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。     

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。     

波纹轨腰钢轨的力学性能和显微组织研究

波纹轨腰钢轨是在波纹腹板H型钢的基础上提出的。建立了普通钢轨和波纹轨腰钢轨的有限元模型,用ANSYS/LS-DYNA软件比较了波纹轨腰钢轨和普通钢轨的动力学性能。并在材料实验机上进行了波纹轨腰钢轨的静力学实验。通过动态模拟和静力学实验均表明波纹轨腰钢轨的力学性能优于普通钢轨。对波纹轨腰钢轨和普通轨进行显微组织观测分析,波纹轨腰钢轨的显微组织与之相差不大。由此得出,波纹轨腰钢轨的力学性能优越的原因在于其特殊的结构形式。     

钢轨万能轧制过程金属纵向流动规律的理论和实验

为分析钢轨万能轧制过程中轨头、轨腰以及轨底的纵向流动机理,根据钢轨断面特点,给出了轨头与轨底等效压下系数计算公式,并考虑了轨头与轨腰以及轨底与轨腰之间的金属横向流动体积的影响;基于轧制前后体积不变条件,推导出了轨头、轨腰及轨底的延伸系数计算模型,得到了钢轨各部分压下系数以及宽展系数对其纵向流动规律的影响。为验证理论模型,进行了钢轨的万能热轧实验,实测了不同轧制规程时钢轨各部分的延伸系数,并与理论计算结果进行比较。理论计算结果与实验结果误差不超过±5%,说明理论模型具有较高的预测精度,可用于钢轨万能轧制实践。     

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%。     

热镀锌汽车板波纹度的控制技术

热镀锌汽车外板波纹度主要影响因素为气刀工艺参数、光整轧制力。通过对比光整前及光整后镀锌汽车外板波纹度指标,明确锌流纹对波纹度的影响。采用数值模拟方法确定了气刀工艺参数对气刀刮锌效果的影响,通过优化控制气刀吹扫工艺参数可有效降低锌流纹对波纹度的影响。通过对比不同光整轧制力下带钢表面的波纹度,明确轧制力对波纹度的影响并确定最优轧制力。通过优化光整轧制力,可有效改善锌流纹,实现镀锌汽车板表面波纹度的优化控制。     

钢轨中频感应正火三维温度场数值模拟

基于COMSOL Multi-Physics软件采用三维电磁-热耦合数值模型对钢轨中频感应正火加热过程进行了数值模拟,并研究了电流,频率和感应加热器与钢轨之间间隙对钢轨最终温度场的影响规律。模拟结果显示,钢轨轨脚温度上升最快,轨腰温度上升最慢,轨头温度会在某一时刻超过轨脚达到最高。随着感应器电流密度增加和电流频率的增大,钢轨升温速度不断升高;随感应器与钢轨间的间隙的加大,钢轨升温速度降低。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于高斯过程构建钢轨轧制力模型的方法

在钢轨轧制过程中,轧制力一定程度上对轧制参数调整有着指导或参考作用,一个成材率高、缺陷率低的轧制过程,必然会对应一个合理的轧制力分布。轧制力上冲过大不仅会使轧制状态靠近轧制系统的极点,稳定性降低,而且会导致轧辊磨损、疲劳加快,并将导致钢轨表面质量、规格波动等问题。采用高斯过程回归算法,基于现场生产数据建立了压下量与轧制力模型,为钢轨轧制过程轧制力的精确控制,提供了一种残差较小的统计模型。     

宽厚板生产中瓦楞浪成因分析及改进方法

描述了宝钢厚板厂生产厚规格船板（40mm及以上厚度）时出现的瓦楞浪的外观形貌，从终轧温度、轧制力、轧制速度等方面分析了瓦楞浪产生的原因，并提出了相应解决措施，即提高轧制温度、减小AGC补偿幅度、稳定轧制速度及减小加速度，可减轻甚至完全消除瓦楞浪。     

