无缝钢管连轧过程数值模拟及参数优化

 针对目前MPM限动芯棒机组连轧过程由于轧制负荷和轧辊速度不匹配容易引起的轧机效率低、钢管金属堆积、拉裂、拉凹等问题,采用相对等负荷的设计方法建立数值模拟方案,研究关键的可调参数(辊缝值和轧制速度)对连轧力及金属堆拉的影响。研究结果表明：适当增大受轧制力过大的轧辊辊缝值,可以减少其轧制力,反之,可以增大轧制力,调整产生堆拉现象的对应轧辊的轧制速度,解决金属堆拉的问题。通过现场试验数据验证了有限元模型的正确性。根据优化后获得的参数,建立模型并对轧制力进行了模拟分析比较。     

粉末温轧工艺对W-20Cu合金密度和显微组织的影响

在W-Cu混合粉末中加入0.1%~2.0%(质量分数)的有机添加剂,在60~150℃温度下温轧成生板坯,然后进行液相烧结,获得W-20Cu合金板材。通过正交试验研究粉末轧制速度、轧制温度与添加剂含量对生板坯密度的影响,并对烧结板材的密度和显微组织进行分析与表征。结果表明,轧制温度与添加剂含量对粉末轧制板坯密度有显著影响,二轧制速度对生板坯密度的影响较小。随轧制温度升高,W-20Cu生板坯的密度增大,烧结板材的孔隙尺寸逐渐减小,孔隙率逐渐降低,烧结密度相应提高;随添加剂含量增加,板坯密度先升高后降低。在轧制温度为150℃,添加剂含量为0.3%时,生板坯的相对密度达到最大值85.38%,液相烧结后获得相对密度为99.65%的W-20Cu合金板材,金属Cu元素在钨基体中均匀、弥散分布。     

热压烧结法制备W-15Cu复合材料的组织结构研究

将W-15%Cu(质量分数)混合粉末在行星式高能球磨机中球磨,分别采用热压烧结和无压烧结对球磨60h的复合粉末进行烧结。采用XRD对经不同球磨时间后的复合粉末进行物相分析;采用XRD和SEM对烧结后的钨铜复合材料进行物相和形貌分析。结果表明:球磨时间越长,铜在钨中的固溶度越大;相对于无压烧结,采用热压烧结制备的钨铜复合材料孔隙度较小,均匀度较高,相对密度高达98.84%;钨铜复合材料内部存在因铜的挥发和生坯密度分布不均匀造成的烧结体组织分布不均匀。     

钼粉末温压扭成形致密化行为模拟研究

以高径比为0.33的钼粉末坯料作为研究对象,运用MSC.Marc有限元仿真软件,采用热—机耦合分析方法,对其温压和温压扭成形过程进行了模拟,获得了两种工艺在不同摩擦条件下的粉坯相对密度分布及粉末径向流动规律,验证了有限元模型的可靠性。结果表明:两种成形中靠近侧壁的粉末相对密度分布规律相同;摩擦系数较小时,压扭工艺对温压粉坯相对密度分布改善不大;随着摩擦系数增大,温压扭成形粉坯致密性和相对密度分布均匀性提高;温压扭成形端面粉末距中心越远,径向位移越大,侧壁粉末距上模越近,径向位移越小。     

带钢热连轧机工作辊动态温度场仿真与冷却工艺优化

在带钢热轧生产中,工作辊温度轴向分布是带钢板形横向厚差(包括凸度、楔形、边降)与平直性(包括瓢曲浪形、翘曲弯曲、镰刀弯)的重要影响因素。基于ANSYS有限元软件建立两种二维温度场计算模型,对精轧工作辊温度场的建立过程及其主要影响因素进行了数值模拟,揭示了相关轧制工艺参数及冷却工艺参数的影响规律。研究发现,仅在距表面2mm以内的轧辊表层区域,轧辊温度受轧制速度影响较大;轧辊上机前的初始辊温分布对于工作辊在线温度的影响,随着轧钢块数的增加而迅速减小,到轧制第10块带钢时温差已在1℃以内;工作辊轴向温度分布在经过轧制5块带钢即可稳定。通过设计正交试验仿真研究不同因素对工作辊轴向温度分布的定量影响,结果表明工作辊中部与边部的水流密度比值对轴向辊温分布影响最为显著,轧制速度的影响次之,而轧机入口与出口水量分配比例对轴向辊温分布没有明显影响;根据仿真研究结果,提出精轧F1-F7工作辊冷却的最优工艺条件,并经上机使用后跟踪实测工作辊下机温度轴向分布与仿真计算结果吻合良好。     

