畢業(yè)設(shè)計(jì)變形量對(duì)鋼板異步冷軋過(guò)程影響的數(shù)值模擬分析

畢業(yè)設(shè)計(jì)變形量對(duì)鋼板異步冷軋過(guò)程影響的數(shù)值模擬分析張紀(jì)文：變形量對(duì)鋼板異步冷軋過(guò)程影響的數(shù)值模擬分析銅陵學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)-1-第一章異步冷軋鋼板在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r及應(yīng)用前景1.1異步軋制生產(chǎn)技術(shù)異步軋制是兩個(gè)工作輥圓周速度不等，使軋制變形區(qū)產(chǎn)生一種搓軋變形的新的軋制技術(shù)。它有兩種基本形式：一是輥徑相同，速度不同（異徑異步）；二是轉(zhuǎn)速相同，輥徑不同（異速異步）。其生產(chǎn)工藝過(guò)程基本上和同步軋制相同。如冷軋帶鋼的工藝過(guò)程為表面準(zhǔn)備、冷軋、熱處理、冷軋、成品檢驗(yàn)、上油包裝。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)。相比與同步軋制，異步軋制的特點(diǎn)如下，第一，在軋件壓下量相同的情況下，軋制壓力更低。所以異步軋制具有軋制壓力低，變形量比較大的特點(diǎn)。第二，在軋件剛度相同的情況下，產(chǎn)品的尺寸精度高，板型變形小。第三，變形區(qū)的剪切變形能力較大，所以其冷加工性能比較好。第四，在異速比不同的情況下，軋件的中性面偏離軋輥輥縫變形區(qū)，所以可以較好地控制軋材寬展方向的材料流動(dòng)。異步軋制有比同步軋制更多的優(yōu)點(diǎn)，其主要區(qū)別于同步軋制的地方為，同步軋制時(shí)，變形區(qū)的材料在前滑區(qū)和后滑區(qū)上下表面摩擦力都是指向中性面的，以至于中性面附近的材料單位壓力突然增大，從而平均單位軋制力也會(huì)增加。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。據(jù)以上分析，異步軋制具有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，以此優(yōu)點(diǎn)為研究方向，研制出了很多與之相應(yīng)的異步軋機(jī)。它們具有軋制壓力比較低但是軋制效率卻比較高，輥速與張力控制簡(jiǎn)單且適應(yīng)性較強(qiáng)。異步軋制所使用的設(shè)備主要有異步單機(jī)、PV軋機(jī)、LPV軋機(jī)、NCM軋機(jī)、FFC軋機(jī)、連軋機(jī)。1.2國(guó)內(nèi)外異步軋制技術(shù)的研究進(jìn)展以國(guó)內(nèi)外的實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，異步軋制的主要適用范圍如下。一，既可以用于碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金鋼、不銹鋼等黑色金屬的冷軋板帶生產(chǎn)，也可用于銅鋁等有色金屬的冷軋板帶生產(chǎn)。特別是高強(qiáng)度材料的薄板帶生產(chǎn)。它使軋機(jī)的使用范圍擴(kuò)大，使工作輥徑與帶材厚度的比值DH大于8250，帶材寬度與厚度比值BH大于7500，最小軋制厚度達(dá)0.001毫米。二，復(fù)合薄板的生產(chǎn)，熱態(tài)復(fù)合軋制時(shí)，生產(chǎn)過(guò)程的氧化和脆性金屬化合物問題影響很大，而異步軋制冷軋復(fù)合薄板，可很好地解決40年代初至今，已有多個(gè)國(guó)家開展了異步軋制技術(shù)研究。其中德國(guó)和蘇聯(lián)的異步軋制技術(shù)較為成熟，已經(jīng)有五十多年的研究歷史，他們的工藝研究迅速發(fā)展，取得在世界范圍內(nèi)被廣泛的研究和應(yīng)用?；诋惒杰堉萍夹g(shù)原理的成功研究，前蘇聯(lián)設(shè)計(jì)制造了PV軋機(jī)，日本先后設(shè)計(jì)制造成功了FFC軋機(jī)、IPV軋機(jī)、NCM軋機(jī)。這些都標(biāo)志著異步軋制這門新技術(shù)已趨于成熟，并能成功應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，在冶金生產(chǎn)中具有不可忽略的重要作用。60年代初，我國(guó)也逐漸看到異步軋制所具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，至今也進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)理論研究，同時(shí)也取得了很多重要的科研成果。北京科技大學(xué)、東北大學(xué)、鞍山鋼鐵集團(tuán)等鋼鐵類的科研單位經(jīng)過(guò)不懈的努力，成功的研制出了異步恒延伸軋機(jī)、20輥異步軋機(jī)、異步單機(jī)、連軋機(jī)等。北京科技大學(xué)與新余鋼鐵總廠合作，研制出φ90／240×300異步冷軋軋機(jī)，它可以顯著提高軋制效率和產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)在降低能耗方面也具有突出作用，已能成功地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。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。相關(guān)鋼鐵廠和單位都有很多從事于異步軋制理論和實(shí)踐應(yīng)用的研究工作者。但是，異步軋制技術(shù)的研究還不夠充分，存在理論不足以指導(dǎo)實(shí)踐需要。軋機(jī)的振動(dòng)和軋件的彎曲是目前為止急需解決的問題。異步軋制作為一種具有獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)的壓力加工技術(shù)，隨著對(duì)它的研究越來(lái)越深入，可以預(yù)見，異步軋制將會(huì)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。