车轮轧制成形过程的有限元模拟

采用DEFORM-3D建立车轮轧制过程三维有限元分析模型,在建立轧制过程的数学模型和开发轧辊运动的控制算法,并与DEFORM软件集成的基础上,模拟了实际轧制过程中轧辊的运动。从轧制力对比与轮坯几何形状的分析两方面验证了模型和控制算法的可靠性;分析了轧制过程中材料的流动规律,为改进轧制工艺提供了参考。     

不同压下量对波纹辊轧制铜/铝复合板微观组织及力学性能的影响

波纹辊冷轧粘合（CCRB）作为一种新型轧制工艺,在金属复合板的制备过程中受到广泛关注,但不同压下量下波纹复合板的力学性能及界面的微观形貌尚不明确。采用数值模拟和实验方法,研究了在55%、60%、65%和70%压下量下制备铜/铝波纹复合板的情况。通过ABAQUS有限元模拟仿真软件建立三维模型,模拟了轧制过程中的应力和应变曲线。通过扫描电子显微镜、电子背散射衍射、X射线能谱仪等方法研究了波纹复合板界面形貌。结果表明,复合板的极限抗拉伸强度和剪切强度在65%压下量下达到最大值,分别为221.08和79 MPa,在55%压下量下达到最小值,分别为169.34和45 MPa。在65%和70%压下量下,由于剧烈的塑性变形作用,复合板形成拉长的晶粒和细小的等轴晶。但70%压下量下,由于轧制力过大,基体金属产生微裂纹,导致拉伸性能下降,这与力学实验结果一致。     

波纹冷卷成形的力学模型

介绍了波纹冷卷成形机的工作原理,对波纹成形的拉深过程和弯卷过程变形和应力分别进行了分析计算,冲压力与金属变形抗力、摩擦力、弯曲力等因素有关,弯曲应力分布多处于弹塑性状态。     

分布位错法研究钢轨表面边缘直裂纹的力学行为

目的钢轨表面损伤机理较为复杂,因此进行相应的理论研究来探究其力学原理,为实际的工程应用提供理论依据。方法利用叠加原理将主问题分解成两个子问题,通过函数拟合得到轮轨接触力,基于弹性力学集中力的Flamant解求解子问题1,基于分布位错技术求解子问题2。进一步建立了两类关于位错密度的积分方程,利用Gauss-Chebyshev数值求积法解决位错密度的奇异积分方程,得到了相关的力学参量。结果得到了列车在含边缘直裂纹钢轨上运行时的最危险位置,以及张开部分裂纹长度和不同类型裂纹的尖端应力强度因子等。分析了不同轮重大小、列车运行状态(稳态滚动和全滑动)等因素对裂尖应力强度因子及张开裂纹长度的影响,还分析了列车运行中裂纹面的滑移等。结论列车稳态滚动于含初始边缘长裂纹的钢轨表面时,以剪切破坏为主,列车所处最危险位置是裂纹位于接触斑边缘附近;全滑动运行时,裂纹面上的应力大小和方向均会发生改变,导致裂纹面状态(张开或闭合)随之改变,裂纹较短时,钢轨表面容易发生沿深度方向的张开型扩展。     

Effect of rolling parameters on cold rolling of thin strip during work roll edge contact

In some cold rolling mills, a problem has been found that the sides of work rolls touch and deform when thin strip is rolled. The problem of work roll contact at the edges, which forms a new deformation feature in rolling, is analysed. In this paper, the authors focus on the research of the effects of rolling parameters on specific force such as rolling force, intermediate force, edge contact force and the profile of thin strip in cold rolling when the work roll edges contact. An influence function method is developed to simulate this special rolling process. Based on numerical simulation, the effects of the rolling parameters on the mechanics and deformation of the cold rolled thin strip are obtained. Numerical simulation tests have verified the validity of this developed method.