基于solidworks simulation平臺(tái)的熱軋輥失效及輥軸提取方法探討

徐剛 張媛 李亮

摘要：本文從萊鋼中型線(xiàn)軋輥失效及其原因分析入手，運(yùn)用solidworks建模及simulation軟件進(jìn)行有限元分析，對(duì)軋輥所受的靜力、扭轉(zhuǎn)力、剪應(yīng)力、熱應(yīng)力、離心應(yīng)力分別模擬，為以后工作分析提供了參考。在此基礎(chǔ)上，為了減少成本，提高軋輥利用率，我們發(fā)明一軋輥加熱提取輥軸回收再利用的方法并進(jìn)行模擬并進(jìn)行實(shí)地操作。

關(guān)鍵詞：有限元分析；輥軸；

前言

提高軋材內(nèi)在質(zhì)量和精度，降低生產(chǎn)成本是當(dāng)今軋鋼領(lǐng)域的重要研究課題，但同時(shí)也對(duì)軋輥、輥環(huán)的耐磨性、強(qiáng)度及韌性等提出了很高的要求。因此應(yīng)該在原有制造工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析軋輥、輥環(huán)失效及提出一些合理利用、經(jīng)濟(jì)有效地方法。solidworks simulation是一種近年來(lái)在各個(gè)領(lǐng)域普遍使用的有限元分析方法，本文主要利用此軟件對(duì)精軋機(jī)組熱軋輥進(jìn)行失效及優(yōu)化方面的探討。

1.solidworks simulation有限元分析在本課題中的計(jì)算流程及方法

本課題中solidworks simulation應(yīng)用在軋輥失效分析以及輥軸提取的熱力學(xué)分析過(guò)程中，主要所采取的有限元分析的靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、熱分析模塊，進(jìn)行瞬態(tài)穩(wěn)態(tài)分析，基本步驟如下：

1.1.軋輥失效分析：需要對(duì)軋輥的基本參數(shù)確定——結(jié)構(gòu)靜力分析、動(dòng)力學(xué)分析——ansys前期處理（包括定義單元類(lèi)型、定義材料屬性、幾何模型、設(shè)置參數(shù)）——網(wǎng)格劃分——各種載荷的施加——后期處理

1.2.加熱軋輥提取輥軸過(guò)程熱力學(xué)分析：確定軋輥熱穩(wěn)態(tài)傳熱源——建立模型（并定義單元類(lèi)型、材料性質(zhì)）——?jiǎng)澐志W(wǎng)格密度——施加與溫度有關(guān)的對(duì)流邊界及對(duì)流率——結(jié)果顯示

2.solidworks simulation三維熱——力耦合模型建立與分析

使用過(guò)程中，熱變形與各種力耦合，產(chǎn)生變形因各個(gè)參數(shù)變化而不同，應(yīng)因場(chǎng)合綜合分析設(shè)計(jì)軋輥各項(xiàng)參數(shù)和孔型，使之達(dá)到最優(yōu)化的目的。

3.軋輥加熱提取輥軸回收再利用的熱力學(xué)有限元分析

3.1. 輥軸的回收與輥環(huán)的再利用

在生產(chǎn)中，輥環(huán)的失效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于輥軸的失效率，而兩者的膨脹系數(shù)是不一樣的，因此可以假設(shè)將軋輥放入熱力場(chǎng)中，足夠的時(shí)間以后，兩者會(huì)分離。我們利用ANSYS軟件進(jìn)行模擬分析，這樣不僅可以減少時(shí)間還可以降低實(shí)際操作的成本。分離后的輥環(huán)并不是要棄之不用，可以車(chē)去失效層進(jìn)行再利用。

輥環(huán)加熱方式采用井式電阻爐加熱，加熱時(shí)間快、受熱均勻，保溫良好，具有爐溫?zé)犭娕己烷_(kāi)合熱電偶。

3.2. 熱力場(chǎng)中軋輥膨脹的有限元分析

3.3. 加熱過(guò)程中金相組織的變化

我們所做工作的目的，既要使軋輥和輥環(huán)相互分離，也不能改變兩者的化學(xué)屬性。在鐵碳相圖中，可以知道，存在于727℃以下的萊氏體稱(chēng)為變態(tài)萊氏體或稱(chēng)低溫萊氏體，用符號(hào)Ldˊ表示，組織由滲碳體和珠光體組成。而萊氏體的基體是硬而脆的滲碳體，所以硬度高，塑性很差，所以要避免加熱部件持續(xù)存在于臨界溫度之下.

3.4 .具體實(shí)施步驟

3.4.1.找到需要分離的軋輥，用干抹布將油污清理干凈，放置晾干

3.4.2.用行車(chē)把軋輥放到井式電阻爐內(nèi)（落放豎直，速度要慢，避免碰到爐壁，損傷電阻絲，爐溫?zé)犭娕家冯x爐膛，避免軋輥落下時(shí)發(fā)生碰撞）

3.4.3.軋輥放入以后，把爐溫?zé)犭娕疾迦耄M量要深，開(kāi)合熱電偶與輥環(huán)接觸，并用石棉和墊鐵壓住（開(kāi)合熱電偶不要和電阻絲接觸）

3.4.4.蓋上爐蓋，操作開(kāi)關(guān)進(jìn)行加熱，注意溫度指示盤(pán)上做好記錄，嚴(yán)格按照加熱曲線(xiàn)加熱和調(diào)溫（溫度由100℃以20℃/h加熱至580℃）

3.4.5.帶輥環(huán)加熱24小時(shí)以后，停電出爐，用行車(chē)豎直將輥軸提出，過(guò)程要防止碰撞。

3.4.6.移走行車(chē)，將輥軸室溫冷卻。

3.5. 輥環(huán)的后期處理

剩余輥環(huán)由于外層只是不符合本生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)要求，但是可以應(yīng)用到小型及其他生產(chǎn)線(xiàn)，因此可以車(chē)削后后續(xù)利用。輥環(huán)是離心復(fù)合鑄造高碳鎳鎘耐磨鑄鋼，是在離心力的環(huán)境下生產(chǎn)的，工作層不是整個(gè)部件。報(bào)廢后工作層可能一部分磨損，為了后續(xù)利用，可以聯(lián)系廠(chǎng)家進(jìn)一步加厚工作層。