1.3異步軋制技術(shù)的發(fā)展前景和意義鋼鐵產(chǎn)業(yè)是我國(guó)的支柱性產(chǎn)業(yè)，各行各業(yè)的發(fā)展都不可能離開鋼材，所以鋼材的需求量逐年增加。但我國(guó)的鋼材附加值遠(yuǎn)小于發(fā)達(dá)國(guó)家，其中產(chǎn)能過(guò)剩、噸鋼耗能都是比較嚴(yán)重的問題，同時(shí)產(chǎn)品質(zhì)量合格率、單位附加值都不高。在這種情況下，就需要研發(fā)新的軋制生產(chǎn)工藝，以便提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)兼顧降低能耗及生產(chǎn)成本，要想我國(guó)完成由鋼鐵大國(guó)向鋼鐵強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變，其關(guān)鍵在于生產(chǎn)高附加值的產(chǎn)品。搞清楚異步軋制過(guò)程中，不同的軋制工藝參數(shù)對(duì)軋件變形和組織變化規(guī)律的影響，才能得到先進(jìn)的異步軋制生產(chǎn)工藝，拓寬異步軋制工藝的應(yīng)用范圍。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。但是由于輥縫形狀復(fù)雜，一般的工藝技術(shù)都很難達(dá)到此種要求，所以得綜合多種工藝技術(shù)，這樣一來(lái)就使得板形控制設(shè)備變的很復(fù)雜。此時(shí)異步軋制技術(shù)就可以突顯其作用，比如降低軋制力、軋輥的橫向彎曲和板凸度,這樣均勻了軋輥輥縫，從而使板形控制難度降低。因此,異步軋制技術(shù)可有效地改善板形,使異步軋制理論及工藝的優(yōu)越性得到最大發(fā)揮。

第二章異步冷軋技術(shù)原理2.1異步軋制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)異步軋制輥速的不同是通過(guò)上下軋輥半徑不同或二者轉(zhuǎn)動(dòng)角速度不一樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的。前者稱為異徑異步軋制,后者稱為同徑異步軋制。近年來(lái)還出現(xiàn)了上下輥具有相同的輥徑與轉(zhuǎn)速,但依靠?jī)烧吣Σ料禂?shù)不同來(lái)實(shí)現(xiàn)異步軋制。圖2-1為異步軋制原理圖。異步軋制軋件在咬入時(shí),其頭部首先與軋輥接觸，且上輥比下輥的線速度高。軋件頭部受到來(lái)自上輥和下輥的錘鍛作用力，使軋件頭部與輥的接觸由點(diǎn)(實(shí)際是一條線)變成接觸弧(實(shí)際是一塊接觸弧面)，軋機(jī)上工作輥的咬入角由大變小，形成楔咬作用。錘鍛和楔咬作用有利于軋件咬入。咬入階段咬入階段b)穩(wěn)軋階段nnnnn1＞圖2-1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。見圖2-2。圖2-3所示為常規(guī)軋制和異步軋制時(shí)的摩擦力分布。金屬在軋制過(guò)程中，按金屬流動(dòng)速度的不同，中性面將變形區(qū)分為前滑區(qū)和后滑區(qū)。在軋制過(guò)程中，常規(guī)軋制時(shí)上下輥的中性角相等，軋制變形區(qū)金屬在前滑區(qū)，后滑區(qū)上下表面摩擦力都是指向中性面，中性面附近單位壓力驟增，使平均單位軋制壓力增大，阻礙金屬變形。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)。由于中性面的偏移，在變形區(qū)中形成一個(gè)外力作用條件與應(yīng)力狀態(tài)都比較特殊的區(qū)域，此區(qū)域位于兩個(gè)中性點(diǎn)之間，其上、下接觸面的摩擦力方向相反，形成了異步軋制所特有的搓軋區(qū)。由于搓軋區(qū)的存在，造成了軋制過(guò)程變形特點(diǎn)和金屬流動(dòng)的特殊變化。在搓軋區(qū)上、下表面，外摩擦力方向相反，減少了外摩擦所形成的水平壓力對(duì)變形的阻礙作用，從而顯著降低了軋制變形的總壓力。又由于方向相反的摩擦力，造成了搓軋區(qū)上、下表面金屬流動(dòng)的不同，因而在變形區(qū)內(nèi)引起剪切變形，導(dǎo)致金屬表面質(zhì)量、金相組織、晶體位向和力學(xué)性能的變化。與常規(guī)軋制相比，異步軋制具有顯著降低軋制壓力與軋制力矩，降低產(chǎn)品能耗，減少軋制道次，增強(qiáng)軋薄能力，改善產(chǎn)品厚度精度和板形，提高軋制效率的優(yōu)點(diǎn)。特別是對(duì)于軋制變形抗力高、加工硬化嚴(yán)重的極薄帶材，其節(jié)能效果更加顯著。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2-2軋制變形區(qū)受力圖a)同步軋制b)異步軋制圖2-3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(PerfectFullAsymmetricalRolling)軋制，習(xí)慣上稱為全搓軋。相對(duì)的，還存在IPV軋制(ImperfectAsymmetricalRolling)，也稱不完全軋制。2.2異步軋制技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用異步軋制與常規(guī)軋制的根本區(qū)別是：異步軋制時(shí)按預(yù)定要求使上、下工作輥的表面產(chǎn)生一定的速度差,這樣就造成了金屬在變形區(qū)內(nèi)流動(dòng)的特點(diǎn)與常規(guī)軋制不同,常規(guī)軋制變形區(qū)內(nèi)金屬相對(duì)軋輥有前滑區(qū)和后滑區(qū),摩擦力指向中性點(diǎn)。因此,其上、下接觸弧的摩擦力,軋制壓力和扭轉(zhuǎn)均是對(duì)稱的。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)。