【正文】 產(chǎn)出厚度 0. 0035mm 的薄板帶。 張紀(jì)文： 變形量對鋼板異步冷軋過程影響的數(shù)值模擬分析 6 第三章 異步冷軋鋼板數(shù)值 分析簡介 DEFORM 模擬軟件綜述 模擬軟件簡介 DEFORM (Design environment for forming)是由美國 Battelle Columbus 實(shí)驗(yàn)室在八十年代早期著手開發(fā)的， 是 國際上最著名的 2D/3D 成形加工和熱處理工藝模擬分析軟件，專為生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用而設(shè)計開發(fā)，它能保證用戶縮短設(shè)計、生產(chǎn)周期，優(yōu)化最佳工藝，提高生產(chǎn)率。DEFORMTM 突出特色 如下。 (2)它的工藝用途很廣 ， 可以對冷熱過程還有鍛造、拉拔、擠壓、軋制、擺輾等 過程進(jìn)行模擬，分析正火、退火、淬火、回火、滲碳，蠕變、硬等處理對材料性能的影響。 (4)該軟件所涵蓋的材料種類十分豐富，可以實(shí)現(xiàn)各種材料的變形模擬。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)中變得愈來愈實(shí)用而可靠。它適用于熱、冷、溫成形，提供極有價值的工藝分析數(shù)據(jù)。 DEFORM3D 功能與 2D 相比，它能夠處理的對象為復(fù)雜的三維零件、模具等，它具有如下 的 優(yōu)點(diǎn) 。如果網(wǎng)格精度要求較高 它就可以將網(wǎng)格劃分的較細(xì)密，從而顯著提高計算機(jī)的運(yùn)算效率。 （ 3） DEFORM 3D 模型是來自 CAD 系統(tǒng)的面或?qū)嶓w造型的 (STLISLA)格式。 （ 5）它的表面壓力邊界條件處理功能對 解決脹壓成形工藝具有較好的效果。 （ 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 7 義類型。 （ 9）具有 FLOWNET 和點(diǎn)跡示蹤、變 形、云圖、矢量圖、力 — 行程曲線等一系列后處理功能，分析結(jié)果全面。 （ 11） 程序具有多聯(lián)變形體處理能力，能夠分析多個塑性工件和組合模具應(yīng)力。 綜上所述 ， 可以知道 DEFORM3D(三維 )是 — 套基于工藝模擬系統(tǒng)的有限元 分析 系統(tǒng)，用于分析各種金屬在成形過程中的三維 (3D)流動情況，為分析數(shù)據(jù) ， 改進(jìn)成型工藝提供了寶貴的資料， DEFORM3D 應(yīng)用包括鍛造、擠壓、軋制、自由鍛、彎曲等其它成形加工工藝。它不僅成型性能好而且使用非常方便。它所具有的網(wǎng)格重新劃分生成器能夠自動進(jìn)行網(wǎng)格重劃分，從而避免了人工劃分的不科學(xué)性，是模擬精度更高模擬效果更好。使用戶分析數(shù)據(jù)和觀察數(shù)據(jù)分析結(jié)果的有效工具。 DEFORM 3D 延續(xù)了 DEFORM2D 系統(tǒng)幾十年來 — 貫秉承的力保計算準(zhǔn)確可靠的傳統(tǒng)。 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型等。 網(wǎng)格劃分與重劃分 在有限元分析求解中，網(wǎng)格質(zhì)量的好壞直接影響到求解的效率和精度。這是因?yàn)椋诜欠€(wěn)態(tài)的復(fù)雜型腔金屬塑性成形過程的有限元模擬中，當(dāng)工件的某些邊界網(wǎng)格與模具邊界相干涉時，將會使模擬結(jié)果產(chǎn)生誤差 ； 此外，大金屬變形會使初始網(wǎng)格產(chǎn)生畸變，如果仍把畸變的網(wǎng)格形狀作為增量計算的參考狀態(tài)，就會導(dǎo)致計算精度降低，引起不收斂，嚴(yán)重時甚至不能繼續(xù)進(jìn)行計算。另外，在金屬成形過程中，材料在流動時極易產(chǎn)生網(wǎng)格畸變，雖然 DEFORM3D 軟件具有良好的網(wǎng)格自動劃分和重劃分功能 ，但對變形劇烈部位 然 可采用局部加密的原則。 對軋輥進(jìn)行網(wǎng)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(shí)際相差無幾，能無限接近其外形。 圖 31 網(wǎng)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(zhì)量變壞，并導(dǎo)致工具磨損。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。在此次模擬過程中，軋輥可視為剛性體，軋件為柔性體。 金屬塑性成形中 摩擦力的作用機(jī)理是 — 個復(fù)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。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(diǎn) 。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 ；考慮到過大的摩擦力會使 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 需過大的摩擦力， 參照給定的模擬方案， 取摩擦系數(shù)為 。 在穩(wěn)定軋制階段，軋件的推進(jìn)靠的是軋輥轉(zhuǎn)動所產(chǎn)生的摩擦力，故此時已無需推塊，但考慮到 無法設(shè)定推塊速度為零，將其設(shè)定為很小值 即可 。 隨著軋制速度的提高，摩擦因數(shù)降低。綜合考慮選擇摩擦系數(shù)： 。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 。 軋輥速度的確定 最高軋制速度是冷軋機(jī)裝備水平和生產(chǎn)技術(shù)水平低標(biāo)志 之一。 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。 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 。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， 同時考慮到 多組合理的壓下量可以橫向?qū)Ρ?，以便分析壓下量對軋制過程和結(jié)果的影響， 故選擇壓下量 為 。 表 41 異步冷軋鋼板 模擬方案 方案 標(biāo)號 高度 /mm 壓下量 /mm 溫度 /℃ 異速比 下輥 轉(zhuǎn)速 /rpm 上輥 轉(zhuǎn)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(xué)院畢業(yè)設(shè)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(zhǔn)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。 為了保證順利咬入， 在 shape rolling 1 中 ，設(shè)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(jìn)行，故咬入階段可設(shè)為等速軋制。 當(dāng)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。 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。咬入階段步長及時間 參數(shù) 輸入見圖 51（ a） 。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)速及輥徑可計算出 軋輥的水平線速度大約為 136mm/s 故 Δ t=1／ 136=。 運(yùn)行 DEFORM 數(shù)據(jù)庫 全部做完 DEFORM 前處理后，檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，并保存數(shù)據(jù)庫文件，點(diǎn)擊 run 選項(xiàng)即進(jìn)入模擬運(yùn)行階段。 張紀(jì)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(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。 由于 軋件變形區(qū)及軋制 過程 所耗費(fèi)時間主要集中在穩(wěn)定軋制階段，具有實(shí)際研究意義的是穩(wěn)定軋制階段。當(dāng)然咬入階段屬于不穩(wěn)定軋制，軋制力曲線波動必然較大且不規(guī)則，這也能區(qū) 分 咬入和穩(wěn)軋階段。 運(yùn)用e