温轧机的轧辊加热方式研究

温轧机轧辊加热通常有电热丝及感应加热两种方式.通过对比两种加热方式在辊面温度上升的速度和有效轧制辊面区域温度分布均匀性两方面性能,发现感应加热装置可使轧辊表面快速到达目标设定温度,加热效率高,轧机工况更安全.此外通过加装辊面气道吹扫装置可有效调节辊面轴向的温度均匀性,使温轧机的有效轧制区间扩大.     

W粉粒度对粉末温轧制备钨铜合金板组织和性能的影响

将不同粒度W粉分别和Cu粉混合均匀后,在100℃温轧成形获得钨铜生板坯。在1 350℃对生板坯进行液相烧结,获得钨铜合金板。研究了W粉粒度对钨铜生板坯密度和厚度的影响,探索了W粉粒度对烧结坯组织和性能的影响。结果表明:随着W粉粒度的增大,粉末温轧得到的钨铜生板坯的相对密度逐渐增大,厚度出现逐渐减小的变化趋势。W粉粒度越大,生板坯液相烧结后,获得的合金板坯的相对密度变化幅度越小,体积收缩率也越小。但W粉粒度越大,液相烧结过程中,W颗粒之间越难形成烧结颈,不利于生成金属W骨架,降低合金烧结板坯的力学性能。     

新型电磁调控轧机弯辊辊型电磁补偿及初始辊缝

 为解决薄带轧制过程中的各类板形问题,以新型电磁调控轧机为研究对象,利用Marc建立三维热-力耦合有限元模型,分析了弯辊和电磁调控轧辊综合作用下弯辊力和轧制力对轧辊辊型状态、板形分布、板坯边部应力、辊间接触应力、承载辊缝形状的影响规律。结果表明,弯辊机制的施加将直接促进电磁调控轧辊的稳定胀形,使电磁调控轧辊胀形凸度得到整体性补偿,并以板形良好为依据,给出新型调控轧机合理的弯辊力施加范围。对比分析了不同弯辊力和轧制力下辊缝函数的变化情况,形成不同的二次、四次凸度,为板形控制及初始辊缝设定提供依据。     

热轧带钢传热模拟及变形区换热系数的确定

采用数值模拟方法研究了带钢热轧区轧件传热和温度场分布规律.结合现场生产中测温数据,建立了轧制变形区内轧件与轧辊接触传热界面换热系数(HTC)统计模型.分析了辊缝变形区中轧件断面上温度演变和分布特点.研究结果表明,热轧带钢热轧区传热数值模拟计算结果与实际吻合良好;变形区内轧件与轧辊接触传热界面换热系数不仅与平均单位压力相关,而且与轧制速度相关;轧件在轧制变形区存在很大的温度梯度.     

六辊冷连轧机中间辊横移过程辊间接触压力分析

 为了使轧机板形控制性能适应带钢规格材质变化,用于连续轧制高档冷轧薄带钢的六辊冷连轧机大都采取中间辊可横移技术。但是,中间辊横移必定使辊间接触压力分布更不均匀,导致出现接触压力尖峰。在中间辊横移过程中,辊间接触压力和横移阻力都会随横移速度的变化而发生改变,并可能导致辊间接触压力在轧辊端部形成更大的压力尖峰,从而造成轧辊磨损不均匀并缩短轧辊的使用周期。通过建立有限元仿真模型,以仿真模拟获得中间辊横移过程中辊间接触压力的变化规律后,优化设计轧辊辊形,并且提出使用非对称弯辊力的方法,实现了辊间接触压力的分布均匀化,降低了辊间接触压力尖峰值,并延长了轧辊的使用寿命。     

