通过流固耦合加热的轧辊温度场分析

针对目前镁合金板材轧制过程轧辊温度控制方式精度差,易造成板材的板形、板厚及裂纹等缺陷,采用流体循环流动传热的方式对轧辊进行温度控制,建立轧辊、流体传热过程的流固耦合模型,基于FLUENT软件对二者间的流固耦合传热过程进行数值模拟及试验验证。结果表明：用该方法加热轧辊时,辊身表面温度呈线性分布,边部与中间的温差范围为3～7℃,轧辊有效轧制区间占轧辊总长85%～100%左右,且流体温度与速度对其影响较小;在不同流体温度和流速下,轧辊表面温度均呈速率减小的趋势上升,流体温度升高及流速增大时,轧辊温升速率增大;得出在不同加热条件下,轧辊表面平均温度T与加热时间t的关系式;轧辊表面平均温度的试验与模拟值的最大相对误差为6.29%。该模型可正确预测轧辊表面的平均温度,作为镁合金板材轧制模型的一部分,利于轧制过程中轧辊的“等温”控制,实现“镁合金板材的等温轧制”控制。     

高速钢热轧辊表面温度场的测定与应用

根据热轧生产过程中轧辊的实际边界条件,借助于有限元软件ANSYS建立了高速钢和高铬铸铁热轧辊温度场的数值计算模型,对其工作时的温度场进行了对比分析。结果表明:模型的计算结果与现场下机后辊面温度的实测数据比较吻合;在相同的轧制参数和冷却参数条件下,下机后高速钢轧辊表面温度高于高铬铸铁轧辊的;由于高速钢轧辊的导热率及摩擦因数较高铬铸铁的大,使其旋转一周后达到的最高温度较高铬铸铁轧辊的高65℃左右,达到582.5℃;结合现场的情况,优化了高速钢轧辊的冷却参数,可使其下机后的温度保持在65℃以下。     

导热油加热热辊压机轧辊加温过程、温度-应力耦合分析及试验研究

目前国内对通导热油加热的热辊压机研究较少,为分析热辊压机轧辊轧制面温度分布、加温过程和轧辊整体应力,根据在役热辊压机轧辊结构和工艺参数,建立导热油—轧辊三维流固耦合模型,导入一定温度和流量的导热油,使轧制面的平均温度达到指定温度,模拟轧制面的温度变化过程,对轧辊进行了热力分析,并进行了试验研究,研究结果表明:本模型建立正确;向轧辊内导入油温为130℃,流量为9.2m3/h的导热油,使轧制面的平均温度从54℃达到(120±1)℃需5000s;轧辊内部热应力在许用应力范围之内。可指导现场加热工艺,为进一步改进轧辊结构和调整加热工艺提供理论依据。     

热轧铝板带分段冷却闭环控制策略

针对目前热轧铝板带凸度控制存在的问题,建立以轧辊温度在线测量为基础的分段冷却闭环模糊控制系统。以简单的测量设备和控制方法,代替昂贵复杂的板带凸度控制机构。用实际轧制数据训练自适应PSO-BP神经网络,并用训练完成的神经网络依据目标板带凸度得出轧辊温度预设定模型;依据操作人员的经验以及理论分析结果,设计分段冷却模糊控制规则,形成分段冷却闭环控制系统,达到控制板带凸度的目的。经在某厂二辊可逆热轧上的应用,结果表明:轧辊温度偏差量可控制在±4℃内;铝板带纵向各处的凸度95%以上可控制在目标凸度(20~40μm)范围内。该方法充分发挥了分段冷却系统对板带凸度的控制能力。     

热连轧工况对工作辊温度场的影响

在热轧带钢生产中,工作辊温度是影响带钢板形和凸度的重要因素。利用有限元软件ANSYS建立了工作辊的二维非稳态温度场计算模型,对精轧工作辊的温度场进行了数值模拟,研究了不同因素等对工作辊辊温变化规律的影响。研究发现:下工作辊的冷却效果要好于上工作辊的冷却效果;出口侧水量越大,工作辊表面处于高温状态的时间就越短,表面温度下降的越快,有利于抑制工作辊氧化,减少带钢表面氧化铁皮缺陷;带钢温度越高,工作辊在轧制过程中的最高表面温度就越大。     

直缝焊管排辊成形有限元仿真研究

为了更好地了解板带的成形规律,避免产品缺陷,针对直径为273mm的焊管排辊成形机组建立了基于Updated-Lagrangian法的弹塑性大变形有限元模型,并采用动力显式算法进行了全流程的ERW焊管排辊成形有限元仿真计算,分别得到了在不同成形段下管坯的花型、横向等效塑性应变和纵向应变。模拟结果表明,在排辊成形过程,板带边缘、中心以及与BreakDown轧辊接触的区域存在较大的加工硬化;在整个变形区内板带边缘和中心的纵向相对应变较小,可以防止边缘出现起皱、鼓包。     

