多輥軋機(jī)小拋物線壓下裝置仿真

盧建宏 王 宇① 黃 燦 錢文軍

(1：北京斯蒂爾羅林科技發(fā)展有限公司 北京100070；2：達(dá)涅利冶金設(shè)備(北京)有限公司 北京100176；3：北京中冶設(shè)備研究設(shè)計總院有限公司 北京100029)

多輥軋機(jī)小拋物線壓下裝置仿真

盧建宏1王 宇①1黃 燦2錢文軍3

(1：北京斯蒂爾羅林科技發(fā)展有限公司 北京100070；2：達(dá)涅利冶金設(shè)備(北京)有限公司 北京100176；3：北京中冶設(shè)備研究設(shè)計總院有限公司 北京100029)

為了提高多輥軋機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量，根據(jù)有限元仿真分析多輥軋機(jī)壓下裝置位置對板帶橫向應(yīng)力分布的影響，并運用該分析結(jié)果，研制了采用小拋物線壓下裝置的新型多輥軋機(jī)，取得了良好的效果。提出了多輥軋機(jī)小拋物線壓下裝置的新概念。

多輥軋機(jī) 板帶應(yīng)力分布 有限元 仿真 小拋物線壓下裝置

在冷軋寬薄板帶生產(chǎn)中，板形是衡量產(chǎn)品質(zhì)量一個非常重要的指標(biāo)。然而，影響板形的因素非常多：來料板形、軋制規(guī)程、軋輥熱凸度、冷卻等因素；調(diào)整板形的手段也很多，例如：軋輥傾斜調(diào)整、彎輥、分段冷卻、竄輥、錐度輥等。本文從不同的角度出發(fā)，采用有限元仿真，分析多輥軋機(jī)壓下裝置位置對板帶橫向應(yīng)力分布的影響，從而得出多輥軋機(jī)壓下裝置位置對板形的影響。

在軋制過程的彈塑性有限元分析中，按所用的有限元計算方法可以分為兩大類：迭代算法求解微分方程的隱式算法和差分積分方法求解微分方程的顯式算法。

仿真計算采用迭代算法求解微分方程的隱式算法，該算法具有無條件穩(wěn)定的優(yōu)點。

1 板形分析原理

但是，在實際軋制過程中，除了追求整套輥系的撓度最小以外，還必須考慮其他的板形調(diào)節(jié)手段，以及生產(chǎn)效率，使之達(dá)到綜合運用的最佳效果。

2 建立模型

2.1 三維幾何模型

三維幾何模型采用1400mm12輥可逆軋機(jī)的實物尺寸，在三維軟件中建立該模型，然后導(dǎo)入到有限元分析軟件中。在有限元分析軟件中的三維幾何模型如圖1所示(其中壓下裝置中心距指的是兩個壓下油缸中心距以及位于下輥箱底部相應(yīng)位置的墊塊中心距；軋制帶材的寬度為1250mm，厚度為2.5mm)。

圖1 三維幾何模型

2.2 邊界條件

在有限元分析軟件中設(shè)置三維幾何模型的邊界條件如下：兩軋制力均為3.92×106N；帶材上的左右張力為9.8×104N；在機(jī)架的底部建立一個固定面。邊界條件如圖2所示。

2.3 網(wǎng)格劃分

有限元單元網(wǎng)格采用已設(shè)計好的單元進(jìn)行劃分。按表1所示尺寸劃分不同部件的單元格。

劃分后模型如圖3所示(共有：243342個節(jié)點，117177個單元)。

圖2 邊界條件

圖3 網(wǎng)格劃分

2.4 參數(shù)選擇

1)材料參數(shù)選擇見表2。

2)不同壓下裝置位置見表3。

3 結(jié)果分析

3.1 分析結(jié)果對比

在有限元分析的結(jié)果中單獨提取帶材的橫向應(yīng)力分布，將其節(jié)點數(shù)據(jù)導(dǎo)出到Excel，并畫出相應(yīng)的應(yīng)力趨勢線如圖4所示。

