏｎｄａｒｙｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｅｒｏｌｌｅｒ，ｗｈｉｃｈｅｖｅｎｔｕａｌｌｙｌｅａｄｔｏｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｏｆｔｈｅｒｏｌｌｅｒａｓｔｈｅｃｒａｃｋｓｐｒｏｐａｇａｔｅ．ＫＥＹＷＯＲＤＳ ＣＶＣｍｉｌｌ；Ｗｏｒｋｒｏｌｌ；Ｃｏｎｔａｃｔｓｔｒｅｓｓ；Ｆａｔｉｇｕｅ１ 前言ＣＶＣ轧机的基本工作原理是通过反对称形状的工作辊轴向移动时轧辊的凸度值在最大和最小之间连续无极可调，从而改变辊缝形状达到改善板形的目标。
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1、绪论1.1 四辊轧机发展情况概论近年来我国轧钢行业得到了飞速发展，钢材年产量突破了2亿吨，已连续多年成为世界钢产量第一大国。
板带材的轧制生产能力逐步提升到了一个较高的水平，各种板带产品也得以广泛的应用于生产和生活中的方方面面。
但是我国目前轧钢生产的技术水平与国际先进水平相比还有相当大的差距，轧制产品的主要技术指标与国际先进水平相比仍有相当大的差距，我国已经入世，国外钢材生产技术强国的行业冲击愈发明显起来，要想在空前激烈的竞争中得以生存、获得发展，我们就必须在轧机精度控制等方面多做工作。
四辊轧机以其较高的生产能力和良好的产品质量广泛应用于板带生产中，近年来随着国民经济的不断发展以及工业生产需求的不断增长，用户对板带产品的平直度等指标要求越来越高，这就对板带轧制中辊缝的控制精度提出了更高的要求。
对四辊轧机辊系变形进行分析，是关乎板带材质量的决定性因素。
如何提高轧机辊系变形分析的水平，对各个工厂来说是要亟待解决的，传统的分析方法，繁杂且精度不高。
本课题采用基于ANSYS软件的有限元分析法对四辊轧机辊系变形进行研究，是近年来一种正在被逐步广泛应用的方法。
1.2 辊系变形计算的常用理论与计算方法1.2.1轧辊变形模型的分类关于板形的轧辊变形模型的研究发展可追溯到1958年，那时萨克斯尔(Saxl)第一次对四辊轧机做了全面深入的研究。
此后由于引进了数学模型，这一领域得到了更进一步的拓展。
这些模型的分类如下：(1) 二辊轧机的简支梁模型；(2) 四辊轧机的简支梁模型；(3) 分割梁模型；(4) 有限元分析模型。
1.2.2 二辊轧机的简支梁模型在二辊轧机简支梁模型中，将工作辊视为线弹性应力梁。
在推导梁的挠曲公式时，我们做了以下假定：(1)梁的材质均匀，在拉伸与压缩时的弹性模量相同；(2)梁的横断面相同;(3)梁至少关于一个轴向平面对称；(4)所有的加载和反作用力都与梁的轴线垂直；(5)对于具有紧凑断面的金属梁，其宽高比等于或大于8。
第5期0引言卷板机作为金属成形机械中的重要一员,在石油、化工、船舶等领域有广泛应用[1]。
目前国产卷板机机型多、产量大,但在研发设计中主要依靠经验,对数字化设计手段的应用较少,使得卷板机结构较为笨重,竞争力不强[2]。
同时,四辊卷板机在卷制板材过程中,受力形式较为复杂,承受的载荷较大,对其关键零部件的强度、刚度校核是研发设计中必不可少的一个环节[3]。
因此,卷板机的结构优化设计将会是国内相关行业重点研究的课题之一。
本文应用有限元分析方法对280×3000型四辊卷板机的高机架进行结构分析,以应力及位移结果作为参考依据,对高机架进行合理的结构优化,实现减重的目的。
同时对该模型进行模态分析,作为之后结构动态特性研究的基础。
1四辊卷板机特性分析及仿真计算1.1四辊卷板机结构简介四辊卷板机主机结构如图1所示,主要由高低机架、上下辊及两侧辊、倒头装置等部件组成。
四辊卷板机实现板材的卷制,需要分板料对中、预弯、卷制和矫圆四个程序。
卷制过程利用三点定圆的原理来实现,该过程中上辊固定,做旋转运动,下辊直线向上运动实现板材的夹紧,之后通过侧辊的运动来实现不同曲率半径的调整[4]。
1.2机架结构分析计算四辊卷板机的工作精度与上下及侧辊的位置精度有很大关系,高低支架作为四个辊子的主要支撑结构,其刚度是研发设计中的关键因素。
板材卷制过程中,机架受上辊旋转运动产生的法向压力及下辊、侧辊对其支撑结构的反向作用力,对其四个辊的受力进行分析,得到机架上的受力情况[5]。
收稿日期:2023-04-26;修订日期:2023-05-20作者简介:方婧(1985—),女,工程师,主要从事产品结构及焊接仿真工作。
E-m ai l :anyf ang@基于有限元法的四辊卷板机机架优化设计方婧1,李桂超2,王暾1(1.兰州兰石集团有限公司能源装备研究院,甘肃兰州730050;2.兰州兰石重型装备股份有限公司,甘肃兰州730050)摘要:机架作为四辊卷板机的主要承力部件,其强度、刚度及动力学特性不仅影响主机的使用寿命,同时很大程度上制约了产品的卷制精度。
