【文章內容簡介】 8 參數(shù)傳遞到新網格系統(tǒng)中去，以便正確地施加約束，即將舊網格上的單元量和節(jié)點量映射到新網格上，繼續(xù)后續(xù)分析。 對軋輥進行網格劃分的總的前提：只要與軋件接觸的表面，力求保證它們的形狀不失真，即其輪廓尺寸在被離散化后與實際相差無幾，能無限接近其 外形。 對于軋件的網格劃分，因為它在模擬軟件中是作為工件出現(xiàn)，則應選同 — 尺寸作為單元大小對整體進行劃分，雖然在模擬求解過程會有網格重劃分現(xiàn)象，據(jù)上所述，也可采取重新劃分網格原則來處理，因為在本次 異步冷 軋模擬過程分為咬入階段和穩(wěn)定軋制兩個階段。 圖 31 網格劃分流程 圖 摩擦條件的確定 軋件與軋輥之間的接觸摩擦問題是十分重要的，可以說，沒有摩擦，軋制過程就不能建立，而摩擦又使軋制壓力、能耗增加 ，表面質量變壞，并導致工具磨損。 在非線性狀態(tài)分析中，接觸問題是 — 種很普遍的狀態(tài)非線性行為。常見的接觸問題可分為兩種基本類型：剛體 — 柔體的接觸和半柔體 — 柔體的接觸。對于金屬成形問題，大都看作剛體 — 柔體的接觸 。在此次模擬過程中，軋輥可視為剛性體，軋件為柔性體。 在求解問題之前接觸區(qū)域，表面之間是接觸或分開是未知的、突變的，它隨載荷、材料、邊界 條件和其它因素而定； 大多的接觸問題需要計算摩擦，而供選擇的摩擦模型大都是非線性的，摩擦使問題的收斂性變得很困難 。 金屬塑性成形中 摩擦力的作用機理是 — 個復雜的問題，它是不斷變化的，同時受軋輥 、軋件材料、溫度、 成形速度以及變形量等因素的綜合影響。為了簡化分析問題，提出了多銅陵學院畢業(yè)設計 9 種假設，建立了多種摩擦力數(shù)學模型，常用的方法有常摩擦因子模型、庫侖摩擦定律、線性粘摩擦定律以及反正切摩擦模型等。這些理論的提出推動了摩擦理論的發(fā)展，但至今尚未形成統(tǒng) — 的理論，對許多問題的解釋還未取得 — 致的觀點 。 此次軋制過程模擬，雖然軋制咬入和穩(wěn)定軋制階段是連續(xù)的，但鑒于 還不夠完善，可人為的將軋制過程分為咬入階段和穩(wěn)定軋制階段。為保證能夠正常的咬入，需人 為的加設推塊，并設置較大的咬入摩擦系數(shù)，根據(jù)經驗，并結合 Deform 模擬效果 ，設定咬入階段的摩擦系數(shù)為 ；考慮到過大的摩擦力會使 軋制壓力、能耗增加，表面質量變壞，并導致工具磨損 ，穩(wěn)定軋制階段不需過大的摩擦力， 參照給定的模擬方案， 取摩擦系數(shù)為 。 推塊速度的確定 加設推塊是為了保證軋件成功的咬入，但是過大的推塊速度會導致軋件彎曲，不能正常的咬入，故所設定的推塊速度應該小于軋輥速度的水平分量。 在穩(wěn)定軋制階段，軋件的推進靠的是軋輥轉動所產生的摩擦力，故此時已無需推塊，但考慮到 無法設定推塊速度為零，將其設定為很小值 即可 。 張紀文： 變形量對鋼板異步冷軋過程影響的數(shù)值模擬分析 10 第四章 異步冷軋鋼板軋制方案的確定 摩擦系數(shù)的確定 金屬塑性成形中 摩擦力的作用機理是 — 個復雜的問題，它是不斷變化的，同時受軋輥 、軋件材料、溫度、 成形速度以及變形量等因素的綜合影響。 隨著軋制速度的提高，摩擦因數(shù)降低。摩擦因數(shù)與尺寸參數(shù)和軋制平均單位壓力都有影響。綜合考慮選擇摩擦系數(shù)： 。 異速比的確定 為了保證異步軋制的穩(wěn)定運行，異速比不能 不能過大，同時軋制時，通常應保持前張力大于后張力。此次模擬，為了清楚的表明異速比對軋制過程模擬的影響，取異速比為 和 。這樣在保證穩(wěn)定咬入 的情況下，可以 分析 軋制 時 異 速比的影響。 軋輥速度的確定 最高軋制速度是冷軋機裝備水平和生產技術水平低標志之一。通過查閱有關資料，目前實際生產中軋輥的速度一般在 60/rmp 以下，本課題主要研究 變形量 比 對軋制過程 的影響，任務書中選擇下輥轉速 ： 20/rmp。 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 直接影響軋制過程和寬展的形成。壓下量越大，寬展就越大。 所以 壓下量的選擇極為重要，由于軋件材料選擇AISI_1015_(201200)， 即 15 號 鋼 。 軋件尺寸 h50100mm， 軋件原始 高度 H 為 2mm， 軋輥尺寸 216。130 200，在保證實驗可以順利進行的情況下， 考慮到實驗工藝參數(shù)的影響， 同時考慮到 多組合理的壓下量可以橫向對比，以便分析壓下量對軋制過程和結果的影響， 故選擇壓下量 為 。 將上述選定的工藝參數(shù)制定一個 軋制工藝 表，如 表 41所示。 