万能轧制过程轧件相对立辊前滑的理论和实验研究

为便于钢轨万能轧制过程解析计算,将轧制轨头立辊合理简化为平辊,并且将钢轨断面形状等效为工字形断面。基于立辊的力矩平衡条件,推导出轨头、轨底变形区的中性角公式,并根据秒流量相等理论,推导出轨头和轨底相对于立辊的前滑系数公式。为验证理论模型,在燕山大学实验室的万能轧机上完成了18kg/m轻轨的万能热轧实验,用压痕法实测了不同轧制规程时轨头和轨底相对于立辊的前滑系数。通过对比,理论模型计算结果与实验结果比较接近,可以用于钢轨万能轧制过程前滑预测。     

基于功率最小原理和遗传算法的钢轨万能轧制过程宽展预测

为得到钢轨万能轧制过程轨头和轨底的精确宽展,以轨头和轨底宽展为待定参数,在坯料断面尺寸、设备参数、轧制工艺参数已知的基础上,基于上限原理推导得出包含轨头和轨底宽展系数的钢轨万能轧制过程总功率表达式,并应用MATLAB软件遗传算法工具箱编写M文件对钢轨万能轧制总功率进行单目标优化,得到轧制功率最小时的轨头和轨底宽展系数。为验证理论模型,对18kg/m轻轨进行万能轧制实验,并用DEFORM软件模拟其万能轧制过程,将优化后宽展系数与实验结果进行对比,两者误差小于2%。     

波纹轨腰钢轨的变形特点分析

基于有限元软件ANSYS/LS-DYNY,模拟了波纹轨腰钢轨的轧制过程。分析轧制波纹轨腰钢轨时,咬入条件、变形区、伸长系数、前后滑区等与轧制普通钢轨的不同。通过其轧制变形特点的分析,找出轧制波纹轨腰钢轨轧制力大的原因。结果表明,轧制波纹轨腰钢轨时,只要轧件与齿型辊接触,就能保证咬入;轧制形变区的存在对金属起到了预变形的作用,同时也是轧制力较大的原因;为了保证波纹轨腰轨头和轨底的均匀伸长,应使轨腰的总体伸长系数与轨头和轨底的伸长系数一致。     

上限原理在重轨万能轧制过程平均温度计算中的应用

在重轨万能轧制过程中,首先建立了简化的三维几何模型,然后分别给出了轨腰、轨头及轨底的运动学许可速度场以及相应的应变速度场和剪应变速度强度。根据上限原理分别求出了轨腰、轨头及轨底在运动学许可速度场下的塑性变形温升和摩擦温升,并且求得了轧件在相邻机架之间的穿梭温降。根据水平辊和立辊的能量平衡条件求出了接触温降,得到了轧件在单个机架上变形前后的温度变化。为了验证理论模型,对轧制过程的温度变化进行了刚塑性有限元仿真,得到了钢轨各部分的平均温度的有限元解。通过比较理论解、有限元解和实测表面温度可知,上限原理求得的平均温度值大于表面温度实测值,而且接近于有限元解,能更准确地表示轧件温度。因此,根据上限原理控制轧制温度从而控制钢轨的微观组织变化以得到高质量钢轨是可行的。     

重轨轨头廓形尺寸精度控制的有限元分析

重轨轨头的廓形精度是衡量高速铁路用钢轨质量水平的重要指标之一。采用有限元方法对半万能工艺下UF轧制过程进行了模拟,通过对比实验,分析了来料宽度、水平辊压下量及腹高差值变化对轨头与轨腰间金属横向流动及轨头廓形成形精度的影响。结果表明,轨头部分来料宽度变化对轨头与轨腰间金属横向流动基本无影响;水平辊压下使轨腰金属向轨头流动,使轨头展宽量增大;腹高差值使轨头金属向轨腰流动,使轨头展宽量减小,在两者综合作用下,轨头金属最终向轨腰流动,造成轨头金属量减少,孔型设计时应考虑此偏差造成的头腰延伸率不匹配及廓形充满度问题。轨头部分来料宽度变化会直接改变轨头金属量进而影响其廓形精度,孔型过充满后,来料宽度增加引起的轨头展宽量显著增加;腹高差值过大或水平辊压下量过大均会加剧轨头与轨腰间金属横向流动,不利于降低钢轨轧后残余应力。     

