【正文】 步軋制將會(huì)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 圖 21 異步軋制原理 圖 軋件咬入后 ， 由于上下工作輥 速度不同 ， 則上下軋輥表面由此產(chǎn)生線速度差 ， 使軋件處于搓軋狀態(tài)中 ， 從而可削平摩擦峰值 ， 降低軋制力和能耗 ， 同時(shí)也可使軋件表面的氧化鐵皮易于脫落 ，提高了軋件的表面質(zhì)量。異步軋制由于上、下輥有速度差 , 上、下輥的中性點(diǎn)不在同一垂直平面內(nèi) , 慢速輥側(cè)中性點(diǎn)向入口側(cè)移動(dòng) , 快速輥側(cè)中性點(diǎn)向出口側(cè)移動(dòng) , 這樣就形成了變形區(qū)上、下摩擦力方向相反的區(qū)域 , 這個(gè)區(qū)域也稱之為搓軋區(qū)。隨著有限元技術(shù)的日益成熟， DEFORM 軟件也在不斷發(fā)展完善，目前， DEFORM 軟件已經(jīng)能夠成功用于分析考慮力耦合的非等溫變形問(wèn)題 和三維變形 (DEFORM3D)，此外， DEFORM軟件可視化的操作界面以及強(qiáng)大而完善的網(wǎng)格自動(dòng)再劃分技術(shù)，都使 DEFORM 這 — 商業(yè)化軟件在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中變得愈來(lái)愈實(shí)用而可靠。 （ 11） 程序具有多聯(lián)變形體處理能力，能夠分析多個(gè)塑性工件和組合模具應(yīng)力。這是因?yàn)?，在非穩(wěn)態(tài)的復(fù)雜型腔金屬塑性成形過(guò)程的有限元模擬中，當(dāng)工件的某些邊界網(wǎng)格與模具邊界相干涉時(shí)，將會(huì)使模擬結(jié)果產(chǎn)生誤差 ； 此外，大金屬變形會(huì)使初始網(wǎng)格產(chǎn)生畸變，如果仍把畸變的網(wǎng)格形狀作為增量計(jì)算的參考狀態(tài)，就會(huì)導(dǎo)致計(jì)算精度降低，引起不收斂，嚴(yán)重時(shí)甚至不能繼續(xù)進(jìn)行計(jì)算。為保證能夠正常的咬入，需人 為的加設(shè)推塊，并設(shè)置較大的咬入摩擦系數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合 Deform 模擬效果 ，設(shè)定咬入階段的摩擦系數(shù)為 ；考慮到過(guò)大的摩擦力會(huì)使 軋制壓力、能耗增加，表面質(zhì)量變壞，并導(dǎo)致工具磨損 ，穩(wěn)定軋制階段不需過(guò)大的摩擦力， 參照給定的模擬方案， 取摩擦系數(shù)為 。130 200，在保證實(shí)驗(yàn)可以順利進(jìn)行的情況下， 考慮到實(shí)驗(yàn)工藝參數(shù)的影響， 同時(shí)考慮到 多組合理的壓下量可以橫向?qū)Ρ?，以便分析壓下量?duì)軋制過(guò)程和結(jié)果的影響， 故選擇壓下量 為 。 張紀(jì)文： 變形量對(duì)鋼板異步冷軋過(guò)程影響的數(shù)值模擬分析 12 a) 咬入階段 b） 穩(wěn)軋階段 圖 51 咬入 及穩(wěn)軋階段步長(zhǎng)及時(shí)間參數(shù)輸入 數(shù)值 模擬的后處理 根據(jù)本課題 研究 需要 ， 導(dǎo)出所需數(shù)據(jù)， 記 算軋輥的平均 軋制 力；記錄 穩(wěn)定軋制階段 軋件 等效 應(yīng)變、 等效 應(yīng) 力 、 最大 主 應(yīng)力 以及最大破壞系數(shù)和軋件出輥處的水平速度差 ； 在DEFORM 后處理 中截取相應(yīng)的圖 表 ， 并整理 表格以便分析使用。一般軋件速度由軋輥速度決定，隨著軋輥轉(zhuǎn)速變快， 軋件出輥處質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)水平速度 也會(huì)加快。如圖 63 所示，隨著壓下量的增加，軋件的等效應(yīng)力增加。 最大主應(yīng)力是用來(lái)描述 軋件 的實(shí)際受力情況，它的大小決定了 材料 是否出現(xiàn)裂縫和受剪切破壞 。