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%。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

包钢钢联将新建轨梁轧机

包钢钢联股份有限公司将新建轨梁轧机 ,由SMS MEER公司提供设备 ,用于生产钢轨、钢梁、槽钢、角钢和异型材 ,同时也可生产方坯。轧机的生产能力为 90万t/a。将在一紧凑型串列式可逆轧制机组上采用万能轧制法生产钢轨。生产线由 2架二辊可逆式粗轧机、 2架二辊万能轧机和 1架立辊轧机的串列式可逆轧机组成。其后为用来对钢轨进行标号的自动打印机 ,以及一座带有预矫装置的步进式冷床。此外 ,SMS MEER公司还将提供过程自动化和工艺控制系统。新项目计划 2 0 0 5年中期投产。包钢钢联将新建轨梁轧机@谢艳峰…     

复合载荷作用下轮轨接触特性有限元分析

侧风及弯道情况下的横向力对轮轨接触特性产生重要影响,从而影响轮轨的使用寿命。同时考虑轮轨所受的垂向力和横向力,建立轮轨接触有限元模型。轮轨的材料本构模型选择弹塑性,采用罚函数法模拟车轮和轨道之间的接触关系。对不同垂向力及横向力作用的轮轨接触进行有限元仿真,分析轮轨接触部位的接触变形、等效应力以及塑性应变等随垂向力和横向力的变化规律。结果表明：轮轨最大接触压力、接触斑面积、最大Mises等效应力和最大Mises等效塑性应变都随垂向力近似呈线性增加,但垂向力主要影响接触斑面积和最大Mises等效塑性应变;轮轨Mises等效塑性应变最大值随横向力的增加近似呈线性增长,且塑性变形主要集中在钢轨的接触部位。     

抽屉导轨中滑轨辊弯成形工艺及CAE分析

为了获得抽屉导轨辊弯成形合理的工艺参数,针对某一产品的中滑轨,利用理论计算和计算机有限元模拟相结合的方法,进行了分析与计算。结果表明,辊弯成形时需要10道次完成,导轨底部与竖边(S型)的交接处在不同道次上的辊弯角iθ在23°~118°之间。将模拟所得到结果应用到生产实际,可保证辊弯成形的精度要求。     

60TY1钢轨UF出钢扭转原因及控制措施研究

针对生产60TY1钢轨时UF轧机出钢扭转问题,采用仿真技术对扭转原因进行了分析,并提出和验证了相应解决措施。根据仿真结果,采用增加轧辊直径、增加轨头压下量和加长出口导卫长度等措施,成功解决了60TY1钢轨UF轧机出钢扭转问题,产品质量达到标准要求。     

生产60 kg/m钢轨BD1轧机使用铸铁轧辊的可行性分析

采用理论分析与数值仿真对生产60 kg/m钢轨BD1轧机使用铸铁轧辊的安全系数进行了计算, 并根据计算结果, 提出了单辊使用铸铁轧辊和增加轧制道次的技术措施, 解决了轧辊安全系数偏低的问题。     

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。     

用侧向挤压法成形不锈钢-铝复合接触轨

不锈钢－铝复合接触轨的研究具有重要的实用价值，但是现有的几种制造方法都存在明显不足。本文用侧向挤压复合法进行了实验研究，设计了一套适合于1000kN立式液压机的侧向挤压装置，并利用此装置进行了不锈钢一铝复合接触轨的成形，优化了工模具结构，得到了相关工艺参数。通过对复合效果的分析表明：用侧向挤压法生产不锈钢－铝复合接触轨是方便可行的，此模具合理高效。