熱軋寬厚板平面形狀優(yōu)化與成材率提高的數(shù)值模擬研究.pdf

1、成材率是寬厚板生產(chǎn)的重要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，而軋件平面形狀和尺寸精度是影響寬厚板成材率的主要因素。在國內(nèi)能源、資源緊缺，環(huán)境污染嚴(yán)重，國內(nèi)外中厚板市場不景氣，市場競爭異常激烈的背景下，以協(xié)調(diào)國內(nèi)先進(jìn)的寬厚板軋機(jī)與落后的產(chǎn)品成材率之間的矛盾為主要目標(biāo)，開展寬厚板熱軋過程中軋件平面形狀控制的理論研究，開發(fā)現(xiàn)場適用的寬厚板平面形狀控制模型意義重大。本文采用有限元數(shù)值模擬結(jié)合工業(yè)試驗(yàn)的方法來進(jìn)行寬厚板熱軋過程中軋件平面形狀控制模型的開發(fā)與試用。主要研

2、究內(nèi)容和結(jié)論如下：
　?、乓阅硰S5000mm寬厚板主軋機(jī)參數(shù)為基礎(chǔ)，借助商業(yè)非線性有限元分析軟件DEFORM-3D，建立了寬厚板普通熱軋過程三維熱-力耦合剛塑性有限元模型。基于工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，分別模擬了寬厚板單道次熱軋、沿一個(gè)方向多道次往復(fù)熱軋和沿兩個(gè)方向多道次往復(fù)熱軋過程。模擬結(jié)果表明，寬厚板熱軋過程中軋件邊部區(qū)域的寬展和頭尾兩端外端約束的缺省是軋件平面形狀非矩形化的根本原因，沿一個(gè)方向往復(fù)軋制結(jié)束后的軋件平面形狀是各個(gè)道次非均勻

3、塑性變形結(jié)果的累積，沿兩個(gè)方向往復(fù)軋制后的軋件平面形狀是展寬軋制階段和延長軋制階段發(fā)展的軋件平面形狀的疊加。延長軋制過程中，當(dāng)軋件厚度小于某值時(shí)，軋件平面形狀非矩形化導(dǎo)致的切損量所占大板比例不再隨著延長軋制過程的進(jìn)行而增加。據(jù)此，提出立輥側(cè)壓和展寬補(bǔ)償軋制兩種手段來提高寬厚板熱軋過程中軋件平面形狀的矩形度。上述寬厚板熱軋過程中軋件平面形狀的數(shù)值模擬結(jié)果與生產(chǎn)實(shí)測結(jié)果符合很好，證實(shí)了寬厚板熱軋過程有限元模型和模擬結(jié)果的有效性，該有限元模型

4、可以用于寬厚板熱軋過程中軋件平面形狀控制的研究。
　?、苹谀硰S5000mm寬厚板生產(chǎn)線上的立輥軋機(jī)參數(shù)和主軋機(jī)參數(shù)，在上述寬厚板熱軋過程有限元模型基礎(chǔ)上，建立了立軋-平軋三維熱力耦合剛塑性有限元模型。模擬了不同軋制工藝參數(shù)條件下共320組立輥側(cè)壓和隨后平軋制過程。分析模擬結(jié)果，闡明了立軋-平軋過程中軋件金屬的流動(dòng)規(guī)律，以及軋制工藝參數(shù)對立軋狗骨形狀和立軋-平軋后軋件頭尾失寬的影響。以立軋-平軋模擬結(jié)果為樣本，借助BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

5、，確立了軋制工藝參數(shù)與立軋-平軋調(diào)寬效率和軋件頭尾失寬量之間的定量關(guān)系，進(jìn)一步建立了寬厚板立輥側(cè)壓模型。并將此模型預(yù)測的立輥側(cè)壓頭尾短行程控制參數(shù)應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)過程的有限元模擬，模擬結(jié)果表明軋件平面形狀得到改善的同時(shí)，軋件模擬寬度與實(shí)測寬度吻合較好，寬厚板立輥側(cè)壓模型可以用于試生產(chǎn)。
　?、遣捎脤捄癜迤胀彳堖^程三維熱-力耦合剛塑性有限元模型，模擬不同展寬比條件下的寬厚板普通熱軋過程，以數(shù)值模擬結(jié)果為基礎(chǔ)，采用非線性回歸法建立了寬

6、厚板普通軋制過程中軋件平面形狀的預(yù)測模型。平面形狀預(yù)測模型預(yù)測的軋件平面形狀與有限元模擬結(jié)果符合很好，與現(xiàn)場測量的軋件頭尾凸形長度和邊部凹形長度符合很好。以上述寬厚板平面形狀預(yù)測模型為基礎(chǔ)，提出優(yōu)化板坯尺寸和軋制規(guī)程設(shè)計(jì)的方法來提高軋件平面形狀矩形度，進(jìn)一步建立了展寬補(bǔ)償軋制模型來控制寬厚板熱軋過程中的平面形狀。并將簡化的直線型展寬補(bǔ)償軋制模型的預(yù)測結(jié)果應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)過程的有限元模擬中，模擬結(jié)果表明簡化的直線型展寬補(bǔ)償軋制模型能有效減少

7、軋件頭尾凸形長度，可以用于試生產(chǎn)。
　?、确治錾鲜隽⑤亗?cè)壓模型和展寬補(bǔ)償軋制模型在模擬實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，以消除軋件頭尾凸形和邊部凸形為主要目標(biāo)，提出如下思路來優(yōu)化熱軋寬厚板平面形狀:首先根據(jù)寬厚板平面形狀預(yù)測模型來優(yōu)化板坯尺寸和軋制規(guī)程設(shè)計(jì)，為實(shí)施寬厚板平面形狀控制軋制奠定基礎(chǔ);再根據(jù)軋制過程特點(diǎn)和寬厚板平面形狀預(yù)測模型的預(yù)測結(jié)果，靈活選擇立輥側(cè)壓或展寬補(bǔ)償軋制手段來進(jìn)一步提高軋件平面形狀矩形度。采用立軋-

8、平軋三維熱力耦合剛塑性有限元模型模擬上述寬厚板平面形狀控制軋制過程，數(shù)值模擬結(jié)果表明，針對頭尾凸形、邊部凹形的軋件平面形狀，分別在延長軋制階段實(shí)施立輥側(cè)壓或者在展寬軋制階段實(shí)施展寬補(bǔ)償軋制都能不同程度減少軋件頭尾凸形、改善軋件邊部形狀;在展寬軋制階段實(shí)施展寬補(bǔ)償軋制的同時(shí)，于延長軋制階段輔以立輥側(cè)壓，則能將軋件平面形狀軋成近似矩形。對于邊部凸形、頭尾凹形的軋件平面形狀，在展寬軋制階段實(shí)施立輥側(cè)壓頭尾短行程控制軋制和在延長軋制階段實(shí)施輥縫