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目前,国内外利用有限元方法来模拟金属各种成型过程的研究较多,但针对棒材特别是切分热连轧工艺中的二线、三线切分异型孔的变形规律的计算机模拟研究,所见的报道很少,其参数多为在实验室条件下利用热模拟机所得结果,故局限性大,应用性差,考虑的因素也不尽全面。其求解过程密切联系现场生产,所得结果综合考虑了轧制温度、轧制速度、异型孔的特点等设备、工艺参数对轧制负荷、应力应变分布的影响,故具有重要的实际应用价值。采用了有限元软件ANSYS/LS-DYNA对椭圆—圆、二线切分、三线切分等异型孔的力能、延伸、宽展、应力应变分布等进行了有限元模拟,得到了棒材在切分热连轧时金属在异型孔内的变形规律,宽展分布、充满度的预报等重要信息。这些为优化切分工艺、提高产品精度、保证设备安全、开发新的切分生产工艺均能提供较为可靠的模拟结果。研究所得结果概述如下:
1. 椭圆—圆孔型系统的模拟以Φ20螺纹钢为例,所有计算参数均取自现场实测。结果表明,有限元模拟给出的预报结果与实测符合的较好。圆进椭时的轧制压力最大偏差发生在第十七道,约为8.14%,而平均偏差仅为4.23%;椭进圆的最大偏差为第十八道,约17.3%,平均偏差为7.92%。
2.二线切分的模拟以Φ16螺纹钢的切分轧制为例。其切分的异型孔共有四个孔型,即从15到18道分别为菱形、弧边方、哑铃、双圆孔,所有计算参数均取自现场实测。求解了轧制力、延伸、宽展、应力分布、应变分布等大量具有实际参考价值的结果。其中轧制力最大偏差为第18道的19.6%,平均偏差11.6%;延伸系数偏差最大为弧边方孔的1.7%,平均偏差0.8%。
3.三线切分的模拟以Φ14螺纹钢的切分轧制为例。其切分的异型孔共有两个孔型,即15、16道的切分孔与预切分孔,所有计算参数均取自现场实测。模拟求解了该两个异型孔的轧制力、延伸、宽展、应力分布、应变分布。其中预切分道次轧制力偏差3.9%,延伸系数偏差3.07%;切分道次轧制力偏差9.97%,延伸系数偏差3.39%。
由以上结果可见,无论简单断面的椭圆—圆孔,还是二线、三线的切分异型孔,利用ANSYS/LS-DYNA所得到的轧制压力、延伸系数、宽展分布均与实测符合较好,说明该法对棒材切分热连轧(或非切分热连轧)的模拟结果是可靠的。终轧道次因有纵筋和横肋的影响对模拟结果有较大影响。