收稿日期:2003210214基金项目:国家自然科学基金资助项目(59995440)・作者简介:时 旭(1975-),女,辽宁沈阳人,东北大学博士研究生;刘相华(1953-),男,黑龙江双鸭山人,东北大学教授,博士生导师;王国栋(1942-),男,辽宁大连人,东北大学教授,博士生导师・第25卷第10期2004年10月东北大学学报(自然科学版)Journal of Northeastern University (Natural Science )Vol 125,No.10Oct.2004文章编号:100523026(2004)1020957204四辊冷轧机轧辊弯曲和压扁变形的有限元分析时 旭1,刘相华1,王国栋1,李山青2(1.东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,辽宁沈阳 110004; 2.宝山钢铁股份有限公司,上海 201900)摘 要: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・关 键 词:冷轧;四辊轧机;弹塑性有限元;辊系变形中图分类号:TG 335 文献标识码:A冷轧产品向更薄、精度更高趋势的发展,促进了板带材的高精度轧制和板形控制原理研究的深入・板带材的高精度主要指板带材纵向和横向的厚度精度,而轧辊的弹性变形直接影响到最终产品的断面形状[1],这就对轧机辊系弹性变形的计算精度提出了更高的要求・采用二维有限元法计算辊系变形[2,3],单元厚度的确定使计算模型与实际的物理模型存在差异・三维有限元网格为所研究的物理模型提供了最确切的表示[4],被广泛应用在轧制方面[5～8]・其中刚塑性有限元法具有计算效率高的特点,广泛应用于热轧中[9]・弹塑性有限元可以更加真实地反映出轧制中的各种状态,应用在冷轧中可以全面地考虑轧辊与带钢的变形,但计算成本高・采用三维有限元方法研究辊系变形,普遍的做法是将轧辊的弹性变形和轧件的塑性变形作为两个独立的问题分别计算・但由于轧件与轧辊的变形是其相互作用的结果,它们之间的耦合存在着复杂的摩擦和接触,使得辊系与轧件之间的力的关系很难获得,通常采取假设的方法[1,4,10],降低了结果的精确度・本文在大型非线性有限元分析软件Marc 提供的平台上进行轧辊弹性变形的模拟・计算模型将辊系变形与带钢变形统一考虑,解决了轧件与辊系之间的耦合问题・1 模型的建立1.1 几何建模及单元网格划分按照轧制的实际尺寸建立几何模型・由于轧制条件及几何参数的对称性,取四分之一作为模拟对象,模型的几何参数及物理性能见表1・在划分单元网格时,为了减少单元数目,变形体的可能接触区划分得较密,如图1所示・表1 模型参数Table 1 Parameters of model类别参 数数 值支撑辊辊身直径/mm 1200辊身长度/mm 1350辊径直径/mm 700工作辊辊身直径/mm 470辊身长度/mm 1510辊径直径/mm 285带钢轧前厚度/mm 0.8宽度/mm 700,960,1230轧辊和带钢均选用八节点六面体单元,采用修正的Lagrange 法描述的大变形弹塑性有限元模型,Von Mises 屈服准则・摩擦条件选用Shear for rolling ・用于轧制的“friction for rolling ”针对轧制问题,在初次的迭代时提供一个良好的相对滑动速度值・图1 轧制过程的有限元模型Fig.1 Finite element model of rolling modeling1.2 轧制条件为了使计算结果更加精确,轧制条件(见表2)按实际条件选取・辊系视为弹性体,带钢视为弹塑性体,采用隐式静态算法模拟四辊冷轧过程・表2 轧制参数Table 2 Rolling parameters 参 数数 值弯辊力/kN0,100,200,400,800前张力/MPa 127.4后张力/MPa 117.6摩擦系数0.05工作辊线速度/(mm ・s -1)80502 计算结果对三种板宽在不同弯辊力作用下进行计算,得出工作辊有载辊缝、工作辊压扁、工作辊轴线弯曲及支撑辊轴线弯曲等计算结果・由于对称,计算模型取实际的四分之一进行模拟,其结果也是轴对称,为轧制情况的四分之一・篇幅的限制,所有结果不能全部列出,本文只选择有代表性的结论供参考・2.1 工作辊承载辊缝及其与实验数据的对比轧制700,1230mm 宽带材,在不同弯辊力作用下,工作辊承载辊缝如图2a ,图2b 所示,图2c 是轧制1230mm 宽带钢弯辊力为400kN 时与实测值的对比・在轧制区内,不同弯辊力对相同板宽承载辊缝的影响是不同的:图2a 弯辊力的施加使承载辊缝变化不大;图2b 弯辊力的施加对承载辊缝的变化明显・以图2b 为例,分别对工作辊中部的辊缝值、距带材边部15mm 处辊缝值及带材边部辊缝值三者进行比较:无弯辊力时上述数值为01340,01307,01264mm ;弯辊力为200kN 时数值为:01316,01280,01256mm ;弯辊力为400kN 时其数值为:01315,01317,01287mm ;弯辊力为800kN 时数值为:01331,01370,01357mm ・随着弯辊力的增加,承载辊缝由凸形逐渐变为凹形・通过对图2a ,图2b 的分析表明:对于同种轧机,随着轧制带材宽度的增加,弯辊力对承载辊缝的影响明显加强・图2 工作辊承载辊缝Fig.2 Loaded gap between working rolls(a )—轧制700mm 宽带钢;(b )—轧制1230mm 宽带钢;(c )—与实测值对比・2.2 工作辊与带钢接触压扁计算结果工作辊与带钢接触压扁结果如图3,图4所示・其中图3为轧辊沿接触弧的压扁及轧制力分布,选取无弯辊力时轧制700mm 宽带材,截面为工作辊中部;图4为轧辊沿轧件宽向的压扁,其压扁的位置选取在辊心垂直向下处的辊面・图3 轧制700mm 宽带钢工作辊接触弧的压扁Fig.3 Working rolls πflattening along