芯棒对连轧管轧制过程影响的三维有限元分析

用非线性有限元分析软件MSC.Marc/Superform对连轧管芯棒速度及其摩擦系数对轧制过程的影响进行了三维弹塑性热力耦合模拟仿真,得到了芯棒速度及其摩擦系数对轧制过程力能参数及变形参数间的影响规律.     

三辊行星轧制运动和管坯变形规律的仿真模拟

应用弹塑性大变形有限元法,对连铸铜管坯三辊行星轧制过程进行了三维有限元模拟研究。通过坐标变换的方法建立了三辊行星轧制有限元模型,该模型考虑了轧辊的倾斜角β和偏转角α。模拟分析得出三辊行星轧制过程中管坯断面要经受一个由圆形到三角形再归到圆形的变形过程。得出在三辊行星轧制过程中起到主要作用的是三向压应力状态,有利于坯料的大变形和提高轧制管材性能。同时模拟分析得到三辊行星轧制过程中坯料质点的运动轨迹和相应规律。该模拟计算对探索复杂的三辊行星轧制规律具有重要意义。     

钢管斜轧延伸的金属变形研究及孔型设计(上)

简要分析了斜轧延伸轧管技术的发展状况。通过对AccuRoll轧管机变形区中金属变形的理论分析和试验研究,探讨了轧制工艺特征和工具对轧制变形的影响。在将计算机技术应用于变形区模拟分析和钢管主变形分析后,提出了斜轧延伸孔型设计的基本原则。试验研究表明,通过AccuRoll轧管机的孔型设计,可实现减径、等径和扩径3种轧制形式。通过优化孔型设计,用AccuRoll轧管机轧制薄壁管,其D/S值已达到41。该工艺技术的发展将进一步提高轧制薄壁管的稳定性和轧制速度。     

钢管斜轧延伸的金属变形研究及孔型设计(下)

简要分析了斜轧延伸轧管技术的发展。通过对AccuRoll轧管机变形区中金属变形的理论分析和试验研究,探讨了轧制工艺特征和工具对轧制变形的影响。并将计算机技术应用于变形区模拟分析和钢管主变形分析,提出了斜轧延伸孔型设计的基本原则。试验研究表明,通过AccuRoll轧管机的孔型设计,可实现减径、等径和扩径3种轧制形式。通过优化孔型设计,用AccuRoll轧管机轧制薄壁管,其D/S值已达到41。该工艺技术的发展将进一步提高轧制薄壁管的稳定性和轧制速度。     

Zr-4合金管材皮尔格轧制过程数值模拟分析：宏观模型的建立、验证及塑性变形分析

皮尔格轧制变形对于锆合金管材的性能有着重要影响,受到学者们的高度重视。长期以来,由于皮尔格轧制是一个高度非线性的三维变形过程,开展实验研究不但成本高昂而且周期较长。本研究以ABAQUS/standard平台,根据多行程皮尔格轧制的运动特点,建立了Zr-4合金管材皮尔格轧制有限元模型,并开展一整个道次的轧制过程模拟。模拟结果表明:预测的管材几何尺寸与实验结果吻合良好,而模拟的轧制力与经典的舍瓦金公式计算结果也比较相符,验证了所建立模型的准确性,可用于进一步仿真分析。模拟结果还表明开口处的管坯应力状态与轧槽底部管坯的应力状态有显著的差别。此外,轧制过程中还存在有明显的剪切变形,而且还有较大幅度的周期性波动,这主要与孔型开口以及管坯回转送进有关。     

Roll force,torque, lever arm coefficient,and strain distribution in edge rolling

Due to the growing importance of width control in strip and plate mills, edge rolling is currently an im-portant process in hot rolling mills. Research in edge rolling has been carried out, and in the present ar-ticle, models for roll force, torque, and lever arm coefficient are derived using the upper bound method. A simple, kinematically admissible deformation zone and velocity field, independent of friction in the roll gap, is proposed, and the energy dissipation rate is derived. The formula for energy dissipation rate has, in practice, no limitation because all edge rolling geometries are safely in the area where the formula is valid. Roll force and torque are derived by means of two independent integrals. Thus, the lever arm coef-ficient is evaluated from the expressions for roll force and torque using conventional rolling theory. Roll-ing trials report good agreement with theory. Measured roll forces are similar to calculated forces. Furthermore, the shape of the dogbone that arises during edge rolling is in fairly good agreement with the calculated dogbone shape. Deviations are due to the deviation from ideally plastic material in the ex-periments. Also, the strain distribution over the dogbone is similar to the proposed deformation zone. Thus, a new formula has been developed to a stage that it can be implemented in width control systems for edge rolling stands in hot strip and plate mills.     