常規(guī)冷軋板帶時(shí),由于變形抗力和摩擦阻力作用大,單位軋制壓力在中性面處形成了很高的峰值,軋制壓力引起軋輥的彈性壓扁變形,使軋輥局部半徑增大，造成變形區(qū)長(zhǎng)度增大和更大的單位壓力峰值，當(dāng)軋輥所能夠提供給軋件的最大單位壓力不足以克服單位壓力峰值，不能使軋件產(chǎn)生塑性變形時(shí)，軋件的厚度就是所謂的最小可軋厚度。通常D/h為1000~1500,即冷軋機(jī)軋輥直徑與軋件厚度之比達(dá)到1000左右，就很難軋制變形了，例如軋輥直徑為120mm時(shí)，一般最薄只能軋到厚度為0.12mm左右，此時(shí)已經(jīng)非常困難了，同時(shí)必須有超常的軋制壓力和很多的軋制道次。因此，常規(guī)軋制很難用較大直徑的軋輥生產(chǎn)極薄帶,若生產(chǎn)極薄帶必須采用直徑小而長(zhǎng)度大的軋輥,并有多級(jí)支撐結(jié)構(gòu)的多輥軋機(jī),如二十輥軋機(jī),其原理就在于此。異步軋制由于存在搓軋區(qū),單位軋制壓力不存在摩擦力引起的壓力峰值,不會(huì)出現(xiàn)上述的變形困難,因而在相同的輥徑下,異步軋制可以軋制更薄的產(chǎn)品。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。如在實(shí)驗(yàn)室直徑90mm的四輥軋機(jī)上可生產(chǎn)出厚度0.0035mm的薄板帶。帶鋼廠的異步軋機(jī),軋輥直徑為120mm,現(xiàn)已軋出厚度0.06mm的薄帶鋼,D/h值達(dá)2000，且壓下不困難,用此軋機(jī)生產(chǎn)厚度0.1mm的帶鋼,選用的坯料厚度為0.5mm，用四道次即可軋出,這是常規(guī)軋機(jī)根本達(dá)不到的，故異步軋機(jī)適宜生產(chǎn)極薄帶材。

第三章異步冷軋鋼板數(shù)值分析簡(jiǎn)介3.1DEFORM模擬軟件綜述3.1.1DEFORM模擬軟件簡(jiǎn)介DEFORM(Designenvironmentforforming)是由美國(guó)BattelleColumbus實(shí)驗(yàn)室在八十年代早期著手開發(fā)的，是國(guó)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(jì)開發(fā)，它能保證用戶縮短設(shè)計(jì)、生產(chǎn)周期，優(yōu)化最佳工藝，提高生產(chǎn)率。目前己有的DEFORM程序有：DEFORM-2D(二維)，DEFORM-3D(三維)，DEFORM-PC(微機(jī)版)，DEFORM-PCPro(微機(jī)Pro版),DEFORM-HT(熱處理)。DEFORMTM突出特色如下。(1)該軟件可以對(duì)材料流動(dòng)、鍛造負(fù)荷、模具應(yīng)力、晶粒流動(dòng)性、產(chǎn)品缺陷等進(jìn)行分析。(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。(3)它所適用的設(shè)備較多如液壓鍛機(jī)、鍛錘、摩擦壓力機(jī)、軋機(jī)、擺輾機(jī)等機(jī)器的模擬過(guò)程。(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。早期的DEFORM-2D軟件只能局限于分析等溫變形的平面問題或者軸對(duì)稱問題。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(DEFORM-3D)，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。DEFORM家族中的DEFORM-3D是在—個(gè)集成環(huán)境內(nèi)綜合建模、成形、熱傳導(dǎo)和成形設(shè)備特性進(jìn)行模擬仿真分析。它適用于熱、冷、溫成形，提供極有價(jià)值的工藝分析數(shù)據(jù)。如材料流動(dòng)、模具填充、鍛造負(fù)荷、模具應(yīng)力、晶粒流動(dòng)、金屬微結(jié)構(gòu)和缺陷產(chǎn)生等情況的分析。DEFORM-3D功能與2D相比，它能夠處理的對(duì)象為復(fù)雜的三維零件、模具等，它具有如下的優(yōu)點(diǎn)。(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)。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(jì)算機(jī)的運(yùn)算效率。（2）在前處理過(guò)程中它可以自動(dòng)生成邊界條件，這樣可以保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。（3）DEFORM-3D模型是來(lái)自CAD系統(tǒng)的面或?qū)嶓w造型的(STLISLA)格式。（4）它的成型設(shè)備模型有液壓壓力機(jī)、錘鍛機(jī)、螺旋壓力機(jī)、機(jī)械壓力機(jī)、軋機(jī)、擺輾機(jī)等。（5）它的表面壓力邊界條件處理功能對(duì)解決脹壓成形工藝具有較好的效果。（6）單步模具應(yīng)力分析適用于多個(gè)變形體、組合模具、帶有預(yù)應(yīng)力環(huán)時(shí)的成形過(guò)程分析，所以方便快捷。（7）所使用的材料模型有彈性、剛塑性、熱彈塑性、熱剛粘塑性、粉末材料還有自定義類型。（8）實(shí)體之間或?qū)嶓w內(nèi)部的熱交換分析既可以通過(guò)單獨(dú)求解，也可以通過(guò)藕合在成形模擬中進(jìn)行分析求解。（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。（10）具有切片功能，可以顯示工件或模具剖面直觀的分析模擬結(jié)果。（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。（12）后處理中的鏡面反射功能，為用戶提供了高效處理具有對(duì)稱面或周期對(duì)稱面，并且可以在后處理中顯示整個(gè)模型。