基于FEM分析轧制预变形对AZ31B镁合金热轧板材边部损伤的影响规律

基于FEM(finite element method)研究了轧制预变形对AZ31B镁合金热轧板材边部损伤的影响规律。选用Normalized Cockcroft&Latham损伤模型,在轧制温度为400℃、轧制速度为0.5 m·s^-1的条件下,对规格为50 mm×20 mm×15 mm的AZ31B镁合金板材预先使用凸度轧辊制备不同形状的板坯,使板坯中部的变形量一致,边部比中部分别高出2,4和6 mm,然后分别进行多道次、小压下率和单道次、大压下率平辊轧制模拟仿真。结果表明,轧制预变形能够显著降低镁合金板材边部的损伤,经多道次轧后板材边部的拉应力减小,应力三轴度降低,边部与中部的应变差值减小,边部金属与中部金属流动趋于同步,且在预设仿真方案范围内边部凸度越大,轧后板材边部的损伤值越小,最小损伤值为0.729。对镁合金板材预变形后可实现单道次、大压下率轧制,板材的边部温度和应变速率均有所增加,有利于降低轧制过程中的边部损伤。研究结果可为少或无边裂镁合金板材轧制工艺制定提供理论依据。     

热连轧机组轧辊温度场及热辊型

针对热连轧机组轧辊温度场无法精准预测引起的辊耗及板形问题。为了实现轧辊温度场与热辊型的精确预报来减少异常辊耗和避免重大生产事故的发生,运用数值解析的有限差分法和轧辊热传导方程建立了适合于热轧轧辊温度场与热辊型模型,在此模型基础上引入热轧机组的轧辊冷却水智能分段冷却控制系统,充分考虑复杂状态下冷却水的存在和冷却水流速对轧辊温度场与热辊型的直接影响。结合热连轧轧制过程中的设备参数及其工艺特点,同时考虑轧制钢卷数量递增对轧辊温度场和热辊型的循环叠加作用,编写程序将理论计算公式、模拟调控模型与现场实际工艺设备参数相结合作为分析的研究对象。首先通过现场轧辊测温设备对工作辊和支撑辊进行温度测量,并将测得的实际温度分布值与模型计算值进行对比分析,得到相近的轧辊温度和轧辊凸度变化趋势以及一致的温度和凸度数值,验证了模型计算的准确性和有效性。随后根据结果进行研究分析,得到了钢卷数量变化对轧辊温度和辊凸度的影响,发现了钢卷数增加对温升的叠加影响,同时发现10卷左右将会完成轧辊温度场的温升稳定,同时分析得出冷却水流速在3种不同速度下的轧辊温度沿辊身方向分布情况。最终实现了对工作辊和支撑辊温度场与热辊型的精确...     

基于ANSYS的HC冷轧机辊系变形研究

建立了1720HC冷轧机工作机座的有限元模型,按1#轧机现场实际施加轧制力及载荷、约束后进行有限元模拟。计算了三种工况,分析弯辊技术、窜辊技术对轧辊有载辊缝形状的影响,进而为提高板形质量提供理论参考。     

首钢3500 mm中板轧机辊型研究与应用

采用影响函数法建立轧辊的弹性变形解析模型,针对首钢3 500 mm中板轧机在轧制过程中,支承辊端部出现剥落或掉肉现象,根据首钢中板厂的轧制工艺,分析了不同板宽、不同轧辊辊型、不同轧辊端部倒角以及直倒角参数对辊间压力分布的影响规律.研究结果表明,在轧制能力范围内,轧件越宽,轧辊采用凹辊型可以使辊身部的辊间压力分布更为均匀;倒角的选择和改变直倒角的参数都会相应地改变端部的应力集中现象.研究结果为该轧机的辊型的改造和配置以及提高轧辊寿命提供了理论依据.     

基于有限元分析的冷连轧辊缝设定模型研究

针对冷连轧有限元分析中辊缝设定需要多次调试的问题,在河钢唐钢1 740 mm冷连轧有限元模型研究基础上,开发了一种可以快速确定各机架辊缝设定值的冷连轧辊缝设定模型。利用各机架轧机弹性变形数据拟合出轧制力对出口厚度与辊缝之差的轧机弹性变形公式,同时利用各机架轧件塑性变形数据拟合出轧制力对轧件真应变的轧件塑性变形公式。轧机弹性变形公式和轧件塑性变形公式联立求解出辊缝设定公式,即可通过已知入口厚度和出口厚度确定辊缝设定值。利用该公式对S5机架新增的计算工况条件进行了辊缝预测,并与实际所需辊缝进行对比,偏差控制在5.92%以内,辊缝设定模型可靠。     