热轧带钢轧制全程三维热力耦合仿真分析

通过三维热力耦合弹塑性有限元方法,对1250mm×20mm热轧带钢整个轧制过程进行了仿真分析。介绍了轧制过程分段处理方法及边界条件的设置,获得了轧制全程的轧件温度场及变形结果。通过温降曲线 与现场的测试数据进行对比,仿真分析结果与现场实际情况基本吻合,能够为实践生产提供理论参考。     

圆管缩径能量吸收装置的研究

根据圆管缩径时的基本分区和变形特点，计算出了各区的变形力。由“最小载荷定理”给出了缩径变形的基本条件和在缩径变形下的极限缩径系数计算式，这是能量吸收装置的设计依据。通过准静态实验和撞击实验，理论与实验结果完全吻合。圆管缩径作为能量吸收装置优点突出，具有广阔的应用前景。     

铝箔轧制压力的计算

采用轧制-拉伸法建立了铸轧铝坯的变形抗力模型；根据实测轧制压力并利用Hill显式估算得出铝箔粗轧机和中轧机轧制过程的摩擦系数；提出了变形速度系数的算法；推导了Hill显式的无解条件及最小可轧厚度公式。     

AZ31镁合金中厚板轧制温度场的数值模拟与实验验证

通过数值模拟分析了AZ31镁合金中厚板在轧制变形区的温度分布，建立了轧后镁板平均温度关于轧辊温度、轧制速度、轧制压下量、板材厚度的经验公式，并辅以相应的实验验证。结果表明：当镁板较薄、轧制速度较小时，镁板中心层的塑性变形热在轧制变形区向表层传递，中心层的温升不能代表镁板塑形变形产生的温升；轧后镁板的平均温度与轧辊温度、轧制速度、轧制压下量正相关，与板材厚度反相关；轧后镁板平均温度的计算值与实验值的最大相对误差为8.34%，平均相对误差为7.4%，经验公式能很好的预测轧后镁板的平均温度。经验公式的提出，利于实现“AZ31镁合金板材的等温轧制”控制；对镁合金轧制工艺制度的合理制定以及后续轧制设备的选择有重要指导意义。     

芯棒限动速度对荒管尺寸精度影响的有限元研究

针对限动芯棒连轧管机组荒管尺寸精度控制问题,利用有限元分析软件MSC.SuperForm开展三维模拟,研究芯棒限动速度与荒管尺寸精度及芯棒轴向力的对应关系。研究结果表明:芯棒速度是影响孔型内金属不均匀变形和机架间张/推力的重要因素,提高芯棒速度,荒管尺寸精度和机架间张/推力水平明显改善,但增大了芯棒轴向力。实际生产中,选择芯棒速度时,要综合考虑芯棒轴向力与荒管尺寸精度。     

Microstructure and Properties of Copper Tube During Three-Roll Planetary Rolling

During three-roll planetary rolling, the microstructure of copper tube with initial columnar grains develops into an equiaxed grain structure due to the large rolling deformation and high rolling temperature. The microstructure of copper tubes significantly influences formability and properties due to the three-roll planetary rolling operation. It is very important to understand the microstructural evolution for such special processing. It was found that dynamic recrystallization occurred at the concentrating deformation zone, followed by rapid grain expansion that gradually stabilized. Corresponding with the transformation of microstructure, the hardness of the tube billet reduced gradually away from the roller’s concentrating deformation zone. The changing of roller velocity is responsible for the extreme evolution of the microstructure in the concentrating deformation zone. Therefore, the properties of copper tubes can be controlled by concentrating the deformation zone. This research can facilitate the application of planetary rolling to the manufacture of tubes for low formability materials.     