3.2結(jié)論

1)兩壓下裝置中心距小于埃里支點時，其四條不同軋制壓力加載曲線中部出現(xiàn)下凹趨勢，隨著軋制力的變化而變化，軋制壓力越大，趨勢越明顯。其孔型呈W狀,最大最小壓應(yīng)力之差為18MPa。

表1 單元格劃分表

表2 材料參數(shù)

表3 不同壓下裝置位置

圖4 中心距小于埃里支點的板帶應(yīng)力分布趨勢線圖

圖5 中心距為埃里支點的板帶應(yīng)力分布趨勢線圖

2)兩壓下裝置中心距為埃里支點時，通過對其四條不同軋制壓力加載曲線比較，其曲線較為平直，撓度最小。其孔型也呈W狀，失去了傳統(tǒng)拋物線孔型中帶材自動對中的功能.最大最小壓應(yīng)力之差為8MPa。

圖6 小拋物線壓下裝置的板帶應(yīng)力分布趨勢線圖

圖7 機(jī)架橫梁中心壓下的板帶應(yīng)力分布趨勢線圖

圖8 不同壓下裝置中心距的板帶應(yīng)力分布趨勢線對比圖

3)采用小拋物線壓下裝置(兩壓下中心裝置距大于埃里支點)時，其四條不同軋制壓力加載曲線中部出現(xiàn)上凸趨勢，隨著軋制力的變化而變化。其孔型呈小拋物線狀,故稱其為小拋物線壓下裝置。既保留了傳統(tǒng)拋物線孔型中帶材自動對中的功能,又改善了板形，其最大最小壓應(yīng)力之差為13MPa。

4)兩壓下裝置位于機(jī)架橫梁中心(即傳統(tǒng)壓下裝置)，其四條不同軋制壓力加載曲線中部出現(xiàn)上凸趨勢，且較兩壓下中心距大于埃里支點的情況更為突出。其孔型呈大拋物線狀,最大最小壓應(yīng)力之差為38MPa。

4 結(jié)束語

根據(jù)分析結(jié)果，可知，當(dāng)兩壓下裝置中心距小于或在埃里支點時，其板帶的橫向應(yīng)力分布較佳。但是，由于其孔型呈W狀，失去了傳統(tǒng)拋物線孔型中帶材自動對中的功能，故影響了軋制穩(wěn)定性，速度和道次壓下率,影響了產(chǎn)量和質(zhì)量。某“專利軋機(jī)”的生產(chǎn)實踐也證明了這一結(jié)論。因此，研制采用小拋物線壓下裝置的新型多輥軋機(jī)，并用其它板形調(diào)節(jié)手段相輔助，使得新型多輥軋機(jī)軋制穩(wěn)定、達(dá)到了預(yù)定的軋速和道次壓下率，保證了產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。也使得新型多輥軋機(jī)軋制的不銹鋼，硅鋼寬幅薄帶的板形好，成材率高。采用小拋物線壓下裝置的新型多輥軋機(jī)使工作輥在軋制壓力的作用下形成小拋物線孔型，從而達(dá)到了既減小厚度偏差，改善板形，又不破壞傳統(tǒng)壓下裝置軋件在孔型中自動對中的穩(wěn)定性。

[1]傅作寶. 冷軋薄鋼板生產(chǎn).北京：冶金工業(yè)出版社，1996.4.

[2]Y.Y.Yang etc. Roll Force and Torque Prediction Using Neural Network and Finite Element Modelling [J]. ISIJ International, 2003, Vol.43(12):1957-1966.

[3]C.G.SUN, Y.Y.LEE, Y.D.LEE and S.M.HWANG. Finite Element Modeling of Thermo-mechanical and Metallurgical Behavior of Type 304 Stainless Steel in Cold Strip Rolling [J]. ISIJ International, 2003, Vol.43(10):1572-1580.

[4]成大先.機(jī)械設(shè)計手冊.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

[5]邢靜忠等. ANSYS7.0分析實例與工程應(yīng)用. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.5.

[6]錢文軍.從壓下裝置的改變看多輥軋機(jī)的發(fā)展.冶金設(shè)備，2007(5).