軋制時(shí) 上下輥與軋件接觸面摩擦力可能也會(huì)有差別，軋件會(huì)向摩擦力較小的一側(cè)彎曲 。 壓下量相同 時(shí) ， 隨著異速比的增大，軋制力、等效應(yīng)變、等效應(yīng)力、最大主應(yīng)力、損傷值、出輥處速度差一般也會(huì)增大。 對(duì)于此次錯(cuò)誤，張金標(biāo)老師給予了我很重要的指導(dǎo)意見(jiàn)，在此表示衷心感謝。綜合以上可以確定最佳模擬方案為方案 2，即異速比為 ，壓下量為 。 如圖 66 方案 2 和 3 及圖 67 方案 5 和 6 所示。那么由于變形量的增加，軋制力、等效應(yīng)力、最大主應(yīng)力 可能 會(huì)上升。 圖 61 軋制力和壓下量關(guān)系曲線 圖 62 軋件等效應(yīng)變和壓下量關(guān)系曲線 圖 63 軋件等效應(yīng) 力 和壓下量關(guān)系曲線 圖 64 軋件最大 主 應(yīng)力和壓下量關(guān)系曲線 軋制力、等效應(yīng)變、等效應(yīng)力、最大主應(yīng)力和壓下量關(guān)系曲線結(jié)論 圖 61 表明，隨著壓下量的增加，軋制力增加。圖 55 為損傷值分布曲線。在穩(wěn)定扎制階段軋件前進(jìn)L，而軋件每步前進(jìn) 1mm， 由于咬入階段行進(jìn)的距離較短，為保證得到較為穩(wěn)定的軋制階段，可使軋件前進(jìn)較多的距離，設(shè) 步數(shù)為 95，設(shè)置 step increment 選項(xiàng)為仍為 1 ， time per step 要根據(jù)快 輥的速度設(shè)定，軋件每步前進(jìn) 1mm， 根據(jù)上輥轉(zhuǎn)速及輥徑可計(jì)算出 軋輥的水平線速度大約為 136mm/s 故 Δ t=1／ 136=。 軋制方案的確定 此次模擬研究的是異步冷軋鋼板變形量的影響，壓下量的確定 將 直接影響軋制過(guò)程和寬展的形成。 金屬塑性成形中 摩擦力的作用機(jī)理是 — 個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，它是不斷變化的，同時(shí)受軋輥 、軋件材料、溫度、 成形速度以及變形量等因素的綜合影響。 材料 模型 的建立 材料力學(xué)模型是影響成形載荷的重要因素，是金屬塑性成形問(wèn)題中的重點(diǎn)，常用的材料模型有彈塑性、剛塑性、熱彈塑性、熱剛塑性及自定義類(lèi)型等。 （ 7）所使用的材料模型有彈性、剛塑性、熱彈塑性、熱剛粘塑性、粉末材料還有自定銅陵學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 義類(lèi)型。 (2)它的工藝用途很廣 ， 可以對(duì)冷熱過(guò)程還有鍛造、拉拔、擠壓、軋制、擺輾等過(guò)程進(jìn)行模擬，分析正火、退火、淬火、回火、滲碳，蠕變、硬等處理對(duì)材料性能的影響。 a) 同步軋制變形區(qū)受力圖 b) 異步軋制變形區(qū)受力圖 圖 22 軋制變形區(qū)受力 圖 a) 同步軋制 b) 異步軋制 圖 23 變形區(qū)的摩擦力分布 圖 理想的異步軋制條件為 ： 軋材中性面沿快速輥出口 ， 沿慢速輥進(jìn)入 ， 稱為 PV( Perfect Full Asymmetrical Rolling) 軋制 ，習(xí)慣上稱為全搓軋。 圖 21 為 異步軋制原理圖。 北京科技大學(xué)、東北大學(xué)、哈爾濱工業(yè) 大 學(xué) 、鋼 鐵 研 究 總院、鞍 山 鋼 鐵集團(tuán)、攀枝花鋼 鐵集團(tuán)、新余鋼鐵集團(tuán) 等 眾多科研 單位 已有 課題組從理論和 實(shí)踐 上對(duì)異步軋制新技術(shù)進(jìn)行 了廣泛地 研究 。異步軋制變形區(qū)的 主要特點(diǎn) 表現(xiàn)在橫切變形區(qū) 內(nèi) ， 與上下輥接觸的軋件材料 表面 所受 摩擦力沿中性面 呈 相反 方向 ，形成 了剪切變形， 從而導(dǎo)致 軋材 材料 的中心具有 比較大的剪切力，這樣會(huì)使軋制 變形抗力減小，單位軋制壓力 隨之降低。 