多道次轧制不同变形量对铜镍合金管材组织和性能的影响

采用电子背散射衍射（EBSD）技术对冷轧后铜镍合金管材的组织进行分析。通过对第二道次冷轧不同变形量（3.19%、9.57%、19.37%、23.97%、31.78%）的C71500铜镍合金在管材轧制后的显微硬度、抗拉伸性能、微观组织、织构及其含量变化的研究,揭示该合金织构的变化规律。通过对铜镍合金管材晶界、织构的变化及晶粒尺寸进行分析,揭示了变形量与变形储存能的量化关系,这种关系可以通过小角度晶界的比例更直观地体现出来。随着加工率的增加,铜镍合金的屈服强度、抗拉伸强度和维氏显微硬度均呈现上升的趋势,而合金的塑性则呈现下降的趋势。研究结果为合理选择变形量以及形成特殊晶界的热力学提供依据,同时为后续铜镍合金管材的变形加工提供理论依据。     

带钢热连轧精轧过程轧制力模型研究

在精轧过程中变形区不仅存在粘着区,而且存在着滑动区,但是大多数轧制力计算模型都从变形区全粘着出发,采用以西姆斯公式为基础的简化回归公式。本文将轧辊与带钢接触表面分为粘着区和滑动区;考虑了摩擦力在轧制过程不断变化,得出了不同轧制道次下摩擦力影响系数的回归公式;并且考虑了不同钢种轧制时残余应变对变形抗力的影响,建立了精轧轧制力预测模型。通过与某钢厂实测数据对比,该预测模型具有较高的计算精度。     

基于有限元模拟的内螺纹铜管旋压成型参数确定

内螺纹铜管传热面积大,可以造成紊流效果,提高换热效率,是空调、冰箱的主要换热介质。旋压成型是制造内螺纹铜管的高效成型工序。为研究内螺纹铜管旋压成型过程中的材料流动规律,运用非线性有限元分析软件,对内螺纹旋压成型过程进行了仿真。结果表明,在旋压过程中,铜管经历了类似于行星辊轧的,从圆形到多边形,最后恢复圆形的过程;此外铜管除了发生横截面方向弯曲外,还发生轴向运动,两者叠加产生了羽片扭转;当铜管材料填满螺纹槽后,多余的材料沿旋压方向流动,将耗费过多的能量。减少管坯的直径和壁厚,可以减少截面方向弯曲,并可以减少壁厚过大导致多余材料周向流动的能量损失。文章讨论了旋压速度的选取,认为尽可能选用低的旋压速度,可以减少羽片扭转。     

LD型轧管机轧制高精度厚壁泵筒管的工作制度研究

进行了LD型轧机轧制高精度厚壁泵筒管试验,分析了轧制工作制度对产品尺寸精度的影响,确立了小减径、大减壁、中速轧制和减壁段轧制压力等量分配的泵筒管轧制原则。     

圆柱芯棒轧管变形区内应力分布的计算

在用变分法求解出圆柱芯棒轧管时变形区内金属的三维位移和应变函数的基础上,进一步采用塑性流动理论求解轧管变形区内的应力·并对计算公式进行了实验验证。为研究轧管生产中一系列具体工艺问题提供了一种方法。     

薄板轧制力的研究与模拟分析

薄板冷轧过程中,轧制力的计算与研究是关键。本文综合考虑了轧辊弹性变形与轧件的弹塑性变形,采用数值迭代法对轧制力进行了推导分析,并建立了轧制力计算模型,最后运用有限元模拟软件ANSYS对轧制过程进行了模拟分析,从而验证了此计算公式正确性。     

Prediction of spread in hot flat rolling under variable geometry conditions

Geometric deformation of steel blanks having a smoothly varying rectangular cross section under hot flat rolling was experimentally investigated. Specimens of different initial geometries were used. The experimental results were then utilized to develop mathematical expressions which represent the variant nature of the deformation process. These expressions were incorporated in El-Kalay and Sparling’s conventional steady-state spread formula. The resulting empirical formula related spread to the relevant process variables under the unsteady-state rolling conditions. The application of this formula is the process planning for manufacturing of a class of industrial components by rolling—whose distinct feature is the gradual change of cross-sectional size along the length.     

三辊联合穿轧钢管轧机的工艺试验与分析

联合穿轧法是在一台三辊斜轧机上用一个道次同时完成穿孔、轧管和均整三道工序。联合穿轧钢管轧机具有大变形量的特点,宜于生产高精度的小口径无缝管,尤其是尺寸精度和形状要求严格的厚壁热轧成品管。本文介绍了该轧机的主要技术性能、三种孔型方案及试件、穿轧情况。并初步分析了穿轧中出现的管尾三角形、喇叭口、内外螺纹问题及钢管的表面质量、尺寸精度。