微张力减径过程热力耦合有限元模拟

根据某厂十机架微张力减径机组轧制工艺,采用大变形弹塑性有限元法建立了管坯连轧三维热力耦合计算模型,并对实际工艺过程进行数值计算,得到了连轧过程中轧件的温度场、应变场和应力场分布规律。基于计算结果,分析了管坯壁厚分布规律、机架力能参数分布。所得结果与现场设定、实测结果吻合良好,表明了该计算模型的有效性。该模型可为现场张力减径工艺过程离线分析提供有力帮助。     

铝合金热轧过程塑性变形分析

根据弹塑性热力耦合大变形有限元理论,获得热轧过程中的数值仿真模型,分析轧制过程中轧件单道次轧制的变形规律以及平均应变率、摩擦因数等参数对轧制变形的影响。计算结果表明,轧件的应变在轧制过程中逐渐增大,并且在轧件表面的应变要大于其中心应变;轧件表面在轧制入口处应变率最大,轧件中心最大应变率发生在接触区约1/3处;轧件表面应变受摩擦因数的影响较大,轧件中心处应变及整体应变率受摩擦因数影响较小。     

无缝钢管张力减径过程的有限元模型开发及应用

为了研究热轧无缝钢管张力减径过程的金属变形,利用组元建模原理,把张力作为相邻机架之间的边界条件,使得张力减径过程分为机架上的轧制变形过程和机架之间的网格再生过程。建立高阶拟合函数来精确描述轧辊孔型曲面,应用摩擦元模型来模拟接触摩擦,并用正割模量法来求解非线性方程组,在上述理论基础上开发张力减径弹塑性有限元模型,利用该模型对某厂张力减径机组进行有限元建模分析。通过与实际轧制结果比较可知,模拟计算与实际轧制的产品断面形状接近,都呈现轻微内六方形状,且壁厚变化规律一致,几何尺寸与实测值吻合良好,表明所开发的钢管张力减径弹塑性有限元模型能够满足工程计算要求,为预测断面形状和终轧尺寸精度提供有效研究手段。     

四辊方管轧机机架有限元分析与结构改进研究

首先根据现有四辊方管轧机机架尺寸数据建立方管成型机组的三维模型,之后把工厂的生产经验和张力减径理论相结合确定机组各项工艺参数。应用显式动力学分析软件对三架方管轧机轧制过程进行仿真,求得钢管所受最大压力大小及出现的时间、位置,从而结合轧制力计算公式得到各架轧机所受轧制力范围。之后把最大轧制力导入有限元软件,对四辊轧机机架进行有限元分析,得到机架在最大轧制力作用下的应力应变分布规律,从而改进机架的薄弱结构,并把改进结果导入有限元软件中进行对比分析。最终在降低机架等效应力的同时,有效降低了机架的自重,且机架变形量增加很小。从而使机架性能得到改善,同时降低了生产成本。     

MPM钢管连轧过程的热力耦合有限元分析

针对MPM钢管连轧过程特点,利用Marc有限元分析软件建立了三维热力耦合有限元模型,并对模拟结果:钢管出口形状、应力应变情况、轧制温度、机架轧制力进行了分析。结果表明:钢管外径和壁厚随着不用道次的进行而交替减小,最后趋于成品尺寸;钢管在辊底位置的等效应变最大,在辊缝处的等效应变最小;随轧制道次的递增,钢管内外表面的温度逐渐降低,而钢管内部温度先升高后降低。     

工艺参数对21-6-9高强不锈钢管数控弯曲壁厚减薄影响的显著性分析

为实现21-6-9高强不锈钢管数控弯曲精确成形,提高其成形质量与成形极限,需要对弯曲过程中壁厚减薄进行有效控制。基于ABAQUS/Explicit有限元软件平台,建立了21-6-9高强不锈钢管数控弯曲三维弹塑性有限元模型,并对其可靠性进行了验证。通过有限元模拟和正交试验,研究了工艺参数对21-6-9高强不锈钢管数控弯曲壁厚减薄影响的显著性及规律。结果表明,影响壁厚减薄的显著性工艺参数依次为芯棒伸出量、管材与芯棒间隙、管材与防皱块摩擦因数、管材与芯棒摩擦因数、管材与压块摩擦因数和弯曲速度,其影响规律为：壁厚减薄率随着芯棒伸出量、管材与防皱块摩擦因数、管材与芯棒摩擦因数、管材与压块摩擦因数、弯曲速度的增大或管材与芯棒间隙的减小而增大。采用多元线性回归方法建立了最大壁厚减薄率与显著性工艺参数之间的回归预测模型,经对比验证,回归预测模型结果与正交试验结果之间的相对误差不超过5%。     