热机械法制备超细弥散分布钨铜复合粉末

本研究在对钨铜粉末共还原的基础上设计了一种热机械法来制备超细弥散分布钨铜复合粉末。对粉末通过SEM、XRD、粒度分析、氧含量及其烧结性能的研究 ,结果显示 :通过对钨铜高温氧化物粉末的短时快速球磨 (约 3～ 10小时 )后 ,复合粉末可在较低的温度下还原彻底 ,而且粉末粒度细小 (0 2 μm左右 ) ,分布均匀 ,比表面增加 ,具有极高的烧结性能。对比机械合金化工艺直接制备钨铜复合材料工艺得知 :对氧化物粉末进行了短时高能球磨 ,快速细化了氧化物粉末粒度 (<1μm) ,降低了粉末还原温度 (6 5 0℃ ) ,制备出高分散的超细钨铜复合粉末 (<1μm) ,在较低的烧结温度 (12 0 0℃ )下得到相对密度为 99 5 %、热导率为 2 0 5W·m- 1 ·K- 1 的钨铜复合材料制品。     

四辊冷轧时板形控制的数学模型

板形控制是目前板带轧制理论中一个十分重要的课题。在板带轧制时,板形的好坏主要取决于轧件延伸均匀性的控制,具体反映到轧辊辊缝的控制。辊缝的形状和尺寸取决于轧制力引起的轧辊挠曲和压扁,以及原始辊型、辊缝、磨损、热膨胀的大小。本文从对板形平坦的基本条件分析着手。确定板形控制的公差带,建立了板形控制的分割型数学模型。通过这个模型,可以确定轧制力,轧辊变形与出口轧件厚度的关系。通过各种调整手段,如改变辊型、张力、弯辊力等,改变辊缝的形状和尺寸,使轧件沿横向均匀延伸,从而获得满意的板形。     

VC轧辊过盈力及过盈量的计算及影响分析

支撑辊液压胀形作为VC轧机独有的辊型调控手段，是控制负载辊缝与板形质量最有效的方法之一。同时，因为VC辊液压胀形作用的存在，过盈力和过盈量的定量计算成为VC轧辊设计和校核的关键。为此，首先通过分析VC轧辊套筒和芯轴热装之后的受力与变形情况，提出了原始过盈量和原始过盈力的计算方法。然后，考虑VC轧辊套筒和芯轴受力对轧辊挠度的影响，根据套筒和芯轴在轧制过程中的变形几何关系，确定了VC轧辊套筒和芯轴的变形协调方程，并结合轧制过程中力平衡与力矩平衡方程，建立了VC轧辊实际过盈力和实际过盈量分布的计算模型。最后，利用国内某VC轧机的轧辊结构参数和实际生产过程中的典型规格带钢工艺参数，定量计算并分析了带钢轧制过程中过盈力和过盈量的分布。进一步在极限油压50 MPa范围内选取9.8、19.6、29.4、39.2、49.0 MPa 5种油压，计算并分析了不同油压对过盈力分布的影响。结果表明，过盈力和过盈量分布的主要影响因素是轧制力和油压，且油压对过盈力和过盈量的影响大于轧制力的影响；油压的升高有效降低了过盈力，且油压的变化对距离油腔边部越近的部位影响越大，反之则影响越小。VC轧辊过盈力及过盈量计算模型...     

H型钢万能轧机设定控制的数学模型

万能轧机在轧制Ｈ型钢的过程中，其下辊与立辊间的金属流动行为比较复杂，轧制力和不均匀的温度分布与板材轧相比也为复杂。收于这些复杂的轧制特性，操作者在生产中很难更精确地控制尺寸精度。为了获得较高的生产率及高的尺寸精度，需要一个辊缝自动控制系统。本文作者针对成 能轧机的系统研制出相频的数学模型，内容如下：（１）轧制温度模型：首先有限差分理论计算出Ｈ型钢横截面的温度场分布，然后根据这些计算结果得出简化的数     

二十辊轧机轧制打滑与扭振动力学建模及振动特性分析

轧制过程中,轧制速度的波动和传动系统的扭转振动,都将导致轧辊与带钢表面之间产生相对滑动,严重影响带钢表面质量.为更进一步研究轧辊与带钢打滑特性,建立了森吉米尔二十辊轧机传动系统打滑扭振动力学模型,对不同轧制速度和不同摩擦系数时轧辊扭矩的动力学进行了仿真分析,通过与实验数据的对比,验证了动力学模型的有效性,为分析轧制打滑时扭矩波动提供了新的、完善的分析模型.