基于有限元法的拉伸弯曲矫直过程板形控制分析

 板形是带钢质量的重要判定指标,常见的板形缺陷有边浪、中浪、1/4浪等,其实质是残余应力在带宽上的分布不均。拉伸弯曲矫直机通过张力辊组、弯曲辊组和较真辊组的共同作用,使带钢在低于屈服强度的张力作用下发生塑性延伸,从而有效消除浪形缺陷,改善板形,提高带钢质量。然而在拉伸弯曲矫直机的设计和使用过程中,对拉伸弯曲矫直机参数的调整多基于经验,缺少理论指导。为了定量分析拉伸弯曲矫直机参数对浪形缺陷的改善效果,使拉伸弯曲矫直机在实际生产中发挥更好的作用,以某1 450 mm带钢酸洗冷轧生产线上的拉伸弯曲矫直机为研究对象,使用有限元软件ANSYS/LS-DYNA基于三维弹塑性有限元法建立了拉伸弯曲矫直机模型,对拉伸弯曲矫直机矫直过程进行了模拟,分析了张力和插入深度对初始浪形分别为边浪和中浪的带钢矫直后板形的影响规律。结果表明,经过拉伸弯曲矫直的带钢浪形缺陷得到显著改善;插入深度和张力对初始浪形缺陷分别为边浪和中浪的带钢板形的影响规律一致;3个辊组中矫直辊组的插入深度是影响带钢板形的主要因素,随着矫直辊组插入深度增大,带钢矫直后板形由边浪转变为平直,且随着矫直辊插入深度进一步增大,板形又由平直转变为边浪;随着入口张力增大,带钢矫直后板形由边浪转变为中浪。     

拉伸弯曲矫直时拉伸和光正的影响

拉伸弯曲辊的半径、带钢厚度和屈服极限对带钢的拉应力和拉伸度的影响。拉伸度对带钢性能的影响。     

拉矫机带钢反弯曲率的计算方法

对于拉伸矫直机,带钢在矫直机辊子上的曲率半径的计算尤为重要,只有确定了该曲率半径,才能进一步计算带钢的反弯曲率、弹复曲率和残留曲率,进一步计算带钢的平直度。假定带钢在矫直辊上的曲线为抛物线,给出带钢反弯曲率半径的计算方法,并且进一步讨论矫直辊辊子直径的计算方法。     

不锈钢带钢拉矫过程的变形行为分析

基于通用有限元软件(Abaqus/Standard)建立了不锈钢带钢拉伸弯曲矫直过程的有限元模型。考虑到实际不锈钢带钢拉矫过程的辊系及运动特点,该有限元模型将带钢在拉矫工艺段按照其所处的位置分为7段,针对带钢厚度方向的变形特点,沿带钢厚度方向将带钢分为7层。通过对带钢拉矫过程特征位置点经过各辊组的应力应变分析表明:带钢延伸率主要由1号弯曲辊组提供,而2号、3号矫直辊组对延伸率的贡献不明显。该研究得到的不锈钢带拉矫过程变形行为、延伸率产生机理可为拉矫工艺参数确定和优化提供理论基础。     

冷轧张力辊处带钢弯曲力计算公式推导

为了精确地进行张力控制,需要准确计算带钢在张力辊处的弯曲变形力消耗。本文以变形应力和应变基本理论为基础,结合弯曲变形时的特殊条件,将上述理论引入冷轧带钢在张力辊处的弯曲变形分析。详细对带钢在张力辊处的弯曲变形进行了受力和变形分析,最终推导出带钢在发生弹性弯曲、弹塑性弯曲时不同的弯曲力公式。     

直接传动型拉伸弯曲矫直机弯曲辊系多刚体动力学仿真研究

运用ADAMS软件,建立了拉伸弯曲矫直机弯曲辊系的虚拟样机模型,并对弯曲辊系进行了理论分析;通过对弯曲辊系进行不同工况的仿真,得到了拉伸弯曲矫直机弯曲辊系各辊在不同速度和不同拉矫张力作用下的动力学响应,在拉矫机运行的过程中,弯曲辊系各辊因接触碰撞,在接触力的作用下会有一定程度的波动,从而导致工作辊质心位移在一定范围内波动,影响整个辊系的稳定工作;对仿真结果进行统计,得到了工作辊质心位移波动量与速度和张力之间的关系。同时,将虚拟样机技术应用到拉伸弯曲矫直机上,为拉伸弯曲矫直机更深入的研究提供了新的方法。     

