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冷轧板带变形的三维分析 刘立文　韩静涛　梅富强　张树堂 摘要：应用三维弹塑性有限元法，在大型商业有限元软件平台上开发了冷轧板带模拟系统，分析了轧件变形情况,考虑了不同厚度、压下率和摩擦系数的影响,并计算了边降及金属横向流动的变化规律,计算结果与实验结果吻合情况较好.关键词:弹塑性有限元法；三维分析；板带轧制；边部变形 Analysis of 3-D deformation in cold strip rolling LIU Li-wen HAN Jing-taoUniversity of Science Technology Beijing, Beijing 100083, ChinaMEI Fu-qiang ZHANG Shu-tangCentral Iron Steel Research Institute, Beijing 100081, China Abstract:A simulation system of strip rolling was developed with three dimensional elastic-plastic finite element meth-od ? on the bases of the large commercial software. The rules of edge drop and lateral metal flow were gained in diffe-rent reduction, strip thickness and friction coefficient. The calculation results are in good agreement with the experimental ones.Keywords:elastic-plastic finite element method; 3-D analysis; strip rolling; edge deformation 　　控制板形主要是控制板带横向厚度分布和翘曲度．通过轧辊轴移和交叉等手段可控制板凸度，通过工作辊轴移可缓解因轧辊磨损引起局部高点的现象，剩下的问题应是控制距离板边部0～100mm区域内厚度急剧减小──边部降落现象．　　板带轧制中，边降及边部变形不均匀会导致边裂，一旦形成边裂，很容易发生断带事故．为防止断带，必须增加裁边工序，既增加了金属消耗，又延长了生产周期．因此，研究边降形成的原因，减缓边降和裂边，具有重要的实际意义．对此问题，已有了一定的研究，石川孝司等［1］考虑轧辊弹性变形沿板宽方向的变化，用解析法计算了板宽方向的厚度及单位轧制力分布．山田健二［2］等应用分割模型和二维条元法计算了轧辊弹性变形，再利用刚塑性有限元法计算边部变形．　　通过对轧辊弹性变形分析，可以认为边降的发生源于工作辊压扁在边部的突变，承载辊缝形状造成了边部降落，但由于自由端的影响，边部变形并不完全是辊缝形状的翻版．为了进一步研究轧件单独变形的规律，本文采用三维弹塑性有限元法，在大型商业有限元软件（Marc）［3］平台上开发了轧制过程模拟系统． 1　有限元模型及边界条件　　轧制过程模拟系统运行环境为UNIX3.2,硬件平台为ALPHA　SERVER　2100．由于轧件为矩形件，具有对称性，因此取1/4区域为研究对象，坐标系选取如图1所示．对称面上位移约束为零． 图1　轧制模型示意图 　　材料服从Von-Mises屈服准则和Prundle-Roise流动理论，变形区内摩擦服从库仑定律，摩擦系数恒定．模拟轧制参数见表1． 表1　模拟轧制参数 参数 参数值 参数 参数值 轧辊直径D/mm 100 摩擦系数μ 0.08 轧件厚度h/mm 2 轧件宽度b/2/mm 175 2　实验条件与模拟结果对比　　为验证有限元计算的可靠性，在二辊轧机上进行了轧制实验，实验条件见表2．测量轧后的边降和横向流动，并建立相应的有限元计算模型，实验和计算结果的对比情况见图2、图3． 表2　实验条件 参数 参数值 轧辊直径/mm 140 辊身长度/mm 150 前、后张力σb、σf/MPa 0 屈服强度/MPa 210 轧件尺寸h×b/mm×mm 2×80 压下量h/mm 0.4 图2　板厚变化实验及计算结果对比1-实验结果；2-计算结果 图3　金属横向流动实验及计算结果对比 　　从图中可以看出，计算与实验所得到的规律是一致的，这说明利用有限元软件分析轧制过程是可行的；同时，可以看出，板中部区域内的变形较均匀，不均匀变形主要发生在距离边部0～20mm的范围内，表现为边部厚度急剧减小，横向流动逐渐增大．边部产生不均匀变形的原因，既有轧辊的弹性弯曲、弹性压扁造成的厚度减薄，也有轧件边部自