钢轨高压水除鳞过程射流冲击流场及冲击压力分布研究

根据钢轨异型坯断面形状、万能轧制过程高压水除鳞装置设备参数以及除鳞喷嘴的位置和特点,结合钢轨万能轧制规程确定了冲击靶距、除鳞时间和喷嘴出口速度等参数,并基于Fluent软件建立了60 kg·m-1重轨高压水除鳞过程二维模型并完成了射流冲击过程流体流动场和冲击压力仿真。得到了单喷嘴和双喷嘴射流冲击下射流体积分数、高压水速度矢量分布以及轨腰、轨底和轨头表面的冲击压力分布,并且分析了冲击靶距、喷嘴数量和喷嘴出口速度等参数对钢轨异型坯表面冲击压力分布的影响。研究结果表明这种压力在喷嘴中心处最大,向边缘处逐步减小;同时受断面形状和喷嘴布置状况影响较大。     

钢轨万能轧制—工艺概况

1.钢轨万能轧制的原理在钢轨万能轧制中,万能轧机轧辊和轧边机轧辊可使钢轨整个断面得到较好的锻压作用,见图1。在普通轧制时,典型的单向压力线不能直接作用于轨头和轨底,如图2a所示,而在万能轧制时,如图2b所示,压力线直接并且主要是压缩轨头和轨底,同时,使整个断面得到良好的均衡细化。     

波纹轨腰钢轨万能轧制数值模拟与实验研究

利用显示动力学有限元分析方法,模拟了波纹轨腰钢轨的轧制过程;分析了轧制速度、压下量、轧件初始厚度对轧制力的影响。在燕山大学三机架万能轧机上进行了波纹轨腰钢轨的轧制实验,在相同的轧制条件下,实验所得的轧制力与数值模拟所得的轧制力基本相符,证明了理论分析的正确性。说明用数值模拟所得的轧制力能参数能够用于指导实际生产中工艺参数的制定。     

齿型辊辊型曲线对波纹轨腰钢轨轧制力的影响

波纹轨腰钢轨是一种特殊的钢轨结构。轧制波纹轨腰钢轨的水平辊由于其外形接近于直齿齿轮而被称为齿型辊。齿型辊的辊型曲线对波纹轨腰的轧制成品质量、成形过程及轧制力均有较大的影响。设计了轧制波纹轨腰的齿型辊辊型曲线,建立了波纹轨腰钢轨轧制的有限元模型,利用ANSYS/LS-DYNA软件模拟了波纹轨腰钢轨的轧制过程。在相同压下量和轧制速度条件下,比较了波纹轨腰钢轨轧制时,实验用辊型曲线和设计辊型曲线轧制力的大小。根据分析结果,设计辊型曲线的轧制力明显小于实验辊型曲线的轧制力。因此,优化辊型曲线从而减小轧制力是必要的。     

钢轨下腭轧疤缺陷形成机理研究

针对河北钢铁集团邯钢公司大型轧钢厂钢轨下腭轧疤缺陷问题,对缺陷形成机理进行了分析。结果表明,形成钢轨下腭轧疤缺陷的主要原因是轧件轨头和轨底部位金属量不均衡,在万能U₁EU₂轧机第1、第2道次轧制过程中轨头部位的延伸大于轨底部位,U₁E轧机第3道次轧出后轧件向轨底一侧偏斜且轨头部位前尖舌头较轨底部位长,咬入U₂轧机时轨头前尖撞击水平辊孔型下腭部位而导致辊面粘钢; 辊面粘结物粘结力较弱时,会形成咬入端非周期性下腭轧疤缺陷;辊面粘结物粘结力较强时,则形成周期性下腭轧疤缺陷。根据现场实际情况,提出了对轨形延伸孔轨底部位设计增加金属量约0.3%、轨形切深孔轨头部位设计减小金属量约0.1%、BD₁轧机帽形孔轧件高度设计减小约2%的治理方案,平衡了轨头、轨底部位的金属变形量,改进了万能U₁EU₂轧机各道次轧件前尖舌头形状,改善了咬入状态,彻底解决了钢轨下腭轧疤缺陷问题。     

