小H型钢万能轧制咬入变形与轧制力的研究.pdf

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资源描述
重型机械
2010N0.4
H型钢万能轧制咬入
变形与轧制力的研究
端强2,黄聪玲2
(1.北京科技大学,北京100083;
2.安徽治金科技职业学院,安徽马鞍山243041)
摘要:采用数值模拟的方法研究了小H型钢的万能轧制咬入变形过程。模拟结果表明:在咬人
阶段轧件头部的翼缘产生横向扩张,高度、宽度尺寸偏大,腹板中间薄、两边厚;同时,轧制力变化
对轧辊产生冲击,立辊所承受冲击更严重。
关键词:小H型钢;万能轧制;晈入变形;轧制力
中图分类号:TG33.4文獻标识码:A文章编号:1001-196X(2010)04-0030-03
Study on deformation and rolling force during biting
process of small Ih-shape steel universal rolling
DUAN Qiang", HUANG Cong-ling
(I. University of Science &Technology Beijing, Beijing 100083, China
2. Anhui Vocational College of Metallurgy and Technology, Maanshan 243041, China)
Abstract With aid of nme cal imation meth the biting process of small H-shape steel universal rolling
is studied. The simulation results show that the transverse expansion is produced in the flange of slab head
the height and width is bigger and the web plate is thinner in the middle and is thicker in both sides during bit
rocessing. At the same time, the impact on the roller generated by the rolling force may make the impact
stronger to vertical roller
Key words: small H shape steel; universal rolling; biting deformation; rolling force
1前言
问题
热轧小H型钢 Daniel生产线的粗轧为1~-5
热轧小H型钢力学性能优异,可有效降低架二辊轧机,精轧为6~15架的万能连续轧机
钢结构的金属使用量,广泛应用于建筑、机械制水平辊为驱动辊,而立辊为从动輥,且轧制变形
造、能源等领域。H型钢在轧制过程中的变形不较大。然而,轧件在咬入阶段不均匀变形严重
均匀,牵涉因素多,相互影响,且受其影响该过由于非驱动的立辊参与加工过程,变形、轧制力
程中轧制力变化也较复杂。 K Komori!、曹杰?等问题变得更为复杂。研究小H型钢万能轧制
和徐旭东等采用有限元模拟的方法分别研究咬入阶段的变形和轧制力状况,有助于掌握轧材
了H型钢轧制过程的变形、温度和轧制力等头部变形规律和非稳定轧制阶段轧辊负荷的变
化,对判断轧材缺陷和轧辊强度等生产问题有重
要意义。本文采用有限元分析软件MSC.Marc
收稿期:2010-06-07;修订日期:2010-06-21
基金项目:2010年安徽省教育厅优秀青年人才基金(2010SQRI207
对小H型钢的万能轧制咬入过程进行了模拟和
作者筒介:端强(1978-),男,北京科技大学博士研究生。
分析。
2010No.4
重型机械
2小H型钢万能轧制模型的建立
制线方向延伸变形显著,而两翼缘延伸相对较
小,有横向扩张,且其高度比稳定轧制阶段略
轧件在小H型钢万能轧机中的变形加工过大;腹板区域存在着较大的X向(轧件宽度方
程是一致的,取精轧机组中的一架轧制过程作向)拉伸应力,其中舌头区域拉伸应力最大,
为研究对象。坯料断面形状与单元网格来自前达62.1MPa;在腹板与翼缘相交的较小区域内
机架的出口,由于H型钢轧制在翼缘和腹板分布着较大的X向压缩应力,最大可达
相交的R区域变形较大,轧件模型在该区域的108.7MPa。
细密单元可准确反映应力、应变等指标。由于
轧制变形的对称性,取模型的1/4进行计算。
为保证有稳定轧制过程取轧件长度640mm,其
62.1
单元数共14880个。小H型钢万能轧机的立辊
为从动辊,对轧件变形和轧制负荷有重要影
44.6
响,模型采用摩擦载荷驱动的方式实现立辊从
-66.0
动。设置刚性推板,帮助轧件咬入,轧辊受到
-108
冲击载荷,轧制速度设定为轧件在前一架轧机
的出口速度,依据现场工艺设备参数建立小H
型钢万能轧制模型,轧制模型与轧件的断面网
图2小H型钢头部形状与X向的应力分布/MPa
格如图1所示。
咬人阶段,水平辊和立辊对轧件头部的作
用过程并非一致:轧件接触到水平辊之后,水
平辊依靠摩擦力开始咬入轧件,同时翼缘被水
平辊的侧壁压向两侧以减小翼缘的厚度。万能
型钢轧机的立辊设置为从动辊的目的是阻碍翼
缘的延伸变形,促使翼缘与腹板的延伸变形趋
于一致,因此,立辊在轧件与立辊辊面之间的
摩擦作用下才能转动。当来料翼缘接触到立辊
图1轧制模型和轧件1/4断面的网格
之后,立辊会使得翼缘金属的延伸阻力增大
1、2.节点
导致部分金属向高度方向流动,使轧件头部的
高度相对稳定轧制阶段有所增加,增加值为
以传热系数综合考虑辐射与对流对轧件的5.4mm。在翼缘的1/2处的内、外侧分别选取
热量交换:H型钢的翼缘内部相对,有“自见如图1所示节点1、2,对两节点在轧制过程中
性”,可相互保温,散热作用较弱,传热系数的线速度进行比较如图3,作为判断翼缘的变
取0.10kW/(m2?℃);翼缘端部、外侧的传形提供依据。图3中轧件在咬入过程中翼缘内
热条件较好,传热系数取0.12kW/(m2?℃);侧节点1的线速度较外侧节点2大,说明翼缘
腹板区域与两翼缘存在部分“自见性”,且轧辊内、外侧金属的流动变形不同步,内侧金属更
冷却水易在此形成水槽,对流介质为冷却水,容易延伸变形。其原因是翼缘内側金属在水平
传热条件明显好于其他部位,取传热系数为辊的侧压和摩擦作用下产生延伸变形,而外侧
0.20kW/(m2·℃);轧制温度为950℃。
金属因从动立辊阻碍其延伸变形,使翼缘的
3模拟结果与分析
内、外侧金属变形不一致,最终翼缘横向扩
张,宽度方向尺寸相对稳定轧制阶段增加
轧件头部的变形分析
16mm。立辊的圆周线速度在轧件与立辊的摩
图2为小H型钢万能轧制后头部形状与X擦力作用下迅速增加,约0.5s后与轧件同步,
向的应力分布状况。轧件头部的腹板区域在轧即进人稳定轧制阶段。
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