热轧制中工作辊的有限元分析和疲劳寿命研究

轧辊在轧制工作中处于复杂的应力条件下,极易产生疲劳失效。以中厚板热轧中的工作辊为研究对象,采用ADAMS建立轧辊刚柔耦合的动力学模型来提取轧辊轧制力,在ANSYS中建立轧辊的温度场分布模型来获取瞬态温度的分布,再将轧制力和温度载荷作为边界条件在ANSYS中建立热固耦合模型,获得综合作用下的瞬态应力应变结果,以此作为疲劳分析的输入,利用MSC.Fatigue软件对轧辊进行了疲劳寿命仿真分析。结果对轧辊的疲劳寿命,确定修磨辊身和换辊的时间有重要参考价值。     

板带轧机柔性多体系统耦合动力学建模研究

轧制过程中,高速运转的板带轧机系统可视为由机架、液压装置、轴承座和轧辊等多个刚体和可变形体组成的柔性多体机械系统。板带轧机辊系沿垂直、水平方向的刚体运动和轧辊沿轴线方向的柔性体变形运动是影响板带厚度和表面质量的主要因素。特别对于大型板带轧机而言,轧辊的弯曲变形运动与带钢的板形密切相关。本文综合考虑轧机系统沿垂直、水平方向的刚性振动和轧辊沿轴线方向的弯曲变形运动之间的耦合效应,通过运动学分析,实现柔性多体机械系统中刚体和可变形体的位移场描述,建立板带轧机辊系刚柔耦合动力学模型。对轧机辊系进行耦合运动模态分析,进一步探讨轧辊变形运动振动频率和模态振型函数的精确解,并比较不同时刻下,由传统结构动力学求得的轧辊固有模态振型函数与考虑轧机系统刚性振动时的轧辊模态振型函数的区别。深入分析了轧机系统刚性振动对轧辊弯曲变形运动的影响,为提高轧辊运动精度,实现带钢板形动态控制提供理论依据。     

计算冷轧带钢工作辊接触压扁的Hitchcock公式的有限元修正

采用弹塑性大变形有限元法对板带冷轧过程中工作辊的接触压扁进行模拟,利用数值手段对轧辊弹性压扁后的形状曲线进行拟合,并对计算轧辊压扁半径的Hitchcock公式进行了修正,大幅提高了轧制力的控制模型精度。     

轧制过程弹性辊三维热力耦合仿真分析

为得到轧制过程中轧辊、轧件的应力、温度分布,采用有限元软件LS-DYNA,通过三维热力耦合弹塑性有限元方法,在轧辊为弹性体的条件下,对钢材的平辊热轧过程进行了仿真分析。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。仿真分析结果表明：轧制过程中接触弧内轧辊表面受三向压应力的作用,在垂直于轧辊轴线的平面内剪应力呈现交变现象;同时得到了轧辊表面温度呈周期性变化的结果。     

压气机叶片辊轧模具型腔回弹补偿方法研究

航空发动机高压压气机叶片在辊轧成形过程中会沿着弦长方向发生回弹,直接影响叶片的成形精度进而影响其气动性能。为实现航空发动机压气机叶片无余量辊轧成形,提出并研究基于截面线回弹补偿的叶片辊轧模腔优化设计方法。分析钣金件弯曲变形过程并基于钣金件的几何结构和材料特性建立回弹前后中心角的变化模型。在此基础上提出叶片截面回弹补偿模型,并对辊轧叶片工艺模型截面进行回弹误差补偿。将回弹补偿后的叶片工艺模型截面线族绕轧辊轴线进行扇态分布并重构辊轧模具型腔。基于数值计算方法使用几何映射和回弹补偿设计的型腔对叶片辊轧成形过程进行模拟,并获得了相应的轧制成形叶片模型。结果表明,回弹补偿后的模具型腔能够有效提高叶片型面的成形精度,叶片成形误差缩小到原来的16.7%。本文研究内容为压气机无余量辊轧成形模具设计提供理论支撑,同时对不规则薄壁类结构塑性成形精度控制具有参考价值。     

短应力线轧机辊颈过渡曲线形状优化研究

为了提高轧辊的承载能力和辊系结构的紧凑性,提出了对辊颈双圆弧锥面过渡曲线的优化设计方法。利用材料力学、奇异函数与拉普拉斯变换相结合的方法,建立过渡曲线的优化数学模型。结合750轧机基本尺寸要求,利用优化数学模型获得最优的过渡曲线,并根据短应力线轧机实际轧制过程和轧制理论建立优化后辊系的有限元耦合模型,模拟计算轧辊的工作压力分布和弯曲变形情况。结果表明,优化后轧辊的最大应力减少了15%,最大变形减少了10.8%,因此,轧辊优化设计的方法为降低轧辊弯曲应力和提高整体刚度提供了理论依据。     

板带热轧辊型设计方案研究

以板带轧机辊型设计为背景,具体介绍了采用计算机模拟的方法设计热轧板带辊型的不同方案,通过对比,得出了文中所给出的第3种方案建模简单,但却能容易地实现轧制过程轧辊的热力耦合分析,为有限元模拟提供了一种全新有效的模拟方案.     