翼缘压下量对H型钢万能轧制影响的仿真分析

采用热力耦合弹塑性有限元方法建立了万能轧制有限元模型,以大型H型钢基础研究道次为基准,不改变水平辊压下量,仅改变立辊压下量,针对不同腿腰延伸比,完成不同工况的模拟分析,得出了不同翼缘压下量对H型钢万能轧制过程中轧件翼缘宽展和轧制力的影响。     

辊式水平矫直60kg/m重轨断面应力应变分析

采用ANSYS/LS-DYNA软件模拟八辊复合矫直机水平矫直60kg/m重轨过程。重轨矫直过程中,纵向应力在轨头处最大,轨底处次之,轨腰中性轴处最小。轨头、轨底和轨腰处单元高度方向应力的变化规律与纵向应力一致。轨头和轨底高度方向应力不仅表现为压应力,还表现为拉应力;轨腰高度方向压应力最大,但没有达到屈服应力值。轨头和轨底处单元等效塑性应变均很小,其值分别为0.0548和0.0296;轨腰中性轴处单元等效塑性应变值为零。     

润滑轧制减少钢轨氧化铁皮粘结的应用研究

氧化铁皮粘结是UF轧机半万能法生产腿内侧为双斜度断面钢轨的主要问题,会影响钢轨表面质量,降低轧辊使用寿命及生产效率,增加人工劳动强度。本文通过仿真分析,认为腿内侧交界处摩擦阻力大,“刮蹭”流动的金属是形成氧化铁皮粘结的主要原因。采用润滑轧制工艺降低了腿内侧交界处的摩擦因数,可以解决氧化铁皮粘结问题,同时孔型修磨次数、孔型磨损量、轧制负荷及人工强度等均不同程度降低。     

热轧钢轨空冷过程弯曲变形的计算机模拟

应用有限元软件ANSYS模拟了热轧钢轨空冷过程的弯曲变形规律。热轧钢轨具有的异型横截面使其在冷却过程中横截面不同部位的收缩量或膨胀量不同,导致了钢轨的反复弯曲,首先是向轨底弯曲,随后是向轨头弯曲,终冷后的弯曲状态为弯向轨头。     

钢轨端头缺陷成因分析及其控制措施

攀钢新钢钒股份有限公司轨梁厂生产钢轨过程中UF轧机出钢后钢轨端头存在硬弯,端头扭转、跳 动,轨头R处撞伤,轨底摔伤等缺陷,分析了缺陷的形成原因;即万能轧机孔型均为直配,轧制重轨时头部悬空;轧机采用纵列式布置,出钢端头、底尖头长度与二辊模式差异较大;万能轧制线位置固定,轧制不同的产品需调整出口辊道高度等,由此提出了保证UF轧机出钢上翘,控制提升辊道工作面与出口轧件最低点距离,UF轧机出口辊道采取锥形辊道或UF轧机斜配孔型等相应改进措施,保证了端头质量。     

Microstructure evolution,mechanical properties and tailoring of coefficient of thermal expansion for Cu/Mo/Cu clad sheets fabricated by hot rolling

The law of microstructure evolution and mechanical properties of hot roll bonded Cu/Mo/Cu clad sheets were systematically investigated and the theoretical prediction model of the coefficient of thermal expansion (CTE) of Cu/Mo/Cu clad sheets was established successfully. The results show that the deformation of Cu and Mo layers was gradually coherent with an increase in rolling reduction and temperature and excellent interface bonding was achieved under the condition of a large rolling reduction. The development of the microstructure and texture through the thickness of Cu and Mo layers was inhomogeneous. This phenomenon can be attributed to the friction between the roller and sheet surface and the uncoordinated deformation between Cu and Mo. The tensile strength of the clad sheets increased with increasing rolling reduction and the elongation was gradually decreased. The CTE of Cu/Mo/Cu clad sheets was related to the volume fraction of Mo. The finite element method can simulate the deformation and stress distribution during the thermal expansion process. The simulation result indicates that the terminal face of the clad sheets was sunken inward.