冷带钢轧机设备缺陷对板形影响的研究

摘要

板带产品是钢铁工业的主要产品，广泛应用于国民经济的各个部门。板带材轧制的过程是一个极其复杂的过程，涉及到机架、轧辊、带钢及相关的很多方面。带钢板形质量精度是衡量板带产品质量的一项重要指标。为了准确地得到板形随各种扰动因素及控制因素变化而发生变化的规律，必须本质上研究板带轧制的整个过程。本文研究轧制设备缺陷中较为重要的轧辊偏心和带钢跑偏对板形的影响，以便更好的预测和控制带钢板形。轧辊偏心和轧件跑偏是轧制设备的重要缺陷，以往对轧辊偏心和轧件跑偏的研究主要是针对轧机的板形控制系统的研究分析，很少研究轧辊偏心和轧件跑偏等设备缺陷对板形的影响。
　　本文研究轧制设备缺陷对板形的影响。首先，建立辊系和板带的三维模型。应用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对板带轧制成形过程进行有限元仿真与分析，得到轧制过程板带的应力、应变分布及轧制过程中板带形状的变化状况。接下来，针对轧制设备缺陷中的轧辊偏心缺陷进行研究。分别考虑工作辊椭圆偏心和支撑辊椭圆偏心情况，分析在不同轧辊转速、摩擦系数、压下率和来料厚度的影响下，板形的变化规律。最后，针对轧制设备缺陷中的带钢跑偏现象进行研究。分析轧件跑偏机理，模拟轧件原始横向厚度差、轧件中心线原始偏移差和轧辊原始倾斜角对板形的影响。研究结果表明:当轧件存在原始横向厚差时，轧件向较厚一侧跑偏。当轧辊存在原始辊缝差时，轧件向辊缝较大一侧跑偏。
　　通过以上分析确定了影响带钢跑偏和轧辊偏心的主要因素。分析表明:工作辊椭圆偏心情况下，轧制力随着轧辊转速、摩擦系数、压下率的增大而增大，随着来料厚度的增大而减小。支撑辊偏心下轧制力的变化规律与工作辊偏心下轧制力的变化规律相同。工作辊偏心和不偏心下轧制力的最大值分别3200KN和2000KN，最大值相差1200KN。支撑辊偏心和不偏心情况下轧制力的最大值分别为2850KN和2200KN，最大值相差650KN。可见弹性的工作辊减小了支撑辊偏心对板形的影响。当轧件中心线存在原始偏移时，跑偏量很小。当轧件存在横向厚差或轧辊存在倾斜时，跑偏量则相对较大。本文为该型四辊轧机技术参数的选择提供了有力的技术支持，对提高轧机生产产量和板材产品质量有着重要的实际意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题来源

1．2 课题研究的背景和意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 有限元模拟技术在轧制中的应用及展望

1．3．2 国内外对跑偏现象的研究现状

1．3．3 轧辊偏心补偿技术的发展状况

1．4 课题研究的思路及主要内容

第2章 轧制工艺和有限元分析关键技术

2．1 轧制的工艺参数及板形的概念

2．1．1 轧制作用力及咬入条件

2．1．2 板形及板凸度的基本概念

2．2 ANSYS／LS-DYNA一般分析过程

2．3 显示动力学有限元分析方法

2．4 显式动力学分析的关键技术

2．4．1 简化积分

2．4．2 沙漏

2．4．3 材料模型

2．5 本章小结

第3章 四辊轧制过程的成形仿真

3．1 轧机主要设计参数

3．2 有限元分析模型

3．2．1 建立几何模型

3．2．2 单元类型及材料属性

3．2．3 划分网格

3．2．4 创建PART

3．2．5 定义接触

3．2．6 施加约束和载荷

3．3 模拟分析结果及讨论

3．3．1 轧件应力、应变分析

3．3．2 工作辊应力分析

3．3．3 轧后带钢横断面

3．4 本章小结

第4章 轧辊偏心对板形影响的研究

4．1 轧辊偏心的定义和起因

4．2 轧辊偏心的几何模型

4．2．1 工作辊偏心模型的简化

4．2．2 支撑辊偏心模型的简化

4．3 轧辊偏心对板形的影响

4．3．1 工作辊偏心模拟结果分析

4．3．2 支撑辊偏心模拟结果分析

4．4 本章小结

第5章 轧件跑偏对板形影响的研究

5．1 轧件跑偏机理

5．1．1 轧制变形区内的轧件走偏

5．1．2 轧制变形区外的轧件走偏

5．2 轧件走偏的有限元模型

5．3 三种不同轧制状态下轧件跑偏对板形的影响

5．3．1 轧件来料原始横向厚度差引起的跑偏

5．3．2 轧机来料中心初始偏移引起的跑偏

5．3．3 轧辊原始辊缝差引起的跑偏

5．4 防止带钢跑偏的措施

5．5 本章小结

第6章 结论和展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