利用有限元分析軋機變形輔助軋機加工

摘 要：特別是在大的變形彈塑性有限元基本理論基礎上，采用有限元數值模擬的方法，應用UGNX6.0通用有限元分析軟件，建立了軋機機架的彈塑性有限元分析模型，揭示了吊點對軋機的應力、以及應變場的分布規律。找到軋機變形最小，且在彈性變形內的分布情況，找到最合理的吊運方式。

關鍵詞：塑性變形；彈性變形；模擬分析、有限元數值仿真

1 軋機的垂直裝配對結構的變形影響

軋機的正常裝配過程中，為立裝狀態。由于受力的原因，軋機窗口都會有一個不同程度的回收，而且這個回收的數值還都不一樣。分析造成該原因，主要還是軋機的結構單薄，重量過大，支撐面又過于分開導致。所以，立裝時軋機窗口都有一個回收的過程，由于軋機結構的不同也有很大的差別。越是單薄的機架，回收的現象越是嚴重。底板越是靠近于軋機窗口的中間位置，其變形也同樣越是嚴重。分析變形的原因，其根本為受重力導致變形的影響，但是變形量的多少一直很困擾我們。我們利用有限元來分析，到底對該變形對軋機的影響有多大。我們是在dell690工程工作站上，利用美國UGS公司的大型工程分析軟件UGNX6.0進行的有限元分析。

首先我們建立實體模型圖，根據實際受力的情況，將軋機的接觸單元分別進行模擬受力分析。選取的材質為接近軋機實際材質性能。如圖1所示為機架的有限元模型圖，圖中淺色的部分為單元，深色的部分為載荷，其余的部分為約束。為了使分析更接近實際，將基座放到分析模型中，在機架與基座間建立接觸，如圖1所示接觸的非線性接觸有限元分析。

我們對軋機的對稱面施加對稱約束，基座底部施加剛度約束的同時施加自重載荷。就得到了，圖2為機架垂直方向的變形圖，最大變形量為0.0529mm，總變形量為0.0508-0.0356=0.0152mm。

如圖3所示為機架水平方向的變形圖，最大變形量為0.062mm，總變形量為0.062×2=0.124mm，為立柱內收變形。

機架窗口的變形為：垂直方向變形為0.0152mm；水平方向變形為0.124mm的立柱內收變形。以上數據說明了為什么在軋機的裝配時，出現了回收現象。從這里可以看出，該變形對軋機窗口影響是非常大的。在加工過程中，需要考慮這方面的變形。

所以為了克服該方面的變形情況，在加工過程中，有意識的把軋機窗口加工成為一個曲面。該曲面為中間寬，兩側窄的過程。模仿立裝后的變形情況，充分考慮軋機立裝后的回收的補償。從而達到即使窗口回收，也可以滿足安裝實際的要求。由于結構的不同，所以該收縮變形量都是不同的，要提前根據軋機的結構進行分析，在加工前給出該平面的補償加工量。只有這樣才能保證軋機在立裝后的變形滿足實際的使用要求。

2 軋機機架在吊運過程中對軋機的影響

2.1 側立吊裝對軋機的窗口的影響

側立起吊，分為吊兩端和吊窗口兩種吊裝方式。這兩種對軋機的窗口精度影響都非常的大。到底影響有多大，我們根據有限元的分析如下：

如圖4所示。為吊裝軋機窗口的變形受力圖，可以很清楚的看出軋機此時的受力在軋機窗口的位置，該位置出現了嚴重的變形。由于重心靠后的原因，變形最大點，也出現在軋機的偏后方。此時最大變形為0.84mm，接近1mm。此時的變形已經超出了彈性變形的范圍內，形成了塑性變形。

如圖5所示為吊裝軋機兩側的變形受力圖，可以很清楚的看出軋機此時的受力在軋機窗口出現了扭曲的變形，由于重心靠后的原因，該變形的最大點，也出現在軋機的偏后方。此時最大變形為0.37mm此時的變形在彈性變形的范圍內。

從這兩個狀態分析，吊兩側的變形最大為0.37mm，而吊中間最大變形可以達到0.84mm。所以側立的吊裝，吊兩側明顯要優于吊軋機中間部分。對軋機的變形控制較好。簡單的軋機側立吊裝，就出現了兩個皆然不同的結果，對于軋機的變形在起吊方面上需要有一個很好的控制，否則加工控制在好也會被吊裝和轉運過程中給破壞，從而導致加工的整體失敗。

2.2 立吊對軋機變形影響

由于安裝過程中，不可避免的要把軋機垂直立起。該立裝的起吊方式會不會也同樣會對軋機整體的精度有影響呢，因為軋機不可避免的都需要進行，立起裝的工序，軋機的窗口變形是什么樣，具體的變形情況圖下所示：

其變形如圖6所示，兩側起吊后。中間將會收縮0.34mm。該變形在彈性變形范圍內，不會對軋機本身造成嚴重的起吊變形。說明我們軋機設計的起吊點還是比較合理的，對窗口的變形量控制較好。

2.3 平吊對軋機變形影響

最后還有一個平吊對軋機的影響。兩側起吊后。由于軋機的兩側重量不同，導致中間將彎曲如圖7所示將會達到0.09。但是該變形在彈性變形范圍內，不會對軋機本身造成嚴重的起吊變形。

2.4 吊裝的結論

吊裝變形有塑性變形、也有彈性變形。在精加工期間，絕不采用變形較大的吊裝。原因很簡單，對軋機的精度影響太大。也絕不采用彈性變形隨意吊裝，盡量減少轉運工序，這樣不僅減少不必要的吊裝變形，同時也可以有效地降低轉運成本，特別是在超重件上，往往天車的電費就非常昂貴，也是降本增效的一個手段。