利用有限元分析軋機(jī)變形輔助軋機(jī)加工

摘 要：特別是在大的變形彈塑性有限元基本理論基礎(chǔ)上，采用有限元數(shù)值模擬的方法，應(yīng)用UGNX6.0通用有限元分析軟件，建立了軋機(jī)機(jī)架的彈塑性有限元分析模型，揭示了吊點(diǎn)對(duì)軋機(jī)的應(yīng)力、以及應(yīng)變場(chǎng)的分布規(guī)律。找到軋機(jī)變形最小，且在彈性變形內(nèi)的分布情況，找到最合理的吊運(yùn)方式。

關(guān)鍵詞：塑性變形；彈性變形；模擬分析、有限元數(shù)值仿真

1 軋機(jī)的垂直裝配對(duì)結(jié)構(gòu)的變形影響

軋機(jī)的正常裝配過程中，為立裝狀態(tài)。由于受力的原因，軋機(jī)窗口都會(huì)有一個(gè)不同程度的回收，而且這個(gè)回收的數(shù)值還都不一樣。分析造成該原因，主要還是軋機(jī)的結(jié)構(gòu)單薄，重量過大，支撐面又過于分開導(dǎo)致。所以，立裝時(shí)軋機(jī)窗口都有一個(gè)回收的過程，由于軋機(jī)結(jié)構(gòu)的不同也有很大的差別。越是單薄的機(jī)架，回收的現(xiàn)象越是嚴(yán)重。底板越是靠近于軋機(jī)窗口的中間位置，其變形也同樣越是嚴(yán)重。分析變形的原因，其根本為受重力導(dǎo)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(duì)該變形對(duì)軋機(jī)的影響有多大。我們是在dell690工程工作站上，利用美國(guó)UGS公司的大型工程分析軟件UGNX6.0進(jìn)行的有限元分析。

首先我們建立實(shí)體模型圖，根據(jù)實(shí)際受力的情況，將軋機(jī)的接觸單元分別進(jìn)行模擬受力分析。選取的材質(zhì)為接近軋機(jī)實(shí)際材質(zhì)性能。如圖1所示為機(jī)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(shí)際，將基座放到分析模型中，在機(jī)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(duì)軋機(jī)的對(duì)稱面施加對(duì)稱約束，基座底部施加剛度約束的同時(shí)施加自重載荷。就得到了，圖2為機(jī)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(jī)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(nèi)收變形。

機(jī)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(nèi)收變形。以上數(shù)據(jù)說明了為什么在軋機(jī)的裝配時(shí)，出現(xiàn)了回收現(xiàn)象。從這里可以看出，該變形對(duì)軋機(jī)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(shí)的把軋機(jī)窗口加工成為一個(gè)曲面。該曲面為中間寬，兩側(cè)窄的過程。模仿立裝后的變形情況，充分考慮軋機(jī)立裝后的回收的補(bǔ)償。從而達(dá)到即使窗口回收，也可以滿足安裝實(shí)際的要求。由于結(jié)構(gòu)的不同，所以該收縮變形量都是不同的，要提前根據(jù)軋機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，在加工前給出該平面的補(bǔ)償加工量。只有這樣才能保證軋機(jī)在立裝后的變形滿足實(shí)際的使用要求。

2 軋機(jī)機(jī)架在吊運(yùn)過程中對(duì)軋機(jī)的影響

2.1 側(cè)立吊裝對(duì)軋機(jī)的窗口的影響

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

如圖4所示。為吊裝軋機(jī)窗口的變形受力圖，可以很清楚的看出軋機(jī)此時(shí)的受力在軋機(jī)窗口的位置，該位置出現(xiàn)了嚴(yán)重的變形。由于重心靠后的原因，變形最大點(diǎn)，也出現(xiàn)在軋機(jī)的偏后方。此時(shí)最大變形為0.84mm，接近1mm。此時(shí)的變形已經(jīng)超出了彈性變形的范圍內(nèi)，形成了塑性變形。

如圖5所示為吊裝軋機(jī)兩側(cè)的變形受力圖，可以很清楚的看出軋機(jī)此時(shí)的受力在軋機(jī)窗口出現(xiàn)了扭曲的變形，由于重心靠后的原因，該變形的最大點(diǎn)，也出現(xiàn)在軋機(jī)的偏后方。此時(shí)最大變形為0.37mm此時(shí)的變形在彈性變形的范圍內(nèi)。

從這兩個(gè)狀態(tài)分析，吊兩側(cè)的變形最大為0.37mm，而吊中間最大變形可以達(dá)到0.84mm。所以側(cè)立的吊裝，吊兩側(cè)明顯要優(yōu)于吊軋機(jī)中間部分。對(duì)軋機(jī)的變形控制較好。簡(jiǎn)單的軋機(jī)側(cè)立吊裝，就出現(xiàn)了兩個(gè)皆然不同的結(jié)果，對(duì)于軋機(jī)的變形在起吊方面上需要有一個(gè)很好的控制，否則加工控制在好也會(huì)被吊裝和轉(zhuǎn)運(yùn)過程中給破壞，從而導(dǎo)致加工的整體失敗。

2.2 立吊對(duì)軋機(jī)變形影響

由于安裝過程中，不可避免的要把軋機(jī)垂直立起。該立裝的起吊方式會(huì)不會(huì)也同樣會(huì)對(duì)軋機(jī)整體的精度有影響呢，因?yàn)檐垯C(jī)不可避免的都需要進(jìn)行，立起裝的工序，軋機(jī)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(cè)起吊后。中間將會(huì)收縮0.34mm。該變形在彈性變形范圍內(nèi)，不會(huì)對(duì)軋機(jī)本身造成嚴(yán)重的起吊變形。說明我們軋機(jī)設(shè)計(jì)的起吊點(diǎn)還是比較合理的，對(duì)窗口的變形量控制較好。

2.3 平吊對(duì)軋機(jī)變形影響

最后還有一個(gè)平吊對(duì)軋機(jī)的影響。兩側(cè)起吊后。由于軋機(jī)的兩側(cè)重量不同，導(dǎo)致中間將彎曲如圖7所示將會(huì)達(dá)到0.09。但是該變形在彈性變形范圍內(nèi)，不會(huì)對(duì)軋機(jī)本身造成嚴(yán)重的起吊變形。

2.4 吊裝的結(jié)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(jiǎn)單，對(duì)軋機(jī)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(zhuǎn)運(yùn)工序，這樣不僅減少不必要的吊裝變形，同時(shí)也可以有效地降低轉(zhuǎn)運(yùn)成本，特別是在超重件上，往往天車的電費(fèi)就非常昂貴，也是降本增效的一個(gè)手段。