厚规格钢板蛇形/差温协同轧制力能参数建模与分析

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厚板在轧制生产过程中厚度方向上的不均匀变形问题是影响其综合性能的主要因素之一。由于轧机开口度和连铸坯尺寸的限制,提高总压下率的方式难以满足生产需求,无法获得心部性能优良的厚板。蛇形/差温协同轧制综合了蛇形轧制和差温轧制在提高变形均匀性和改善板形方面的优点,为实现厚板的近均匀变形提供了新的思路。轧制力作为指导设备选型与实际生产过程的关键工艺参数,其模型的建立具有十分重要的研究意义与工业转化价值。蛇形/差温协同轧制涉及多工艺、多参量、多目标的协同,变形区极其复杂,现有的力能参数模型无法应用于蛇形/差温协同轧制。因此,需要建立蛇形/差温协同轧制力能参数预测模型,为轧机的设计和工艺参数的设定提供理论基础。本文通过理论解析、有限元模拟和轧制实验,研究了厚板蛇形/差温协同轧制的轧件温度场、变形区划分方法和表面摩擦条件,建立了同径异速和同速异径蛇形/差温协同轧制力能参数模型,分析了轧制工艺参数对轧制力与轧制力矩的影响规律。主要结论如下:(1)厚板在轧前短时超快速冷却后,厚度方向的温度会呈现明显的分层现象。据此,将轧件划分为温度下降明显的上、下表面层和温度基本保持不变的中间层。根据中性点位置和轧辊错位量将变形区划分为后滑区I、搓轧区II、前滑区III和反弯区IV。整个变形区共分为12个具有不同特征的区域。根据中性点位置的变化,将轧制变形区分为三种不同的组成状态,并分析了不同变形区组成状态下的表面摩擦条件。(2)根据变形区纵向特性分层,对各层的变形抗力进行了等效处理。基于钢板厚度方向均布正应力和非均布剪切应力,改进了轧件的屈服准则。分析了同速异径和同径异速两种工艺方式的变形区几何关系,采用主应立法建立了含变形抗力梯度的单位压力解析式。根据边界条件求解了单位压力的积分常数,通过金属秒流量相等原理和相邻区域边界上单位压力的连续性计算了中性点位置。针对不同变形区组成状态,建立了同径异速和同速异径蛇形/差温协同轧制的轧制力和力矩解析模型。模型计算值与有限元模拟和实测值相比误差较小,可以用于厚钢板蛇形/差温协同轧制轧制力和轧制力矩的预测。(3)利用ANSYS LS-DYNA分别模拟了厚板同径异速和同速异径蛇形/差温协同轧制过程,分析了工艺参数对轧制力与轧制力矩的影响规律。增大异速比、辊径比和摩擦系数会降低轧制力,错位量、表面变形抗力、压下量和钢板厚度的增大会使轧制力升高。轧制力矩的大小及方向与变形区组成状态密切相关,需针对具体情况进行具体分析。
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