热连轧过程中力能参数的三维仿真分析

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1、万方数据第35卷第2期Vbl．35No．2河北工业大学学报JoURNALOFHEBEIUNⅣERSITY0FTECHNOLOGY2006年4月April2006文章编号：1007—2373(2006)02．0006—05热连轧过程中力能参数的三维仿真分析杨理诚，邢素芳，刘波(河北工业大学机械学院，天津300130)摘要借助大型商品有限元软件MSC．MARC及其先进的接触求解方法，采用真实工艺尺寸，以热力耦合大变形理论为基础，真实地模拟出了高速线材预精轧区六机架热连轧过程，计算并分析了轧制过程中的应力场、轧制

2、力与轧制力矩等力能参数随时间增量步的变化规律，计算结果对现场轧制工艺参数的调整优化有重要的参考价值，对实际生产也有重要的指导意义．关键词热力耦合；轧制力矩；热连轧；应力场中图分类号TGl3文献标识码A3一DSimulationandAnalysisofMechanicalParameterforHotContinuousRollingProcessYANGLi-cheng，XINGSu—fang，LIUBo(SchoolofMechanicalEngineering，HebeiUniversityofTec

3、hnology,Tianjin300130，China)AbstractToadoptrealsizesforbilletandrollers，thefiniteelementmodelofwirerodhasbeenestablishedbyusingFEMsoftwareMSC．MARC．Accordingtothetheoryofthermal—mechanical，thesix-passhotcontinuousrollingprocessofhigh--speedwirerodhasbeensim

4、ulatedpreciselyforpre-·finishingrollingsectionbyusingadvancedcontactanalysismethod．Thestressfield，rollingforceandrollingtorqueandsoonhavebeencalculatedandanalyzedfollowingtimein—crementsteps．Theresultsofsimulationarereliableandprecise，whichareusefulforprac

5、ticalmanufactureandtheop—timizationofprocessesparameters．Keywordsthermal-mechanicalcoupling；rollingtorque；hotcontinuousrolling；stressfield0引言线材轧制时，轧件在多道次孔型中发生复杂的变形，其断面前后相差显著，属于典型的大变形过程，变形基理非常复杂，其过程涉及材料非线性与几何非线性，同时当轧件与孔型接触时，接触状态影响其变形规律，因而又存在接触(边界条件)非线性，求解过程

6、相当困难“一1．对轧件的三维成型过程进行理论解析一般难以进行．以前常采用在生产现场的试轧方法与物理实验或两者相结合的方法，但这些方法均不同程度地存在着成本高、耗时与多风险

7、生．随着数值计算手段的提高，特别是计算机软硬件环境的改善，使得基于有限元法的计算机数值模拟技术在解决轧制过程的规律时成为可能．轧制过程涉及变形速度、温度、应力、应变等许多过程参数，同时高温轧件在轧制过程中，与周围环境存在热传导、热对流与热辐射现象，均会导致坯料的温度场、应力与应变场等的不均匀变化．温度的改变进而又影响力能参数(如应力、轧制

8、力与轧制力矩等)的变化并改变热边界条件，因此，线材的热连轧属于热力耦合过程，进行数值研究时，必须将应力等力能参数的求解与温度场变化结合起来分析．由于线材在轧制过程中的喧力场、轧制力以及轧制力矩等力能参数的不均匀变化，对轧辊磨损与冲击影响很大，直接涉及到轧辊的使用寿命与正常生产的进行，为此研究应力、轧制力与轧制力矩等力能收稿日期：2005。11-12作者简介：杨理诚(1976一)，男(汉族)，博士生万方数据第2期杨理诚，等：热连轧过程中力能参数的三维仿真分析参数的变化值，对现场生产工艺参数调整优化与线材产品的

9、质量改善有重要的指导意义．本文借助大型非线性CAE模拟仿真软件MSC．MARC中的三维热力耦合弹塑性有限元技术模拟某高速线材厂预精轧区六道次的热连轧过程．1现场生产条件及其有限元模型1．1现场生产条件某钢铁公司20世纪80年代末从国外引进的高速线材轧制生产线，由粗、中、预精与精轧区组成，全线共分25道次，其中预精轧区为6道次(H10～V15)平一立交替布置轧制．6道次热连轧孔型采用“椭一圆一椭一圆一椭一圆”孔型系