異步軋制是為了降低軋制壓力 和設(shè)備重量 ，提高 軋制 加工效率 和產(chǎn)品精度 而發(fā)展起來(lái)的一種新的 軋制 壓力加工技術(shù)。 40 年代初 至今 ， 已有多個(gè)國(guó)家開(kāi)展了異步軋制技術(shù)研究。 近些年來(lái) ，隨著對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高， 對(duì)板帶材表面質(zhì)量 和 板形等要求 也 越來(lái)越高 , 所以能有效控制板型的各種軋機(jī)也相繼出現(xiàn)， 如 : 液壓彎輥技術(shù)、 CVC、 HC、 PC 及 WRS軋機(jī)等 。 異步軋制時(shí) ， 由于上下軋輥的線速度不同 ， 中性面將發(fā)生偏移 ，表現(xiàn)在輥縫出口端軋材中性面偏向快速輥一側(cè)。理論和實(shí)踐足以證明 , 異步軋制可以使 D/h 值達(dá)到 10000 以上。 (1)不在人工干預(yù)下它能夠進(jìn)行自動(dòng)網(wǎng)格重劃分，系統(tǒng)中集成了在任何必要時(shí)能夠自行觸發(fā)自動(dòng)網(wǎng)格重劃生成器，生成優(yōu)化的網(wǎng)格系統(tǒng)。DEFORM 3D 強(qiáng)大的模擬引擎能夠分析金屬成形過(guò)程中多個(gè)關(guān)聯(lián)對(duì)象耦合作用的大變形和熱特性。 對(duì)于軋件的網(wǎng)格劃分，因?yàn)樗谀M軟件中是作為工件出現(xiàn)，則應(yīng)選同 — 尺寸作為單元大小對(duì)整體進(jìn)行劃分，雖然在模擬求解過(guò)程會(huì)有網(wǎng)格重劃分現(xiàn)象，據(jù)上所述，也可采取重新劃分網(wǎng)格原則來(lái)處理，因?yàn)樵诒敬?異步冷 軋模擬過(guò)程分為咬入階段和穩(wěn)定軋制兩個(gè)階段。摩擦因數(shù)與尺寸參數(shù)和軋制平均單位壓力都有影響。 2) 穩(wěn)定軋制階段。圖中可清楚地看出 軋件在時(shí)間 時(shí)已經(jīng)進(jìn)入穩(wěn)定軋制階段， 將其 數(shù)據(jù) 導(dǎo)出 ，取 其中較為規(guī)則 平整 的一段，即 ～ 時(shí)間段的軋制力數(shù)據(jù)。故以后每一方案所做的速度差都取第四十步，這樣方便做縱向比較。 在異步軋制條件下，由于兩輥之間有速度差，使得快輥與慢輥之間會(huì)產(chǎn)生切應(yīng)力， 這種切應(yīng)力除了抵消摩 擦阻力產(chǎn)生的“摩擦峰”之外，還可發(fā)揮對(duì)軋件產(chǎn)生剪切變形的作用，從而大大降低了軋制力，并改善了軋件的變形條件。 金屬塑性成形中的塑性斷裂是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，塑性裂紋的出現(xiàn)是變形區(qū)的應(yīng)力、應(yīng)變、應(yīng)變速率、溫度以及變形材料 抵抗塑性斷裂的能力共同作用的結(jié)果。上輥速度大于下輥，由于 摩擦力的作用，軋件與上輥接觸區(qū)的摩擦力 是逆著 上 輥旋轉(zhuǎn)的方向， 軋件與下輥接觸區(qū)的摩擦力是沿 著 下 輥旋轉(zhuǎn)的方向，所以在這兩個(gè)區(qū)域內(nèi)，必然存在著一個(gè)摩擦力為 零 的中性層，它的位置是隨著上輥轉(zhuǎn)速的增加而越接近上輥，此時(shí)摩擦力逆著軋輥轉(zhuǎn)動(dòng)方向的區(qū)域增大，摩擦力阻礙軋件 速度增加。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在指導(dǎo)老師張 金標(biāo) 的精心指導(dǎo)下完成的。同時(shí) 本課題組的其他同學(xué)也給了我寶貴的建議和指導(dǎo)，才使 我的課題得以順利完成，更離不開(kāi)各位授課老師幾年來(lái)悉心的教導(dǎo)和鼓勵(lì)。一般隨著異速比的增加， 搓軋區(qū)也在增大，這種不均勻的現(xiàn)象更為劇烈。當(dāng)達(dá)到材料的損傷值的極限后，此部位材料首先產(chǎn)生微觀裂紋，裂紋在交變應(yīng)力作用下 ，沿著中心線的軋制方向擴(kuò)展，從而形成此