基于平均流量理论的轧制润滑动力学数值分析.pdf

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1、机械设计与制造第4期182MachineryDesign&Manufacture2011年4月文章编号：1001—3997(2011)04—0182—03轧制润滑动力学数值分析勇，陈园园。郜志英3)(。炮兵防空兵装备技术研究所十一室，北京100012)BasedonaveregeflowtheroyofrailinglubricatingdynamicnumericalandlysisLIULe-minI,ZANGYong，CHENYuan-yuan，GAOZhi—ying(SchoolofMechanicalEngineering，Uni

2、versityofScienceandTechnologyBeijing，Beijing100083，China)(。11fhLab，BeijingSpecialInstituteofE&MTech，Beijing100012，China)中图分类号：TH16，TG301文献标识码：A1引言取轧制变形区为研究对象，设轧制方向为轴，垂直纸面表面方向为Y轴，垂直平面方向为轴。由于变形区内。轴方轧制润滑问题一直是摩擦学的热门问题，通过控制润滑条向的尺寸远大于．If轴方向的尺寸，轧制润滑问题转化为二维平面件可以改善轧制工艺、提高轧件质量、降低轧辊损

3、耗等，因此研究轧制润滑动力学过程具有重要的理论意义和应用价值。经典的轧应变问题。取轧制变形区平面截面为研究对象，则冷轧过程的润制摩擦学模型，如：卡尔曼摩擦模型、齐别尔常摩擦模型、采里柯滑动力学方程为：夫分段摩擦模型等。这些模型对于无润滑作用的中厚板材轧制计0x(＼立12r／0x)／+专(＼立127／)／=2生Ox+(1)算较为精确，但对于有润滑作用和较薄的板材来说精确度不够高。自从Patir、Cheng提出平均流量理论之后，很多学者将平均流式中：P一接触区内的油膜压力；^—实际油膜厚度；u．、／L2一两表量模型应用到金属加工领域，试图建立考

4、虑粗糙度的精确润滑模面的滚动速度；矿一润滑液粘度。考虑润滑油压力—粘度效型。但是轧制润滑动力学过程的影响因素很多，相对滑动、润滑应的粘度方程为：叼=e(2)液粘度、压下量等都能影,IQ~L制界面润滑动力学特性。以铝板材式(1)中的实际油膜厚度的计算公式为：，+(3)轧制润滑过程为背景，建立其润滑过程的部分膜润滑Reynolds式中：f广名义油膜厚度，即不考虑表面粗糙度时，轧件与轧辊表方程，研究润滑液粘度、表面粗糙度、轧件表面波纹度等各种因素面之问的问隙；6、一两表面的粗糙峰高度。根据润滑剂流对轧制润滑动力学过程的影响。量公式有田：()(4)

5、2混合润滑模型Wilson在比较了弹性流体动力学和塑性流体动力学在轧制研究表明，实际的轧制过程中由于轧制压力很大，轧辊和轧入口区的区别后，导出了变形区入口油膜厚度h。的计算公式p，司：件表面的一部分粗糙峰会有机会发生塑．f生接触，因此润滑形式通常是以混合润滑为主n～。如图1所示，为轧制变形区平面截面的h0=，()、(＼5)0ll—eJ几何关系示意图。式中：R～润滑液粘度系数、润滑液压力—粘度系数以及轧lubricatingfilm辊半径；x0-~LN变形区的长度；、广轧件的屈服应力和H2轧制后张力。2．1平均流量模型参数图1轧件界面接触几何

6、关系示意图对于方程(I)，可以采取Patir、Cheng提出的平均流量模型Fig．1Geometricrelationshipbetweenrollingcontactinterface来求解。即在轧制区内部的润滑域内取面积为AxgAy的矩形单★来稿日期：2010-06-20★基金项目：国家高技术研究发展计划(863)资助项目(2009AA03Z515)第4期刘乐民等：基于平均流量理论的轧制润滑动力学数值分析183元面，引入Patir-Cheng的平均流量系数并根据平均流量的连续触，这种状态被称为混合润滑状态。因此，轧制界面的总载荷P包性，

7、可以得到流体润滑的平均雷诺方程_2，]1：括表面接触峰所承担的载荷以及润滑膜所承担的载荷尸^，即：+(13)Ox(1骞咖嘉)+旁(一手j=其中，看成完全塑『生接触：P,=oA(14)式中：—金属屈服应力；ut+u26060hT(6)+_2A—表面粗糙峰接触面积；式中：、(b。—、Y方向的压力流量因子；4一名义接触面积。西一剪切流量因子；润滑膜所承担的载荷记为：6=、／—相糙面±差；P^：【1-A)(15)则在某一特定油膜厚度下的真实接触面积比A可通过—平均油膜厚度。采用Greenwood和Williamson的表面粗对概率密度函数积分求得：

8、糙度模型口，h可以表示为：：f．(h+z)f(z)dz(7)A／A=lf(z)(16)式中：(b、(b、一膜厚比和表面模型参数T的函数，其求解式中：PL_润滑膜所受的平均压应力。