热轧中碳宽带钢冷却过程横向弯曲变化规律的数值模拟

 针对目前困扰热轧中碳高强度宽带钢生产的横向弯曲缺陷,使用有限元软件ABAQUS结合FORTRAN语言编写子程序,建立热轧带钢轧后冷却有限元模型。通过模型计算,分析带钢轧后冷却过程中上下表面的冷却不均以及带钢厚度对带钢横向弯曲的影响。研究结果表明,相同厚度情况下,带钢上下表面冷却不均程度越大,带钢横向弯曲程度越严重,上下表面相同冷却效率比的情况下,带钢越厚,带钢横向弯曲越严重。冷却过程中,受温度变化和相变的综合影响,带钢弯曲方向和大小会发生较大变化,且冷却过程中带钢弯曲量最大值远远大于冷却结束后横向弯曲量。     

不锈钢带拉矫过程变形行为的数值模拟研究

建立了不锈钢拉伸弯曲矫直过程的有限元仿真模型,该模型针对不锈钢拉矫机辊组配置和旋转压下的特点,采用了窄条三维壳单元对带钢进行特征建模。为提高计算效率,带钢网格进行了局部细化。对304不锈钢典型规格带钢拉矫过程进行模拟,伸长率计算值与实测值吻合较好。对带钢拉矫过程特征位置点经过各辊组的应力应变分析表明:带钢伸长率主要由1号弯曲辊组提供,而2号、3号矫直辊组对带钢伸长率的贡献不明显。该研究得到的不锈钢带拉矫过程变形行为可为拉矫工艺参数确定和优化提供理论基础。     

辊式矫直过程弹塑性弯曲数学模型

 为了完整和精确地计算辊式矫直过程,根据钢板和矫直机相应的初始条件和边界条件,采用曲率变化量积分的方法,建立了基于Prandtle Reuss增量理论的三维弹塑性弯曲解析数学模型。并分析了厚度08 mm的钢板矫直过程的变形行为,比较了计算曲率和实验曲率,误差在1 mm-1左右。该模型可以精确地计算辊式矫直过程的曲率,预测残余应力和板形,为全面分析辊式矫直过程提供技术支撑,对实际生产具有一定的指导意义。     

拉伸弯曲作用下带材挠度与弯曲曲率分析

本文通过对带材的受力分析，导出了拉伸弯曲作用下带材的弯曲力矩、曲率及挠度计算公式，并通过对拉伸弯曲矫直与纯弯曲矫直两种方式下带材最大相对弯曲曲率的对比分析，进一步了解了拉伸弯曲矫直机的特性以及矫直辊压下量、拉伸张力、中心距三者之间的内在关系，从而为拉伸弯曲矫直机的优化设计提供了依据。     

1750mm冷连轧机弯辊力模型研究与设定

针对1 750mm冷连轧机组的设备特点,计算并分析了弯辊力对成品带钢板形的影响规律。深入研究了带钢宽度、带钢入口厚度、中间辊横移量、带钢凸度、单位轧制力、轧辊辊径和轧辊凸度等因素对最优弯辊力的影响。通过统计分析和理论计算,利用Origin软件进行多元回归拟合,最终建立了冷连轧过程最优弯辊力预设定模型。采用新模型设定计算弯辊力的最大偏差低于5.67%,成品带钢的板形标准差平均值降至1.83IU。实践证明,该弯辊力模型具有较高的板形控制精度和较好的板形控制稳定性。     

热轧带钢冷弯开裂原因分析

冷弯性能是衡量钢材塑性好坏的一项重要的力学性能指标,并且直接影响产品质量和经济效益。针对某厂Q235B、SS400钢种出现的冷弯不合格情况,通过采用金相分析和扫描电镜检测,认为热轧带钢冷弯开裂与钢材中心存在偏析带、团状珠光体和大量的魏氏体组织有关。严格控制连铸钢水过热度在20~30℃以内,铸坯入炉温度500℃,在炉时间≤180 min等工艺参数后,基本消除了热轧带钢冷弯开裂现象。     

PC热带钢连轧机弯辊力和交叉角的控制决策

提出了PC热带钢连轧机板凸度和板形的控制原则,确定了弯辊力与交叉角配合的控制策略,并利用所建立的交叉角优化计算模型和实测数据对上海宝山钢铁（集团）公司1580PC热连轧机现场轧制的5块带钢进行了成品板凸度,交叉角及弯辊力最佳设定的计算,计算结果表明,成品板凸度的计算值与实测值吻合很好;交叉角优化后,在仍保持板形良好的情况,成品板的凸度较优化前有不同程度的减小,这说明交叉角优化效果较明显。     

液压弯辊控制中工作辊辊颈弯曲刚度探讨

在电液弯辊控制系统中,负载刚度是一个决定系统特性的核心参数。该刚度由工作辊辊颈弯曲刚度和弯辊缸刚度等构成。本文借助有限元方法进行建模和仿真计算,讨论了不同板宽和不同轧制力作用下的工作辊辊颈弯曲刚度的差异和特点,得到了该弯曲刚度的变化规律和范围,为高精度液压弯辊控制建模提供了有力的依据。     

