中厚板輥式矯直過(guò)程傾斜矯直模型研究

郁瑞平　陳海東

（1.國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利局專(zhuān)利審查協(xié)作廣東中心，廣東　廣州 510530；2.東風(fēng)汽車(chē)有限公司東風(fēng)日產(chǎn)乘用車(chē)公司　，廣東 廣州510800）

中厚板輥式矯直過(guò)程傾斜矯直模型研究

郁瑞平1陳海東2

（1.國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利局專(zhuān)利審查協(xié)作廣東中心，廣東廣州 510530；2.東風(fēng)汽車(chē)有限公司東風(fēng)日產(chǎn)乘用車(chē)公司，廣東 廣州510800）

為了提高某鋼廠橫切生產(chǎn)線上寬厚板的矯直質(zhì)量，根據(jù)調(diào)整工藝建立了矯直機(jī)的傾斜模型，并采用有限元分析軟件ANSYS/LS_DYNA分析了傾斜模型和其他不同矯直方案對(duì)板材矯后質(zhì)量的影響。結(jié)果表明采用傾斜模型加上適當(dāng)調(diào)整出口輥的方案矯直使矯后板材等效應(yīng)力和殘余應(yīng)力分布較均勻，一定程度上降低了殘余應(yīng)力值，同時(shí)也減少各個(gè)工作輥的矯直力，從而發(fā)揮了矯直機(jī)的生產(chǎn)能力。

矯直機(jī)； 傾斜模型； ANSYS/LS_DYNA；殘余應(yīng)力； 矯直力

矯直機(jī)作為中厚板、橫切生產(chǎn)線上的重要設(shè)備，是保證板帶材平坦度、消除殘余應(yīng)力或使矯后殘余應(yīng)力分布均勻的重要設(shè)備［1］。目前，矯直機(jī)的壓下量設(shè)定模型及應(yīng)用已較為成熟，國(guó)內(nèi)外學(xué)者利用有限元軟件對(duì)矯直過(guò)程進(jìn)行了模擬［2］。

本文建立傾斜模型并給出第1輥的調(diào)整量公式，以及動(dòng)態(tài)有限元模型。對(duì)不同矯直方案以及不同工況的模擬，定量分析了輥系傾斜對(duì)矯直后板材內(nèi)應(yīng)力的影響，對(duì)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)具有重要意義。

1　矯直機(jī)傾斜模型的建立

1.1矯直機(jī)的輥系結(jié)構(gòu)及參數(shù)

現(xiàn)場(chǎng)矯直機(jī)的結(jié)構(gòu)輥數(shù)為11輥，上5下6，上排工作輥可以繞著6輥前后傾斜，也可以上排輥整體平行壓下。下工作輥可以單獨(dú)調(diào)節(jié)壓下量。

1.2矯直機(jī)傾斜模型

確定第3輥和第9輥的壓下量后，中間各輥的壓下量可以按照直線比例遞減得到［3］。如圖1為按大變形矯直方案得到的上排輥平行壓下量和轉(zhuǎn)角的關(guān)系。

圖1　傾斜角與上排輥整體壓下量和各輥壓下量關(guān)系

圖1中yup為上排輥整體壓下量值，yi為各輥壓下量，a為上輥系繞著矯直機(jī)中心轉(zhuǎn)動(dòng)的角，β為壓下量按線性遞減形成的角度，t為輥距。由圖1可得到

由幾何平行關(guān)系可得a=β。

當(dāng)上排輥系轉(zhuǎn)動(dòng)a角度時(shí)，第二輥的實(shí)際壓下量y2a，

綜上，確定了矯直機(jī)的傾斜矯直方案。

2　有限元模型的建立

2.1初始條件建模參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)確定的壓下量可得到傾斜角度a=0.068。以及第1輥實(shí)際壓下量y1a=0.273mm。本文里矯直轉(zhuǎn)速為10.91弧度/s，矯直的鋼板的寬度1848.5mm，厚度10mm，屈服極限取345MPa，彈性模量206GPa，切線模量520MPa，泊松比為0.3。

鋼板劃分單元選用8節(jié)點(diǎn)單元solid164，單元選用雙線性隨動(dòng)材料，板材與各矯直輥的接觸采用面與面接觸，動(dòng)摩擦系數(shù)0.08，靜摩擦系數(shù)為0.1。

3　模擬結(jié)果和分析

3.1矯直過(guò)程中矯直力的分析

矯直過(guò)程中各輥的矯直力隨時(shí)間變化的歷程曲線。結(jié)果由圖2所示，可看出，采用了傾斜模型，從第6輥開(kāi)始，矯直力減少的很快，第10輥在后期矯直時(shí)矯直力過(guò)度很平緩，說(shuō)明板材尾部在脫離矯直機(jī)甩尾比較穩(wěn)定，減少對(duì)出口矯直輥的損壞和磨損，減少了工作輥輥面的劃傷，進(jìn)而提高板材尾部表面的質(zhì)量，提高了成材率。

圖2　各矯直輥矯直過(guò)程受力

3.2不同矯直方案對(duì)矯后殘余應(yīng)力影響分析

本文取板材板寬方向前端縱向殘余應(yīng)力。由圖3可知，傾斜1的矯直方案應(yīng)力范圍為-15.81～15.62MPa。采取傾斜1的工藝矯直，使得板材矯后的殘余應(yīng)力分布趨于均勻，減少了后續(xù)加工出現(xiàn)的板形問(wèn)題。

圖3　寬度方向縱向殘余應(yīng)力

4　結(jié)論

建立了有限元仿真模型，采用傾斜1矯直工藝，使得矯后板材殘余應(yīng)力分布較為均勻，有效的降低了應(yīng)力值。根據(jù)有限元仿真結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況，采用傾斜調(diào)整工藝，使得矯直機(jī)的總矯直力降低很大。

［1］F.Cui: Straightening Principles and Straightening Machinery（Thesecondedition），（MetallurgicalIndustryPress，Beijing，2005）

［2］E Doegel，R Menzl，S Huinink.Analysis of the levelling

process based upon an analytic forming model［J］，Iron and Steel

Engineer，2002，28（6）:29-34

TG335.11

A

1003-5168（2015）11-023-01

郁瑞平（1985.10-），女，碩士，審查員，研究方向:板帶軋制質(zhì)量控制研究。