中厚板平面形狀控制的實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬研究.pdf

1、平面形狀控制技術(shù)在提高中厚鋼板成材率方面潛力巨大，目前通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論分析方法研究平面形狀控制過(guò)程，已經(jīng)取得了巨大進(jìn)展。由于中厚板軋制過(guò)程包含了成形、展寬、精軋三個(gè)階段，并要進(jìn)行平面形狀控制，所以它包含了可逆軋制、轉(zhuǎn)鋼軋制、變厚度軋制、變寬度軋制和立輥—平輥接續(xù)軋制等各類復(fù)雜的操作過(guò)程。正是由于這種復(fù)雜性，對(duì)于中厚板軋制過(guò)程的研究，包括平面形狀控制的研究，尚留有較大空間。 本文基于目前有限元研究成果，利用FEM商業(yè)軟件ANSYS/

2、LS-DYNA和立輥—平輥實(shí)驗(yàn)機(jī)組，全面研究了包含各類復(fù)雜變形情況的中厚板軋制的全過(guò)程。論文主要工作和進(jìn)展如下： (1)利用ANSYS/LS-DYNA軟件的三維計(jì)算和接觸判斷等功能，對(duì)單向、單道次平輥軋制和單向、單道次立輥軋制進(jìn)行了模擬計(jì)算。以此為基礎(chǔ)，利用軟件提供的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)更新、坐標(biāo)變換和時(shí)間—速度(加速度)載荷、時(shí)間一位移載荷設(shè)定等功能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多道次往復(fù)軋制、轉(zhuǎn)鋼軋制、變厚度軋制、變寬度軋制和立輥—平輥接續(xù)軋制等過(guò)程的模擬

3、計(jì)算。為實(shí)現(xiàn)對(duì)包含各類復(fù)雜操作的中厚板軋制的全程模擬計(jì)算奠定了基礎(chǔ)。 (2)參照現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)條件，通過(guò)對(duì)普通立輥—平輥接續(xù)軋制過(guò)程的模擬計(jì)算，研究了中厚板立輥軋邊時(shí)板坯橫斷面上各節(jié)點(diǎn)速度變化特點(diǎn)、“狗骨”高度比率的變化規(guī)律；分析了立輥形狀對(duì)軋制過(guò)程穩(wěn)定性及軋后板坯斷面形狀的影響；得到了各階段軋制工藝參數(shù)對(duì)軋后鋼板平面形狀的影響規(guī)律。 (3)在普通立輥軋制模擬基礎(chǔ)上，進(jìn)行了變寬度立輥軋邊及隨后平輥軋制過(guò)程的模擬計(jì)算，分析了短行

4、程控制參數(shù)對(duì)軋后板坯平面形狀、頭尾剪切長(zhǎng)度和切邊量的影響，得到了短行程控制參數(shù)的取值范圍。 (4)通過(guò)對(duì)中厚板普通平輥軋制過(guò)程的模擬計(jì)算，分析了沿板坯一個(gè)方向和兩個(gè)方向軋制時(shí)，軋后鋼板平面形狀變化特點(diǎn)，得出了軋制工藝參數(shù)對(duì)鋼板平面形狀的影響規(guī)律。 (5)在普通平輥軋制模擬基礎(chǔ)上，進(jìn)行了變厚度平輥軋制過(guò)程的模擬計(jì)算。將縱向斷面厚度的各種復(fù)雜變化曲線簡(jiǎn)化為多階段上坡(變厚)軋制和下坡(變薄)軋制的組合。研究了上坡(變厚)軋制

5、和下坡(變薄)軋制兩種情況下的金屬前滑規(guī)律，建立了相應(yīng)的前滑計(jì)算公式，為進(jìn)行MAS軋制、楔形件軋制模擬研究時(shí)軋制速度與壓下速度的協(xié)調(diào)控制及設(shè)計(jì)奠定了理論基礎(chǔ)。 通過(guò)對(duì)成形MAS軋制過(guò)程的模擬計(jì)算，分析了正楔形和反楔形MAS軋制特點(diǎn)，得出了楔形軋制參數(shù)對(duì)成品鋼板邊部形狀的影響規(guī)律。 (6)在寶鋼技術(shù)中心具有液壓壓下機(jī)構(gòu)的立輥實(shí)驗(yàn)軋機(jī)和水平實(shí)驗(yàn)軋機(jī)上，通過(guò)建立軋制長(zhǎng)度與光電編碼器輸出脈沖數(shù)之間的關(guān)系模型，實(shí)現(xiàn)了軋件位置跟蹤和

6、軋制過(guò)程的計(jì)算機(jī)控制。通過(guò)控制平輥實(shí)驗(yàn)軋機(jī)液壓缸運(yùn)動(dòng)，使液壓壓下速度與軋件運(yùn)動(dòng)速度匹配，在水平實(shí)驗(yàn)軋機(jī)上實(shí)現(xiàn)了變厚度軋制過(guò)程的自動(dòng)軋制。 采用工業(yè)純鉛作為模擬材料，在上述實(shí)驗(yàn)機(jī)組上，進(jìn)行了中厚扳立輥—平輥接續(xù)軋制和MAS軋制等二組實(shí)驗(yàn)。研究了立輥—平輥接續(xù)軋制和MAS軋制過(guò)程中金屬變形特點(diǎn)、軋制方式和工藝參數(shù)對(duì)軋后試樣平面形狀的影響規(guī)律。用實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了對(duì)普通平輥軋制、變厚度軋制、普通立輥軋制及立輥—平軋接續(xù)軋制過(guò)程進(jìn)行有限元模

7、擬研究的準(zhǔn)確性和可行性。 (7)在由東北大學(xué)參加建設(shè)的首鋼中厚板廠3500四輥軋機(jī)上，按照實(shí)際生產(chǎn)條件和要求，在計(jì)算機(jī)控制下進(jìn)行了二組正楔形成形MAS軋制的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。并按現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行了模擬計(jì)算。計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好，驗(yàn)證了有限元模擬計(jì)算結(jié)果的正確性及用其指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的可行性。 通過(guò)對(duì)包含各類不同操作的中厚板軋制的全程模擬，研究了工藝參數(shù)、軋制方式對(duì)鋼板最終平面形狀的影響，為低成本、高效能地生產(chǎn)質(zhì)量?jī)?yōu)良的中厚