济钢1700 mm热带钢轧机的板形设定控制模型

济钢1700 mm热连轧是新建投产的宽带钢生产线,其F2-F6精轧机组装备有工作辊弯辊和窜辊技术.针对这种典型机型,在大量有限元模拟计算的基础上,开发了相应的板形设定控制模型,包括工作辊综合辊形(初始辊形、磨损辊形和热辊形之和)计算模型、支承辊综合辊形计算模型、窜辊设定计算模型和弯辊力设定计算模型等.在经历了系统设计、程序编写、离线调试、在线调试后,板形设定控制模型投入稳定运行,所有考核规格的凸度控制精度超过96%.在同宽轧制长度超过70 km的轧制单位内,各机架弯辊力设定结果能够自动适应带钢厚度和钢种的变化,且凸度控制精度超过95%.     

热轧薄带钢板形影响因素的离线模拟分析

利用自主开发的离线模拟分析软件,结合唐钢超薄带钢生产现场各种工艺条件,对影响板形的因素进行了定量分析.结果表明:F4、F5轧机弯辊力对最终板凸度的影响大于F1～F3轧机;带材厚度对弯辊力作用效果的影响不明显.不同机架的PC角变化对板凸度的影响基本相同,随着PC角的增加,最终板凸度减小,且PC角越大,减小的趋势增强.F1～F5轧机中任一轧机轧制力的增大,最终板凸度近似成线性增加;下游机架轧制力的变化对板凸度的影响大于上游机架;轧制力的变化更容易导致薄规格产品产生板形不良.     

二十辊轧机支撑辊组变形及板形调控分析

 板带材的产能和质量是一个国家工业水平发展的重要标志,铜板带材的生产能力和地位更加显著。森德威二十辊轧机是冷轧铜板带材轧制生产的关键设备,其最外层A、D支撑辊组的弯曲变形是最重要的板形调整手段之一。支撑辊组鞍座位移变化可以使支撑辊芯轴发生弯曲变形,变形会反映到背衬轴承上并且向下依次传递给中间辊和工作辊,最终影响板厚和板形。传统的假设折线法和超静定梁法将芯轴和背衬轴承考虑为一个整体,而忽略了两者之间的变形对整体支撑辊组变形的影响。因此,基于有限元方法进行仿真拟合各段背衬轴承弯曲变形得到简化后的一次函数表达式,将各段背衬轴承拟合结果汇总进而得到整体的支撑辊组弯曲变形的线性表达式,再结合辊系弹性变形模型和金属塑性变形模型构成的板形预报模型评估支撑辊组变形程度对板形和板厚的影响。研究结果表明,对上辊系中的4个鞍座施加不同的位移组合之后,板厚和板形分布在整个板宽方向上并非局部变化,而是呈现整体的变化趋势,且4个鞍座对板形和板厚的调整效果并不相同;在施加同样的鞍座位移条件下,中部鞍座比边部鞍座对板形和板厚的影响效果更加显著,并且即使在支撑辊组中心两侧施加对称的鞍座位移,其对板厚和板形的影响也是非对称的。     

热轧机组液压弯辊力控制系统特性分析与改进

宝钢热轧厂精轧机组的液压弯辊压力传感器经常损坏,并且产出的板带钢中出现横向断面厚度不均缺陷。经过对液压弯辊力控制系统的数据采集和仿真建模分析,发现了液压弯辊压力控制系统在设计上存在的缺陷。结合实际情况,开发了机械滤波器,对液压弯辊系统进行了优化,取得了预期效果。     

基于热-力耦合的粗轧过程头部弯曲规律

头部弯曲是热轧粗轧过程中常见的缺陷,生产过程中严重影响板带产品质量和轧制稳定性。实际生产中由于轧件上下表面温降和轧制工艺参数的不对称,轧件在经过粗轧后容易出现头部弯曲现象。为实现头部弯曲规律的模型化描述,基于传热学理论及刚塑性变分原理,利用ABAQUS软件建立了粗轧轧制过程热力耦合有限元模型。系统分析了在轧制线不对中的情况下轧件温度分布对头部弯曲的影响,及在轧制线不对中且轧件上下表面存在温差的情况下辊速比、压下率和入口厚度对头部弯曲的影响,最后通过拟合得到了各工艺因素对轧件头部弯曲的影响规律,实现了轧件头部弯曲的预测。仿真研究结果表明,随着上下表面温差的增加,轧件下扣逐渐加重;辊速比、压下率和入口厚度均对头部弯曲有影响,且相互耦合;随着辊速比的增加,弯曲角度逐渐变大,轧件头部由扣转翘;随着厚度的增加,轧件头部逐渐趋于平直;随着压下率的增加,弯曲角度在一定范围内波动;现场实测数据表明,基于所建立的预测模型,预测角度偏差在±5°之内的比例达到90.10%,验证了所建立模型的有效性,实现了头部弯曲的准确预测,能够为粗轧过程工艺优化提供参考。