浅谈轧辊二次冷却方法改进

针对热连轧厂磨辊车间内的二次冷却装置初期不能满足使用要求、故障频繁、冷却不均匀等问题,对轧辊二次冷却方法进行改进。主要从改进集管布置、采用气动控制、增加管路过滤器和调压阀等方面对其进行完善,达到减少故障、方便操作和维修的目的,从而保证轧辊冷却均匀,提高轧制质量。     

高线精轧辊环温度场数值模拟

以某钢厂高线精轧机组为模型，通过对精轧辊环换热边界条件的分析，用MARC大型有限元软件包对辊环温度场进行数值计算，获得辊环稳定轧制时的温度场；并对不同机架和轧制工况进行了比较分析，通过现场测量数据对计算结果进行验证。     

镁合金轧制乳化液的配方设计

为开发镁合金板带轧制用冷却润滑剂,对以10#变压器油、7#主轴油和聚乙二醇600 (PEG600)为基础油,以Span80、Tween80、十二烷基磺酸钠(SDS)为复合乳化剂,以十二醇和油酸作为油性剂的水包油型乳化液进行性能检测.结果表明:乳化液的稳定性主要受到表面活性剂种类与加入量的影响,以非离子和阴离子型表面活性剂复配的乳化剂为佳,适宜的加入量在10％左右;复配乳化剂制备的乳化液的稳定性和离水展着性均优于单独使用某一种乳化剂,随着乳化剂加入量的增加,乳化液的离水展着性明显增加,表面张力明显下降;十二醇油性剂有利于提高乳液的稳定性,油酸油性剂有利于提高乳液的离水展着性.     

四辊轧机辊系偏移距机理的不确定性和微尺度静定性

生产板带的四辊轧机辊系,普遍设置偏移距求得轧辊间平行定位及其稳定以防止辊间交叉,成为四辊轧机辊系平行定位机理编入轧机教科书及参考书中。近代相继出现的现代四辊轧机辊系都设置偏移距,但未能保证其机理的确定性,辊间动态交叉现象的发生屡禁不止,引发超大轴向力损坏推力滚动轴承或生成轧制支反力偏差破坏板形控制的稳定性。设置偏移距3mm的高速铝箔四辊轧机轴向力在线检测试验,揭示轧制过程中工作辊与支承辊之间发生规律性动态交叉现象。轧制中轧辊之间的动态交叉行为,与轴承座和机架窗口立柱间微小间隙大小相对应,只限于轧机的交叉角β≤0.05°区间,远小于交叉(Paircross,PC)轧机的交叉角(β=1°～1.5°),但派生的轴向力超出额定值的3倍以上。四辊轧机模拟辊系偏移距静态零调试验,探明轧辊间初始安装位置不变没有轧辊的水平位移。辊间动态交叉现象和静态水平位移为零的两种结果,揭示出设置偏移距机理的不确定性,不能用于四辊轧机辊系平行定位及稳定性设计。     

铝合金薄壁异形截面辗扩成形宏微观模拟

环件轧制作为一种无缝环筒类构件先进塑性成形技术,目前还难以实现铝合金薄壁带筋锥筒构件的近净成形制造.针对2A14铝合金薄壁异形截面环件,建立其辗扩成形宏微观耦合分析有限元模型,选用矩形截面环件作为坯料,基于有限元模拟获得了优化后的轧制孔型,并探究坯料初始温度及芯辊进给速度对材料成形性和微观组织演变的影响规律,得到微观组...     

板宽对轧辊受力分布的影响规律

轧辊受力分布的形态直接影响轧辊的弹性变形和轧件的出口板凸度.基于影响函数法,对轧机辊系受力和轧辊弹性变形进行计算分析,研究了轧制过程中板宽对轧制压力、辊间压力横向分布的影响.分析表明,边部轧制压力先随着板宽的增大而增大,达到某极值点后又逐渐减小;而随着板宽的增大辊间平均压力增大,压力分布变得不均并向轧辊端部集中;这些规律为不同板宽轧件的轧制规程安排、轧辊磨损的计算分析以及轧件出口板凸度的计算模型与控制提供了基础.     

板带轧机刚体柔体耦合振动系统的建模研究

板带连轧机组是由多个工作机座及其辅助设备组成的复杂工作系统,其中每个工作机座都是一个多变量、非线性动态系统,并通过板带与其相邻的工作机座相互作用。板带轧机系统可视为由机架、液压装置、辊系、运动板带等多个刚体和可变形体组成的柔性多体机械系统。轧制过程中,轧机辊系发生振动的同时还与其接触的轧件存在相对运动。因此在动力分析中,轧机辊系与机架间板带的弹性变形和刚性运动相互耦合作用。综合考虑辊系的垂直运动、轧辊的转动以及板带刚性运动和弹性变形,通过动力学分析,实现柔性多体机械系统中刚体和可变形体位移场的描述,进而确定由于系统构件刚性运动与弹性变形同时作用引起的强非线性惯性耦合与刚度耦合作用规律,建立板带连轧机柔性多体系统耦合振动机理模型,分析耦合作用下辊系的动态响应和轧机工作稳定性,为实现轧件厚度动态控制提供理论依据。