綜上所述，可以知道DEFORM-3D(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(guò)程中的三維(3D)流動(dòng)情況，為分析數(shù)據(jù)，改進(jìn)成型工藝提供了寶貴的資料，DEFORM-3D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。DEFORM-3D是模擬3D材料流動(dòng)的理想工具。它不僅成型性能好而且使用非常方便。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。它所具有的網(wǎng)格重新劃分生成器能夠自動(dòng)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。DEFORM-3D的圖形界面可塑性更好。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還提供了幾何操縱修正工具。DEFORM-3D延續(xù)了DEFORM-2D系統(tǒng)幾十年來(lái)—貫秉承的力保計(jì)算準(zhǔn)確可靠的傳統(tǒng)。在最近的國(guó)際范圍復(fù)雜零件成形模擬招標(biāo)演算中，DEFORM-3D的計(jì)算精度和結(jié)果可靠性得到了普遍的認(rèn)可。3.2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。本次模擬為異步冷軋鋼板的模擬，因此可采用鋼塑性的鋼材作為坯料，根據(jù)DEFORM中提供可選擇的材料力學(xué)模型，加上任務(wù)書的要求，綜合考慮，選取AISI_1045_(20-1200)。3.3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。對(duì)于復(fù)雜的大變形金屬成形過(guò)程，往往難以用—成不變的單元網(wǎng)格把變形過(guò)程模擬完。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。所以對(duì)模具型腔定形部位應(yīng)選用小的網(wǎng)格尺寸。另外，在金屬成形過(guò)程中，材料在流動(dòng)時(shí)極易產(chǎn)生網(wǎng)格畸變，雖然DEFORM-3D軟件具有良好的網(wǎng)格自動(dòng)劃分和重劃分功能，但對(duì)變形劇烈部位然可采用局部加密的原則。總之，網(wǎng)格重劃分(其流程見圖3-1所示)的最重要任務(wù)就是將依賴于變形歷史的變形場(chǎng)量，如應(yīng)力、應(yīng)變場(chǎng)等，準(zhǔn)確地從舊網(wǎng)格系統(tǒng)傳遞到新網(wǎng)格系統(tǒng)中去，同時(shí)還需把舊網(wǎng)格系統(tǒng)的工件與模具接觸狀態(tài)參數(shù)傳遞到新網(wǎng)格系統(tǒng)中去，以便正確地施加約束，即將舊網(wǎng)格上的單元量和節(jié)點(diǎn)量映射到新網(wǎng)格上，繼續(xù)后續(xù)分析。對(duì)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(wú)幾，能無(wú)限接近其外形。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)樵诒敬萎惒嚼滠埬M過(guò)程分為咬入階段和穩(wěn)定軋制兩個(gè)階段。圖31網(wǎng)格劃分流程圖3.4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(shuō)，沒有摩擦，軋制過(guò)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。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(duì)于金屬成形問題，大都看作剛體—柔體的接觸。在此次模擬過(guò)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(jì)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(jī)理是—個(gè)復(fù)雜的問題，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。為了簡(jiǎn)化分析問題，提出了多種假設(shè)，建立了多種摩擦力數(shù)學(xué)模型，常用的方法有常摩擦因子模型、庫(kù)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(dòng)了摩擦理論的發(fā)展，但至今尚未形成統(tǒng)—的理論，對(duì)許多問題的解釋還未取得—致的觀點(diǎn)。此次軋制過(guò)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Deform6.0還不夠完善，可人為的將軋制過(guò)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(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0.7；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0.4。3.5推塊速度的確定加設(shè)推塊是為了保證軋件成功的咬入，但是過(guò)大的推塊速度會(huì)導(dǎo)致軋件彎曲，不能正常的咬入，故所設(shè)定的推塊速度應(yīng)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(jìn)靠的是軋輥轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的摩擦力，故此時(shí)已無(wú)需推塊，但考慮到Deform6.0無(wú)法設(shè)定推塊速度為零，將其設(shè)定為很小值即可。