·業(yè)界動態(tài)·

西門子網(wǎng)絡(luò)管理新系統(tǒng)簡化工業(yè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控

西門子發(fā)布新版V13 Sinema Server軟件，以簡化工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控工作。新版軟件可自動檢測網(wǎng)絡(luò)中的所有Profinet和以太網(wǎng)設(shè)備，并將其清楚地顯示在網(wǎng)絡(luò)瀏覽器中。同時，V13版軟件還能從Simatic控制器(Simatic S7-300/S7-400)及其所連接的Profinet設(shè)備上直接讀取信息，讓維護(hù)人員得以隨時查看所有設(shè)備的狀態(tài)和連接情況，甚至能夠高效監(jiān)控涵蓋多達(dá)50000個節(jié)點的大型網(wǎng)絡(luò)。本軟件旨在幫助用戶盡早發(fā)現(xiàn)潛在故障，為制定預(yù)防措施提供依據(jù)，從而提高設(shè)備的可用性。Sinema Server V13是專門針對制造業(yè)企業(yè)和過程工業(yè)而設(shè)計的。

這些服務(wù)器還能夠利用外部工具執(zhí)行總體評估，Sinema Server配備了通過網(wǎng)絡(luò)訪問輸出數(shù)據(jù)的接口。這一功能意味著數(shù)據(jù)可以利用Excel或基于腳本的系統(tǒng)等標(biāo)準(zhǔn)程序，進(jìn)行集中整理和評估，并根據(jù)客戶要求做進(jìn)一步處理。

馬鋼“高強(qiáng)度冷軋系列雙相鋼制造及應(yīng)用技術(shù)”通過省重大科技攻關(guān)項目驗收

安徽省重大科技攻關(guān)項目“高強(qiáng)度冷軋系列雙相鋼制造及應(yīng)用技術(shù)”，是順應(yīng)汽車輕量化和高性能要求趨勢，基于馬鋼先進(jìn)的汽車板生產(chǎn)線及研發(fā)積淀而開展的攻關(guān)項目，利用馬鋼先進(jìn)連續(xù)退火生產(chǎn)線在國內(nèi)首家采用高H2噴氣冷卻控制技術(shù)，通過合理的退火工藝設(shè)計，開發(fā)出系列高強(qiáng)度冷軋雙相鋼產(chǎn)品；項目組開展汽車用高強(qiáng)度冷軋雙相鋼成形仿真、焊接、涂裝磷化應(yīng)用技術(shù)研究，填補(bǔ)了馬鋼在汽車用高強(qiáng)鋼成形仿真、焊接、涂裝磷化應(yīng)用技術(shù)研究上的空白；并與車輛主機(jī)廠合作，將500MPa級冷軋雙相鋼應(yīng)用于汽車外板生產(chǎn)，并獲得成功；使板材用量減重7.14%，且產(chǎn)品表面質(zhì)量滿足外板標(biāo)準(zhǔn)要求；成為國內(nèi)首家將高強(qiáng)度冷軋雙相鋼產(chǎn)品成功推廣應(yīng)用到汽車外板的廠家。

Simulation About the Small Parabolic Screw-down Device of Multi-High Mill

Lu Jianhong1Wang Yu1Huang Can2Qian Wenjun3

(1:Beijing Steel Rolling Technology and Development Co., Ltd., Beijing 100070;2:DANIELI Metallurgic Equipment (Beijing) Co., Ltd., Beijing 100176;3:Beijing Metallurgical Equipment Research and Design Co., Ltd of MCC, Group, Beijing 100029)

In order to improving product quality of the multi-high mill, based on FEM simulation, the effect of the cylinders position on strip transverse stress distribution are analyzed. Using the analysis results, the multi-high mill with the small parabolic screw-down device have been developed. The concept of the small parabolic screw-down device have been put forward.

Multi-high mill Stress distributing of strip Finite element Simulation Small parabolic screw-down device

盧建宏，男，1978年出生，碩士，工程師，畢業(yè)于武漢科技大學(xué)

TG333.17

A

10.3969/j.issn.1001-1269.2015.03.004

2015-01-04)