contact arc859东北大学学报(自然科学版) 第25卷图4 工作辊轴向压扁Fig.4 Working rollπs axial flattening (a)—轧制960mm宽带钢;(b)—轧制1230mm宽带钢・图3可见在接触弧上,压扁量最大并不在x =0处,而是在轧制力最大处・轧制700mm带材的压扁量最大在x=4.5mm处,压扁量(y方向的上移量)为01113mm・图4a中无弯辊力时工作辊在接近带钢边部的压扁量有增大的现象,施加弯辊力后使这种增大减小・图4b无弯辊力的计算结果在接近带钢边缘处的压扁仍有轻微的增大,200,400kN弯辊力时接近带钢边缘处的压扁与中间处基本一致,800 kN弯辊力时边缘处的压扁明显变小・这是由于弯辊力的施加使工作辊弯曲,带钢边部处的工作辊受力减小,使压扁量减小・2.3 工作辊弯曲计算结果工作辊弯曲表现为工作辊轴线的上移量・结果见图5所示・由图5弯辊力增加,工作辊的负弯曲程度减小,图5b弯辊力增加到400,800kN,工作辊出现正弯曲・比较图5a和图5b,弯辊力不变而带材宽度增加,工作辊的负弯曲程度明显减小・在无弯辊力情况下,轧制700mm宽带材,辊中部上移量为01467mm,辊边部为01297mm;轧制1230mm 宽带材,辊中部上移量为01541mm,辊边部为01488mm・2.4 支撑辊弯曲计算结果支撑辊弯曲表现为支撑辊轴线的上移量・结果见图6所示・由图6可见,施加100,200kN的弯辊力,支撑辊的弯曲程度没有明显变化,图中的曲线基本平行;弯辊力增加到400kN和800kN时,弯曲程度减小(图6b)・从上移量数值上看,随着轧制带材宽度的增加,支撑辊上移量明显增加・弯辊力相同轧制带材宽度增加,支撑辊的弯曲程度有轻微增加・图5 工作辊弯曲Fig.5 Working rollπs bending(a)—轧制700mm宽带钢;(b)—轧制1230mm宽带钢・图6 支撑辊弯曲Fig.6 Backing rollπs bending(a)—轧制700mm宽带钢;(b)—轧制1230mm宽带钢・3 结 论(1)采用弹塑性有限元中的隐式静力算法,模拟了四辊轧机的轧制过程,得出了四辊轧机的辊系变形・得到了带钢宽度、弯辊力等参数对轧辊弯曲、压扁变形和有载辊缝的影响,为板形分析与959第10期 时 旭等:四辊冷轧机轧辊弯曲和压扁变形的有限元分析控制提供了一种新的计算方法和参考数据・(2)工作辊承载辊缝形状的模拟结果表明:随着轧制带材宽度的增加,弯辊力对承载辊缝的影响明显加强・若只用弯辊力调节辊缝形状,在轧制宽带材时,效果更好・模拟的结果与实测值的比对很好・(3)对工作辊与带钢接触区压扁的模拟,表明了:在轧制接触弧内,压扁最大处并不位于工作辊底部,而基本位于轧制力最大处;工作辊轴向压扁,轧制较宽带材时,弯辊力的增加可以减小工作辊压扁在接近带钢边缘处的增大・(4)工作辊、支撑辊弯曲的模拟结果表明:轧制带材宽度增加,工作辊的负弯曲程度减小,支撑辊弯曲程度有轻微增加;加大弯辊力,工作辊的负弯曲程度减小,支撑辊变化不明显;继续加大弯辊力,工作辊出现正弯曲,并且正弯曲加大,支撑辊弯曲减小・参考文献:[1]王国栋・板形控制和板形理论[M]・北京:冶金工业出版社,1986.1-5・(Wang G D.The cont rol and the theory of the st rip shape[M].Beijing:the Publishing Company of Metallurgy andIndustry,1986.1-5.)[2]徐致让,薛家国・四辊轧机辊系变形分析的有限元方法[J]・力学与实践,2000,22:22-24・(Xu Z R,Xue J G.The FEM method for roll deformation in42high mill[J].Mechanics and Practise,2000,22:22-24.)[3]Hiromi M.22dimensional lateral2material2flow model reducedfrom32dimensional theory for flat rolling[J].IS IJInternational,1991,31:550-558.[4]G inzburg V B.High2quality steel rolli ng:theory andpractice[M].New Y ork:Marcel Deker Inc,1993.471-474.[5]Xiong S,Liu X,Wang G.Simulation of vertical2horizontalrolling process during width reduction by full three2dimensional rigid2plastic finite element method[J].A S MInternational J M EPEG,1997,6:757-765.[6]Jiang Z Y,Tieu A K,Zhang X M.Finite element simulationof cold rolling of thin strip[J].Journal of M aterialsProcessi ng Technology,2003,140:542-547.