第四章異步冷軋鋼板軋制方案的確定4.1摩擦系數(shù)的確定金屬塑性成形中摩擦力的作用機(jī)理是—個(gè)復(fù)雜的問題，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。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)：0.4。4.2異速比的確定為了保證異步軋制的穩(wěn)定運(yùn)行，異速比不能不能過(guò)大，同時(shí)軋制時(shí)，通常應(yīng)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(duì)軋制過(guò)程模擬的影響，取異速比為1.2和1.8兩組。這樣在保證穩(wěn)定咬入的情況下，可以分析軋制時(shí)異速比的影響。4.3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。通過(guò)查閱有關(guān)資料，目前實(shí)際生產(chǎn)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(duì)軋制過(guò)程的影響，任務(wù)書中選擇下輥轉(zhuǎn)速：20/rmp。4.4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。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_(20-1200)，即15號(hào)鋼。軋件尺寸h×50×100mm，軋件原始高度H為2mm，軋輥尺寸?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0.60.81.01.2mm。將上述選定的工藝參數(shù)制定一個(gè)軋制工藝表，如表4-1所示。表4-1異步冷軋鋼板模擬方案方案標(biāo)號(hào)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)120.6201.220240.4220.8201.220240.4321.0201.220240.4421.2201.220240.4520.6201.820360.4620.8201.820360.4721.0201.820360.4821.2201.820360.4

第五章異步冷軋鋼板變形量的數(shù)值模擬5.1數(shù)值模擬的前處理5.1.1異步軋制過(guò)程的確定鑒于Deform6.0用于模擬軋制過(guò)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(guò)程需將模擬過(guò)程分為如下兩個(gè)階段：1)咬入階段。依靠轉(zhuǎn)動(dòng)著的軋輥與軋件之間的摩擦力，將軋件咬入軋輥，此過(guò)程即為shaperolling1。為了保證順利咬入，在shaperolling1中，設(shè)定合適的摩擦系數(shù)，一般可取比穩(wěn)定軋制時(shí)較大的值，通過(guò)移動(dòng)軋件使之與軋輥相互接觸；同時(shí)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(guò)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。2)穩(wěn)定軋制階段。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(guò)程即為shaperolling2。shaperolling2是軋制最為關(guān)鍵的過(guò)程，由前討論，可參照表4-1確定參數(shù)，此階段推塊不起作用，設(shè)定為較小值即可，上下輥速度可由給定的異速比來(lái)確定。5.1.2前處理過(guò)程的確定在菜單中選擇shaperolling，添加shaperolling1和shaperolling2。1）在shaperolling1中，由于是冷軋，設(shè)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(shè)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2×50，軋件單元設(shè)定為1×1×2，簡(jiǎn)便起見，模擬過(guò)程設(shè)定為對(duì)稱模擬，故橫軋件截面網(wǎng)格取50；軋件長(zhǎng)度為100mm,故軋件網(wǎng)格層數(shù)劃分為50；考慮到模擬所需的步數(shù)不會(huì)太大，為能細(xì)致的查看各階段情況及數(shù)據(jù)，設(shè)置stepincrement選項(xiàng)為1，即每一步保存一次數(shù)據(jù)；經(jīng)過(guò)前期的模擬實(shí)驗(yàn)，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(shè)定步數(shù)為5；穩(wěn)軋階段每步軋件前進(jìn)等分長(zhǎng)度的1/2，故軋件每步前進(jìn)L=1mm，通過(guò)計(jì)算設(shè)定timeperstepΔt=L／v=0.05s。咬入階段步長(zhǎng)及時(shí)間參數(shù)輸入見圖5-1（a）。2）shaperolling2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(jìn)，已經(jīng)不需要推塊，故此時(shí)設(shè)定推塊的速度很小即可，設(shè)為0.01mm/s。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stepincrement選項(xiàng)為仍為1，timeperstep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Δt=1／136=0.007s。穩(wěn)軋階段步長(zhǎng)及時(shí)間參數(shù)輸入見圖5-1（b）。5.2運(yùn)行DEFORM數(shù)據(jù)庫(kù)全部做完DEFORM前處理后，檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，并保存數(shù)據(jù)庫(kù)文件，點(diǎn)擊run選項(xiàng)即進(jìn)入模擬運(yùn)行階段。