表 41 異步冷軋鋼板 模擬方案 方案 標號 高度 /mm 壓下量 /mm 溫度 /℃ 異速比 下輥 轉速 /rpm 上輥 轉速 /rpm 摩擦 系數(shù) 1 2 20 20 24 2 2 20 20 24 3 2 20 20 24 4 2 20 20 24 5 2 20 20 36 6 2 20 20 36 7 2 20 20 36 8 2 20 20 36 銅陵學院畢業(yè)設計 11 第五章 異步冷軋鋼板變形量的數(shù)值模擬 數(shù)值 模擬的前處理 異步軋制過程的確定 鑒于 用于模擬軋制過程的特殊性，加之本身還不 足 夠 完善， 為了準確分析軋制過程 需 將模擬過程分為 如下 兩個階段： 1) 咬入階段。 依靠 轉動著的 軋輥與軋件之間的摩擦力，將軋件 咬入軋輥，此過程即為 shape rolling 1。 為了保證順利咬入， 在 shape rolling 1 中 ，設定合適的摩擦系數(shù)，一般可取比穩(wěn)定軋制時較大的值， 通過 移動 軋件 使之與軋輥相互接觸； 同時增加推塊起輔助咬入 的作用 ， 但得保證推塊的速度小于 軋輥的水平線速度， 否則模擬過程中可能出現(xiàn)軋件在外加推塊的作用下發(fā)生彎曲；上下輥速度相同也有利于咬入階段的順利進行，故咬入階段可設為等速軋制。 2) 穩(wěn)定軋制階段。 當軋件被軋輥咬入后開始逐漸填充輥縫， 以后 開始穩(wěn)定軋制 ，此過程即為 shape rolling 2。 shape rolling 2 是 軋制最為關鍵的過程，由前討論，可參照表 41 確定參數(shù)，此階段推塊不起作用，設定為較小值即可，上下輥速度可由給定的異速比來確定。 前處理過程的確定 在菜單中選擇 shape rolling，添加 shape rolling 1 和 shape rolling 2。 1）在 shape rolling 1 中，由于是冷軋， 設定 軋輥， 軋件和推塊的溫度 都 為 20℃ ； 增加推塊起 輔助咬入，并設定推塊的速度小于咬入階段軋輥的水平線速度， 取 v=20mm/s； 軋件橫截面的尺寸為 250，軋件單元設定為 112，簡便起見，模擬過程設定為對稱模擬，故橫 軋件 截面網格取 50；軋件長度為 100mm,故 軋件 網格層數(shù)劃分為 50；考慮到模擬所需的步數(shù)不會太大，為能細致的查看各階段情況及數(shù)據(jù)， 設置 step increment 選項為 1， 即 每一步保存一次數(shù)據(jù)； 經過前期的模擬實驗，發(fā)現(xiàn)此方案模擬咬入比較容易，推塊與軋件在前五步已 能保證咬入，而模擬的主要階段為穩(wěn)軋階段，故設定步數(shù)為 5；穩(wěn)軋階段 每步軋件前進等分長 度的 1/2，故軋件每步前進 L=1mm， 通過計算設定 time per step Δt=L／ v=。咬入階段步長及時間 參數(shù) 輸入見圖 51（ a） 。 2） shape rolling 2 中 ,由于軋件與軋輥之間的摩擦力 已能保證軋件正常向前推進 ，已經不需要推塊，故此時設定推塊的速度很小即可，設為 。在穩(wěn)定扎制階段軋件前進L，而軋件每步前進 1mm， 由于咬入階段行進的距離較短，為保證得到較為穩(wěn)定的軋制階段，可使軋件前進較多的距離，設 步數(shù)為 95，設置 step increment 選項為仍為 1 ， time per step 要根據(jù)快 輥的速度設定，軋件每步前進 1mm， 根據(jù)上輥轉速及輥徑可計算出 軋輥的水平線速度大約為 136mm/s 故 Δ t=1／ 136=。 穩(wěn)軋階段步長及時間參數(shù)輸入見 圖 51（ b）。 運行 DEFORM 數(shù)據(jù)庫 全部做完 DEFORM 前處理后，檢驗數(shù)據(jù)，并保存數(shù)據(jù)庫文件，點擊 run 選項即進入模擬運行階段。此階段所需的時間比較長，在運行時，可以隨時暫停并進入后處理檢查是否正確。 張紀文： 變形量對鋼板異步冷軋過程影響的數(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)軋階段步長及時間參數(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 應變、 等效 應 力 、 最大 主 應力 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 中截取相應的圖 表 ， 并整理 表格以便分析使用。 經過比較，模擬實驗方案