板带轧制过程的整机动态仿真方法探索与研究

为深入了解轧机在轧制过程中的动态特性,探索整机弹性体单元轧制过程的有限元仿真方法,采用有限元软件Hypermesh和Ls-dyna对90mm铅带轧机进行轧制过程的动态仿真分析。详细介绍了有限元模型的建立,材料参数、边界条件及载荷的定义。通过对比四种方式下轧制过程仿真结果,验证了整机弹性体单元方法的可行性。结果发现:采用整机弹性体单元方法仿真得到的轧制力比传统方式得到的轧制力小;影响轧件厚度的主要因素是轧辊的弹性变形和机架(含轴承座)弹性变形;通过整机弹性体单元方法不仅能更准确得到机座刚度系数,而且能校核轧机的机械结构在轧制过程中的强度。     

Y型三辊连轧过程热力耦合弹塑性有限元分析

借助有限元分析软件Marc,采用大变形热力耦合弹塑性方法,对Y型三辊连轧过程进行了模拟仿真,分析了Y型三辊轧机轧制过程中轧件的变形和轧辊的轧制力、轧制力矩的变化趋势.     

钢管张力减径过程中直径与壁厚的确定

无缝钢管在张力减径过程后通常会出现表面质量差、尺寸精度低和横向壁厚不均匀等问题,有必要对张力减径过程中各机架减径率进行合理分配以及精确计算各机架出口侧的外径和壁厚。采用幂函数分配通式进行工作机组减径率的设计和引入径壁比确定张力系数的办法可以准确预测钢管经过张力减径机组各机架后的直径和壁厚。通过试验验证,该方法可以满足实际生产要求。     

三辊减径机架有限元分析与结构改进研究

依据已有尺寸数据建立了三辊减径机架三维模型,分析机架受力情况,根据张力减径理论分配确定机组各项工艺参数并计算各机架轧制力,得到减径机组所受轧制力范围,利用有限元软件对三辊减径机架进行有限元分析,得到机架在最大轧制力作用下的应力应变分布规律。根据分析结果对机架结构进行改进,在ANSYS中检验对比改进结果,机架所受等效应力与自身重量明显降低,同时机架变形量增加很小,改善了机架性能,降低了生产成本,表明对机架结构的改进设计是合理与有效的。     

高速冷轧机辊系非线性动力学模型及控制参数优化

综合运用轧制过程动态轧制力模型、轧机系统分段非线性弹性力模型和分段非线性摩擦力模型,建立了考虑非线性因素耦合的高速冷轧机辊系动力学模型,采用平均法求解幅频响应方程,研究了轧机系统主要参数对轧机垂直振动的影响。分析结果表明：动态轧制力一次项刚度越小,轧机系统固有频率越大;动态轧制力三次项刚度不为零时,轧机系统出现明显跳跃现象;非线性弹性力起主导作用时,易发生跳跃现象;非线性摩擦力越大,轧机系统振动幅值越小,分段特性减弱;外扰力幅值越大,振动幅值越大,振动越剧烈;线性阻尼越大,振动幅值越小且减小幅度越缓慢。     

四辊冷带轧机三倍频颤振机理的研究

研究了四辊冷带轧机三倍频颤振的产生机理,发展了轧件振动模型,分析了由于轧件失稳所导致的轧机颤振现象,提出了轧机三倍频再生颤振模型,并对其进行了理论研究,仿真结果和现场测试进一步论证了三倍频再生颤振理论模型的正确性及其工业价值。     

薄带钢冷连轧横向厚差控制理论及DI材横向厚差控制技术研究

针对软质、宽幅、薄带钢冷连轧过程横向厚差(凸度和边降两个指标描述)的生成与控制问题,运用ABAQUS有限元软件建立冷连轧过程辊系-轧件一体化仿真模型,定义用以反映冷连轧各个机架对成品带钢横向厚差控制的贡献大小的指标——横向厚差控制权重,深入研究冷连轧过程带钢横向厚差的生成、遗传规律和其中凸度与边降的相互耦合影响,探索研究软质薄带钢冷连轧过程中横向厚差控制策略及针对DI材的横向厚差控制技术。仿真研究发现,冷连轧机的前两个机架具有远高于其他机架的横向厚差控制权重,是连轧机组中最适于也最有效的控制横向厚差的机架;一般地,第1机架的权重大于第2机架,但带钢材质越软、厚度越薄,第2机架的权重越大,尤其对于极薄且软的带钢,第2机架可以具有大于第1机架的权重;冷连轧过程中通过板形调控机构调控横向厚差时,各机架处带钢边降与凸度的耦合程度从第1架到第5架逐步提高。结合仿真分析结果,研究提出针对国内某1420冷连轧机的DI材横向厚差控制的总体策略和系列技术,并在生产试验后投入长期稳定使用,使该机组的DI材横向厚差控制精度合格率从过去的76.25%提高至92.10%。     