此階段所需的時(shí)間比較長(zhǎng)，在運(yùn)行時(shí)，可以隨時(shí)暫停并進(jìn)入后處理檢查是否正確。a)咬入階段b）穩(wěn)軋階段圖5-1咬入及穩(wěn)軋階段步長(zhǎng)及時(shí)間參數(shù)輸入5.3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。經(jīng)過(guò)比較，模擬實(shí)驗(yàn)方案2的軋制力分布比較理想，故取實(shí)驗(yàn)方案2來(lái)進(jìn)行分析說(shuō)明，其他各實(shí)驗(yàn)方案，分析方法一致。由于軋件變形區(qū)及軋制過(guò)程所耗費(fèi)時(shí)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。5.3.1軋制力、等效應(yīng)變、等效應(yīng)力、最大主應(yīng)力數(shù)據(jù)處理圖5-2為方案2穩(wěn)定軋制階段軋制力分布曲線，由于影響軋制力的因素較多，瞬時(shí)接觸面積及摩擦力的改變都會(huì)導(dǎo)致軋制力的變化，所以穩(wěn)軋階段的軋制力也不會(huì)是一條水平的直線，會(huì)隨著時(shí)間上下波動(dòng)，但較為理想的穩(wěn)定軋制階段其波動(dòng)范圍不會(huì)很大，且呈現(xiàn)周期性變化。當(dāng)然咬入階段屬于不穩(wěn)定軋制，軋制力曲線波動(dòng)必然較大且不規(guī)則，這也能區(qū)分咬入和穩(wěn)軋階段。圖中可清楚地看出軋件在時(shí)間0.348s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0.348～0.768s時(shí)間段的軋制力數(shù)據(jù)。運(yùn)用excel進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算其平均值并作為該方案下的軋制力。其他方案作相同處理，得出各方案下的軋制力數(shù)值。用類似的方法計(jì)算出該方案下軋件的等效應(yīng)變、等效應(yīng)力、最大主應(yīng)力（所取時(shí)間段全為0.348～0.768s以便作比較）。分別見圖5-3、5-4、5-5。其他方案作相同處理。圖5-2軋制力曲線圖5-3等效應(yīng)變曲線圖5-4等效應(yīng)力曲線圖5-5最大主應(yīng)力曲線5.3.2損傷值數(shù)據(jù)處理利用軋制成型方法得到的制品無(wú)法避免出現(xiàn)一定程度的損傷，尤其是異步軋制時(shí)，軋件與速度較快的工作輥接觸的地方損傷更為嚴(yán)重，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的需要，分析損傷值具有重要的應(yīng)用價(jià)值。圖5-5為損傷值分布曲線。計(jì)算出方案2，時(shí)間段為0.348～0.768s的平均損傷值。其他方案作相同處理。圖5-6損傷值曲線5.3.3軋件出輥處質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)水平速度數(shù)據(jù)處理異步軋制時(shí)，由于上下工作輥轉(zhuǎn)速不同，其結(jié)果必然導(dǎo)致軋件與上下輥接觸的部分速度也不同。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。而對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中更為有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的是軋件出輥處質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)水平速度差值大小，它會(huì)影響軋制力，軋制變形程度，以及損傷值。故將數(shù)據(jù)處理的重點(diǎn)放在速度差值上。選中Objectnodes-Velocity選項(xiàng)，點(diǎn)擊出口截面軋件上下邊緣，記錄這兩點(diǎn)的速度值，并求其上下速度差。由于步數(shù)不同，其速度差值也會(huì)不同，將不同方案進(jìn)行比較可發(fā)現(xiàn)：每一方案下，當(dāng)步數(shù)在四十到六十步之間時(shí)，其速度差值比較接近。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。其他方案做相同處理得出各方案的速度差。圖5-7為速度差值顯示圖。圖5-7軋件出輥處質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)水平速度差值顯示圖5.3.4后處理數(shù)據(jù)匯總經(jīng)過(guò)上面的數(shù)據(jù)處理，可獲得各方案的軋制力、等效應(yīng)變、等效應(yīng)力、最大主應(yīng)力、損傷值和軋件出輥處質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)水平速度差值。現(xiàn)將數(shù)據(jù)匯總整理得出表5-1。表5-1異步冷軋穩(wěn)定軋制階段后處理數(shù)據(jù)匯總方案軋制力/N軋件等效應(yīng)變/mm/mm軋件等效應(yīng)力/MPa軋件最大主應(yīng)力/MPa軋件破壞系數(shù)軋件出輥處速度差/mm/s1182320.20.501870.5461114.5870.1964.6232226433.70.740875.9381085.5950.3123.7693258129.80.990876.3501123.8730.4082.4274279406.51.232885.4401208.3420.5412.2475176721.40.504863.9961070.7570.2114.6566213419.00.736868.4451102.0200.3265.6807277304.41.080885.1931246.2880.420-4.0928277624.61.250886.2421039.1220.5533.193第六章變形量對(duì)鋼板異步冷軋過(guò)程影響的數(shù)值模擬分析6.1軋制力、等效應(yīng)變、等效應(yīng)力、最大主應(yīng)力分析6.1.1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)系曲線繪制利用DEFORM后處理的數(shù)據(jù)，以壓下量為橫坐標(biāo)，軋制力、等效應(yīng)變、等效應(yīng)力、最大主應(yīng)力為縱坐標(biāo)，在origin軟件中做出相應(yīng)曲線。