[7]Z one C L,Ven H L.Analysis of the variation of the cold2rolling characteristics of rolling force,strip shape,stress andtemperature,for a three2dimensional strip[J].Journal ofM aterials Processi ng Technology,1995,54:326-340. [8]Liu H M,Hu G D.Study on strip and roll deformationcoupling of cold strip rolling on42high Mill[J].Chi neseJournal of Mechanical Engi neeri ng,1997,10(4):268-274.[9]刘相华・刚塑性有限元及其在轧制中的应用[M]・北京:冶金工业出版社,1994.11-24・(Liu X H.The application of rigi d2plastic FEM i n rolli ng[M].Beijing:the Publishing Company of Metallurgy andIndustry,1994.11-24.)[10]Robert R S.Verification and applications of model forpredicting hot strip profile,crown and flatness[J].Iron andSteel Engi neer,1984,19(9):35-42.FEM Analysis for Roll Deformation of a42High Cold Strip MillS HI X u1,L IU Xiang2hua1,W A N G Guo2dong1,L I S han2qing2(1.State K ey Lab of Rolling and Automation,Northeastern University,Shenyang110004,China;2.Baoshan Iron&Steel Co.,Shanghai201900,China.Corres pondent:SHI Xu,E2mail:shixu-ral@)Abstract:By way of three2dimensional elastic2plastic finite element method based on the FEM software Marc,the stri p cold rolling process on a four2high strip mill is modeled to analyze the roll deformation.In the model the deformation of both roll and strip are considered as a whole,so as to resolve the cou pling problem between them,and avoid the errors due to iterative processor assumption of the distribution of rolling force.A step2by2step convergent solution is thus introduced to the calculation to provide accuracy and reliability.The effects of strip width,rollπs bending force,etc.,on such roll deformation as bending and arc/lateral flattening,and the gap between loading rolls are obtained with different rolling parameters.The new calculation method and reference data will offer an efficient way for analysis and control of the shape.K ey w ords:cold rolling;42high strip mill;elastic2plastic FEM;rollers system deformation(Received October14,2003)待发表文章摘要预报辽西滨海矿集区重金属污染状况及原因周秀艳,王恩德,姜 莉,王宏志基于环境地球化学方法对辽西滨海矿集区的金属矿产开发区、冶炼厂附近土壤重金属污染状况进行了研究,结果表明,Cu,Pb,Zn,Cd的质量分数最高值达到010236%,010535%,011473%,010012%,多数土壤表层重金属元素的质量分数高于区域土壤背景值,4种元素分别是区域背景值的1134～10167倍,1120～25159倍,0149～23131倍,1187～8218倍・Cu,Pb,Zn,Cd元素的质量分数与5%HNO3浸提态的质量分数间相关性较好・采矿飘尘、废岩、尾矿泥等人为污染源是区域土壤重金属污染的主要来源,且随着距污染源距离的增加,表层土壤重金属的质量分数降低・069东北大学学报(自然科学版) 第25卷。