基于流面条元法的四辊热带钢连轧机整机仿真

用流面条元法分析带材的三维塑性变形，用影响系数法分析辊系的弹性变形，将二者联立，组成板形和板凸度的分析和计算模型，对1450mm四辊热带钢连轧机的轧制过程进行了仿真，仿真结果与实测结果吻合良好，为四辊热带钢连轧机板形分析与控制的仿真提供了模型和方法。     

中厚板轧机垂直振动研究

建立了6自由度的4200轧机垂直振动系统的动力学模型,并用Matlab对其进行了动态分析和仿真,分析了轧制力随时间变化的7种工况下的系统响应,得出了影响轧机垂直方向自激振动的因素,从而为轧制过程中避免产生垂直方向自激振动提供了可靠的理论依据.     

双机架平整机组摩擦因数模型的开发

双机架平整机组湿平整轧制过程中影响摩擦因数的因素较多,采用常规方法无法回归问题。在大量的现场试验与理论研究的基础上,通过对辊缝中润滑油膜厚度与摩擦因数之间关系的定量研究,建立了一套双机架平整机组湿平整轧制过程中的摩擦因数模型,解出了双机架平整机组机架间的延伸率分配系数,并将其应用到某1420连退平整机组的生产实践,取得了良好的使用效果,具有进一步推广应用的价值。     

热轧宽带钢自由规程轧制中机型的配置

为了提高自由规程轧制中热连轧机的板形调节能力,提出了热轧宽带钢的机型配置方案。新机型的特点在于轧机的上游机架采用线性变凸度工作辊技术,下游机架使用锥形工作辊技术,全机组采用变接触轧制技术和强力弯辊。生产实绩表明,新机型配置方案使得宽带钢热连轧机板形控制性能大幅提高,能够适应自由规程轧制的需求。     

H13钢轧机芯棒的试验研究

轧机芯棒是冶金行业连续式轧管机轧制无缝钢管的主要工装之一,芯棒的需求量与无缝钢管的产量同比增长。轧机芯棒直径为107～277mm,其工作长度一般为15～18m,属于超长杆件。目前芯棒所用材料为美国热作模具钢H13(4Cr5MoSiV1)。通过对国产芯棒材料的冶炼、锻造和热处理试验,获取了大量试验数据,经过筛选和优化,获得了H13钢轧机芯棒的热处理生产工艺,为实现计算机辅助热处理工艺设计(CAPP)提供基础数据,同时也对H13钢的应用进行深入探讨。     

Fuzzy algorithm for calculating roll speed variation based on roll separating force in hot rolling

Thickness control of hot-rolled strips has become an important issue in recent years because of the need for improving the quality of the hot-rolled strip. For this purpose, various thickness control systems such as finishing mill set-up (FSU), automatic gauge control (AGC), and looper control system, have been developed at steel works. Although these systems have greatly improved the quality of the strip thickness, there still exists a small amount of thickness deviation. It is difficult to adequately control by applying conventional thickness control techniques since hot rolling process is a highly nonlinear system in which many process parameters are coupled. In this study, a fuzzy algorithm to calculate the roll speed variations was developed in order to improve the thickness uniformity of hot-rolled strips. Since the strip thickness is mostly affected by the magnitude of roll separating force depending on the roll speed, the strip thickness deviation between the desired and actual thicknesses can be reduced by controlling roll speed. In order to carry out this investigation, slab analysis was carried out to determine the relation between roll separating force and roll speed for various process parameters such as roll speed, reduction ratio, strip entry thickness, and front and back tensions. From the production data, the effective stress-strain rate relations of the materials used in slab analyses were acquired. Based on the analytical results, the relation between roll separating force and roll speed was approximated by a log function. A fuzzy algorithm was developed to determine variations in roll speed according to variations of roll separating force, depending on various ranges of rolling temperature, reduction ratio, front and back tensions, and strip thickness. In addition, simulations to predict roll speed variations for a small amount of thickness deviation were carried out at continuous finishing mills consisting of seven stands and the calculated roll speed variations were found to be reasonable. Thus, the developed fuzzy algorithm might be useful in reducing the thickness deviation in the actual hot rolling mills.