八個(gè)方案為兩個(gè)異速比下的不同變形量對(duì)軋制力、等效應(yīng)變、等效應(yīng)力、最大主應(yīng)力的影響，故所得的圖形為異速比分別為1.2和1.8的兩條曲線，所作的圖為6-1、6-2、6-3、6-4。圖6-1軋制力和壓下量關(guān)系曲線圖6-2軋件等效應(yīng)變和壓下量關(guān)系曲線圖6-3軋件等效應(yīng)力和壓下量關(guān)系曲線圖6-4軋件最大主應(yīng)力和壓下量關(guān)系曲線6.1.2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6-1表明，隨著壓下量的增加，軋制力增加。因?yàn)殡S著壓下量的增加，軋件發(fā)生塑性變形所需要的能量增加，由能量守恒定律可知，外力做的功變大，軋制力增加。等效應(yīng)力與單向應(yīng)力狀態(tài)的變形抗力等效，即同一金屬在相同的變形溫度和應(yīng)變速率條件下，對(duì)任何應(yīng)力狀態(tài)下，無(wú)論是初始屈服還是變形過(guò)程中的繼續(xù)屈服，只要用等效應(yīng)力來(lái)表示，最終變形效果相同。所以軋件等效應(yīng)力與軋制力是相關(guān)的，其變化趨勢(shì)也相同。如圖6-3所示，隨著壓下量的增加，軋件的等效應(yīng)力增加。類似于軋件等效應(yīng)力與軋制力相關(guān)，軋件的等效應(yīng)變與壓下量也是相關(guān)的，如圖6-2所示，隨著壓下量增加，軋件的等效應(yīng)變?cè)黾印D6-4表明，異速比為1.2時(shí)，軋件最大主應(yīng)力隨壓下量先下降后上升；異速比為1.8時(shí)，軋件最大主應(yīng)力先上升后下降。6.1.3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)系曲線分析軋制時(shí)軋制變形區(qū)出口和入口金屬互相制約互相影響，實(shí)際上由于壓下量、接觸弧形狀、摩擦條件、進(jìn)出口處的單位秒流量等時(shí)刻都存在差異，這就會(huì)導(dǎo)致軋制力、等效應(yīng)力、等效應(yīng)變、最大主應(yīng)力都會(huì)有些波動(dòng)。但是較為理想的穩(wěn)定軋制，這種波動(dòng)應(yīng)該是可控的，并且在一定范圍之內(nèi)，這樣所得到制品的質(zhì)量才能優(yōu)質(zhì)。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。這樣，軋件在異步軋制過(guò)程中對(duì)于剪切力作用的大小自表層向中間產(chǎn)生一定切變量，并在軋制過(guò)程中形成剪切區(qū)，俗稱搓軋區(qū)，這就是異步軋制可降低軋制力的一個(gè)重要原因。在壓下量一定的條件下，異速比越大，平均單位壓力越小，軋制壓力降低的幅度越大。變形區(qū)內(nèi)的搓軋區(qū)改變了軋件的應(yīng)力狀態(tài)，由于剪切變形的存在，使異步軋制的軋薄能力大幅度提高，異速比越大，其優(yōu)勢(shì)也越能體現(xiàn)。反應(yīng)在圖6-1和6-3中，就是除了方案7，其它的方案在壓下量相同的情況下，異速比為1.8的軋制力和等效應(yīng)力都小于異速比為1.2的。只有當(dāng)慢速輥接觸弧上全為后滑，快速輥接觸弧上全為前滑時(shí)，才能很好的消除外摩擦對(duì)金屬變形的阻礙作用。方案7出現(xiàn)軋制力、等效應(yīng)力、最大主應(yīng)力突然變大的原因可能為：在此實(shí)驗(yàn)方案下即異速比為1.8、壓下量為50%的冷軋時(shí),綜合考慮壓下量、接觸弧形狀、摩擦條件、進(jìn)出口處的單位秒流量等因素導(dǎo)致的結(jié)果是慢速輥接觸弧上為前滑，快速輥接觸弧上為后滑，即異步軋制消除外摩擦對(duì)金屬變形的阻礙作用的優(yōu)勢(shì)沒有得到體現(xiàn)。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。而當(dāng)壓下量繼續(xù)增大時(shí)，異步軋制的優(yōu)勢(shì)又能突顯，所以方案8的軋制力、等效應(yīng)力、最大主應(yīng)力轉(zhuǎn)而下降。此次模擬方案是以前方案的改進(jìn)版，以前的模擬結(jié)果也出現(xiàn)在異速比為1.8、壓下量達(dá)到某一值時(shí)，軋制力、等效應(yīng)力、最大主應(yīng)力會(huì)突然上升，這就排除了偶然性的模擬錯(cuò)誤。這種推測(cè)也可由后面軋件彎曲示意圖來(lái)證實(shí)，其它七個(gè)方案的軋件向下彎曲，而方案7軋件向上彎曲。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。圖6-4中可以看出模擬方案7即異速比1.8、壓下量為50%時(shí)，最大主應(yīng)力出現(xiàn)峰值，這也與圖6-1和6-3軋制力和等效應(yīng)力在方案7是出現(xiàn)峰值相對(duì)應(yīng)。與此方案下軋件向上彎曲也是一致的。6.2損傷值分析利用DEFORM后處理的數(shù)據(jù)，以壓下量為橫坐標(biāo)，損傷值為縱坐標(biāo)，在origin軟件中做出相應(yīng)曲線，所作的圖為6-5。由圖6-5可知，隨著變形量的增加，軋件損傷值也會(huì)增加。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。