中厚板輥式熱矯直過程數(shù)學(xué)模型與數(shù)值模擬.pdf

1、近年來，隨著工件加工自動化程度的提高，客戶對板材不平度精度要求越來越嚴(yán)格。尤其是應(yīng)用TMCP技術(shù)后，板材的矯直溫度降低，材料的屈服強(qiáng)度提高等，迫切需要強(qiáng)度大、剛度高、功能多及自動化程度高的中厚板熱矯直機(jī)。影響國產(chǎn)中厚板熱矯直機(jī)實(shí)現(xiàn)上述要求的主要因素是缺乏先進(jìn)、完善的矯直模型。 本文以開發(fā)中厚板輥式熱矯直機(jī)數(shù)學(xué)模型為目標(biāo)，建立了中厚板熱矯直過程的解析模型；利用某鋼廠引進(jìn)的新一代十一輥中厚板輥式熱矯直機(jī)現(xiàn)場數(shù)據(jù)，采用有限元分析軟件對

2、矯直過程進(jìn)行了模擬研究；根據(jù)模擬結(jié)果對解析模型加以完善并對修正后的矯直模型進(jìn)行了驗(yàn)證；最后，對先進(jìn)的焊接式預(yù)應(yīng)力矯直機(jī)機(jī)架的應(yīng)力及剛度進(jìn)行了計(jì)算。論文的主要研究內(nèi)容如下： (1)針對傳統(tǒng)的矯直輥壓彎量及矯直力計(jì)算以靜態(tài)梁為分析對象，本文考慮了板材在矯直過程中加載、卸載時的彎曲特點(diǎn)，以及入口處零彎矩點(diǎn)的偏移等因素對撓度的影響，以面積一彎矩第二定律為基礎(chǔ)，建立了以板材總變形曲率為自變量的矯直輥壓彎量解析計(jì)算公式。然后，利用顯式動力學(xué)

3、有限元軟件ANSYS/LS-DYNA模擬了11mm～80mm之間七種厚度中厚板熱矯直過程，通過模擬過程中矯直輥壓彎量與板材總變形曲率的關(guān)系，對前面解析法建立的壓彎量公式中的相應(yīng)關(guān)系進(jìn)行了修正；利用模擬得到的矯直力對傳統(tǒng)矯直力計(jì)算公式進(jìn)行了修正。最后通過與先進(jìn)的在線矯直模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，表明文中按不同厚度所建立的壓彎修正模型可以滿足生產(chǎn)要求。 (2)彎輥機(jī)構(gòu)已普遍應(yīng)用于先進(jìn)的中厚板輥式熱矯直機(jī)中，但彎輥量的確定及彎輥力的計(jì)算目

4、前鮮有資料介紹。本文假設(shè)，板材縱向纖維在零彎矩點(diǎn)之間的彎曲，是由壓下機(jī)構(gòu)和彎輥機(jī)構(gòu)分別作用的彎曲疊加而成，故可對彎輥導(dǎo)致的板材彎曲單獨(dú)進(jìn)行分析；并提出板寬內(nèi)各縱向纖維總變形曲率相同的原則，確定彎輥后板材的最大總變形曲率，進(jìn)而得到彎輥量、彎輥力，從而建立較為全面的彎輥解析模型；并參照壓彎量、矯直力修正函數(shù)對彎輥解析模型中的相應(yīng)關(guān)系加以修正。最后通過與先進(jìn)的在線矯直模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，表明文中所建立的彎輥修正模型可以滿足生產(chǎn)要求。

5、 (3)板材在熱矯直過程中連續(xù)反向彎曲次數(shù)多、壓彎量小、溫度相對較高等因素，造成變形過程中的彎曲曲率與壓彎量、板材內(nèi)部變形等關(guān)系難以通過儀器直接測量獲得。利用顯式動力學(xué)有限元分析軟件對整個矯直過程進(jìn)行模擬計(jì)算，分析板材在矯直過程中及矯后應(yīng)力的分布狀況，得到板材在前端、后端、邊部以及中部的相應(yīng)特征；通過不同厚度板材在不同壓彎量下的變形分析，得到壓彎量對板材沿厚度及長度方向塑性變形的影響規(guī)律；通過彎輥與無彎輥矯直時板材所表現(xiàn)出來的變形特點(diǎn)分

6、析可知，彎輥矯直可使板材縱向纖維沿寬向得到不同延伸變形；通過矯直輥不同的壓彎量設(shè)置，研究板材不平度的分布規(guī)律。 (4)預(yù)應(yīng)力機(jī)架可以提高機(jī)架剛度，過去常用于小型棒線材軋機(jī)或鍛壓機(jī)上。本文利用有限元軟件ANSYS，完成了焊接結(jié)構(gòu)的閉式機(jī)架、預(yù)應(yīng)力機(jī)架的應(yīng)力與剛度的分析及比較，為大型機(jī)架使用預(yù)應(yīng)力機(jī)架來提高剛度、降低成本提供了可行性分析。 全文通過中厚板輥式熱矯直過程的研究及數(shù)值模擬，分析了矯直輥的不同設(shè)置對矯直過程中板材的變形、矯