摩擦对宽厚板热轧过程宽展影响的数值模拟

摘要

宽厚板是国家钢铁产业的重要组成部分，广泛应用于军事、工业、农业等国民经济建设的各个领域。在宽厚板热轧生产中，轧件尺寸控制不良造成大量的切头尾、切边损失，从而影响了轧件成材率的提高。轧件厚度尺寸在制定轧制工艺时就已确定，轧制变形过程中宽度尺寸和长度尺寸相互影响，相互制约，合理控制轧制变形过程中宽度变化对轧件尺寸控制具有重要意义。由于宽厚板热轧过程的宽展属于自由宽展，摩擦对轧件的变形过程具有不可忽视的作用。研究轧制过程中摩擦对宽展变形的影响可为轧件宽度的控制提供依据。因此，本文以宽厚板热轧过程中宽展为研究对象，采用数值模拟的方法研究了轧制过程中摩擦对宽展变形的影响规律。
　　首先，对宽展的影响因素及轧制过程中摩擦对变形的影响进行了综合分析，并总结了轧制过程中摩擦的研究进展和广泛使用的宽展计算公式。采用有限元软件MSC.Marc，建立了宽厚板热轧过程三维热-力耦合有限元模型。为验证有限元模型的可靠性，采用上述模型对实际宽厚板轧制过程进行模拟。模拟宽展和实测宽展符合较好，证明了模型的可靠性，这为开展摩擦对宽展影响规律研究奠定了工作基础。
　　其次，利用上述有限元模型对四种常见尺寸的宽厚板轧件在不同摩擦系数和不同压下量条件下的轧制过程进行大量有限元模拟。结果表明，纵向摩擦力主要分布在宽度中心区域，横向摩擦力集中在轧件边部，摩擦力的大小均随摩擦系数的增加而增加。摩擦系数的变化对轧件表层金属宽向流动有一定影响，对下层金属宽向流动影响较弱。随摩擦系数的增加轧件侧边在自由表面处的宽展减小，厚度对称面处的宽展增加。轧件的平均宽展随摩擦系数的增加而降低，这种变化趋势随压下量的增加和轧件宽度的减小而愈显著。
　　在以上宽展规律和模拟宽展数据的基础上，用摩擦系数修正了芝原宽展计算公式。修正后的芝原宽展公式计算的宽展与模拟的宽展符合较好，可为宽厚板轧制过程中精确地控制宽展提供一定参考。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 宽厚板生产概述

1．3 宽展变形特点

1．3．1 宽展及其分类

1．3．2 宽展的影响因素

1．4 摩擦在轧制过程中的作用分析

1．4．1 轧制中摩擦简介

1．4．2 变形区内金属的流动规律

1．4．3 轧制中摩擦的研究概述

1．5 轧制中宽展计算模型的研究

1．6 本课题的主要研究内容和研究意义

1．6．1 本课题的研究意义

1．6．2 本课题的主要研究内容

2 有限元数值模拟基本理论及软件介绍

2．1 引言

2．2 轧制过程中传热学理论及有限元分析

2．2．1 含内热源的瞬态热传导方程

2．2．2 初始条件和边界条件

2．2．3 热传导问题的有限元法

2．3 弹塑性力学基本理论及有限元分析

2．3．1 弹塑性力学的基本理论

2．3．2 弹塑性力学问题的有限兀法

2．4 有限元软件介绍

2．4．1 MSC．Marc软件简介

2．4．2 MSC．Marc软件接触算法流程

2．4．3 MSC．Marc软件对接触摩擦问题的处理

2．5 本章小结

3 宽厚板热轧过程中宽展的有限元数值模拟研究

3．1 引言

3．2 宽厚板热轧过程弹塑性有限元模型的建立

3．2．1 几何模型与网格划分

3．2．2 材料模型

3．2．3 初始条件和边界条件

3．3 有限元模型的验证

3．3．1 实际轧制工况的模拟

3．3．2 模拟结果的分析与讨论

3．4 本章小结

4 摩擦对宽厚板热轧过程宽展影响的有限元数值模拟研究

4．1 引言

4．2 轧制工艺的确定

4．3 模拟结果与分析

4．3．1 局部摩擦力的分布

4．3．2 摩擦系数对金属宽向流动的影响

4．3．3 摩擦系数对侧边宽展形状的影响

4．3．4 摩擦系数对宽展的影响

4．4 本章小结

5 宽展公式的回归

5．1 引言

5．2 各公式计算值和模拟宽展值的对比分析

5．3 模拟宽展与芝原公式对比分析

5．4 摩擦系数对芝原宽展公式的修正

5．5 本章小结

结论

展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