在軋制過(guò)程中，軋件材料的損傷是一個(gè)動(dòng)態(tài)的發(fā)展過(guò)程，隨著軋制過(guò)程的進(jìn)行，軋件與軋輥寬度中心線對(duì)應(yīng)的中心部位損傷值不斷增加，此處的損傷值也較其他部位的大。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，從而形成此處材料的疏松，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生宏觀的孔腔。圖6-5軋件損傷值和壓下量關(guān)系曲線綜上所述，對(duì)于給定的材料，由于損傷值隨壓下量的增大而增大，為保證所得軋件的質(zhì)量，所以軋制時(shí)的壓下量不能過(guò)大，以防止模擬出的損傷值超過(guò)給定值。而以上對(duì)損傷值和壓下量關(guān)系的研究為此提供一定依據(jù)，對(duì)于指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐十分有用。6.3軋件彎曲程度的分析在DEFORM后處理中截取八個(gè)方案下的軋件彎曲示意圖，如圖6-6和6-7所示。a)b)c)d)圖6-6方案1-4軋件的彎曲示意圖對(duì)應(yīng)的壓下量a）為0.6b）為0.8c)為1.0d)為1.2a)b)c)d)圖6-7方案5-8軋件的彎曲示意圖對(duì)應(yīng)的壓下量a）為0.6b）為0.8c)為1.0d)為1.2上輥線速度大于下輥線速度，使得軋件上部分的材料秒流量大于下半部分，軋件向軋輥線速度較小的一側(cè)彎曲。如圖6-6方案1、2和3及圖6-7方案5和6所示。軋件的彎曲是一個(gè)錯(cuò)綜復(fù)雜的問題，并非完全是摩擦力作用的結(jié)果，來(lái)料厚度、變形程度、軋件上下表面溫度等均對(duì)其有影響，也與搓軋區(qū)在變形區(qū)所占比例有關(guān)。另外還與快慢輥側(cè)材料的前滑差和輥速差的影響有關(guān)?？紤]到軋件上下表面有溫差，軋件會(huì)向溫度較低的一面彎曲。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。所以隨著壓下量增加，彎曲可能會(huì)發(fā)生反轉(zhuǎn)。如圖6-6方案4及圖6-7方案7、8所示。6.4軋件出輥處質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)水平速度分析利用DEFORM后處理的數(shù)據(jù)，以壓下量為橫坐標(biāo)，軋件出輥處質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)水平速度為縱坐標(biāo)，在origin軟件中做出相應(yīng)曲線，所作的圖為6-8。圖6-8軋件出輥處速度差和壓下量關(guān)系曲線當(dāng)上下兩輥轉(zhuǎn)速不同時(shí)，會(huì)在一特定區(qū)域內(nèi)使之作用在上下兩輥的摩擦力方向不同。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。兩輥之間的速度差，導(dǎo)致快輥與慢輥之間會(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，從而使與上輥接觸的金屬流動(dòng)速度大于與下輥接觸的金屬。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。反應(yīng)在圖6-8中就是異速比為1.8的曲線除1.0的壓下量，其它的速度差值大于異速比為1.2的曲線。綜合考慮壓下量、接觸弧形狀、摩擦條件、進(jìn)出口處的單位秒流量等因素，可能會(huì)引起與下輥接觸的材料速度大于與上輥接觸的材料，這就導(dǎo)致異速比為1.8的曲線在壓下量為1.0時(shí)出現(xiàn)速度差為負(fù)值。這樣圖6-8就與圖6-1到6-4及軋件彎曲示意圖形成對(duì)應(yīng)關(guān)系。6.5最佳模擬方案的確定隨著壓下量的增加，軋件發(fā)生塑性變形所需要的能量增加，引起軋制力和等效應(yīng)力增加，從而導(dǎo)致能耗增加；最大主應(yīng)力的大小決定了材料是否出現(xiàn)裂縫和受剪切破壞，所以最大主應(yīng)力不能過(guò)大；損傷值不能過(guò)大，否則會(huì)產(chǎn)生微觀裂紋和材料疏松；增大壓下量可以提高生產(chǎn)率。綜合以上可以確定最佳模擬方案為方案2，即異速比為1.2，壓下量為0.8。

小結(jié)本課題為變形量對(duì)鋼板異步冷軋過(guò)程影響的數(shù)值模擬分析，設(shè)計(jì)好軋制方案，用DEFORM軟件進(jìn)行異步軋制模擬，然后進(jìn)入DEFORM后處理界面進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。將處理后的數(shù)據(jù)繪制成表格，并作出軋制力、軋件等效應(yīng)變、軋件等效應(yīng)力、軋件最大主應(yīng)力、軋件損傷值、軋件出輥處速度差和壓下量關(guān)系曲線。由表格或關(guān)系曲線可知，在異步冷軋過(guò)程中隨著軋件壓下量的增加，軋制力、等效應(yīng)變、等效應(yīng)力、最大主應(yīng)力、損傷值大部分是逐漸增加的；軋件出輥處速度差一般卻隨著壓下量的增加而減小。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。但是方案7出現(xiàn)了嚴(yán)重的偏離，于是可以得到如下結(jié)論：在給定異速比的情況下，會(huì)在某一壓下量下出現(xiàn)異于異步軋制的可能，即異步軋制的特點(diǎn)被嚴(yán)重削弱。這樣就能逆向得到最佳模擬方案，可以為生產(chǎn)實(shí)踐提供指導(dǎo)。以上結(jié)論只是在幾組方案下模擬而得，所得模擬數(shù)據(jù)不能排除偶然性的結(jié)果；對(duì)于方案七的只是鑒于可能性而言，應(yīng)該再對(duì)DEFORM模擬方案進(jìn)行修改，以證實(shí)以上結(jié)論。

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