棒材二辊矫直过程及关键技术研究

发布时间：2019-09-07 07:29

【摘要】：随着机械工业和国民经济各部门，特别是汽车、航空等工业的迅速发展，对整个钢铁行业的要求越来越高，同时对棒材质量和精度也提出了更高的要求。矫直是在制造和生产棒材时非常重要而且很关键的一道工序，相比较多辊矫直，二辊矫直具有结构简单、矫直精度高、造价低等优点而得到越来越广泛的关注。但是现在矫直机和辊形设计远远落后于现场生产要求，，实际生产中的工艺没有明确的指导，辊形的关键技术还都掌握在国外厂家手中，更换辊子只能依靠高价进口，这大大加大了国内的生产成本。因此发展研究具有自主知识产权的新式二辊矫直机，可以明显节约生产成本，提高矫直质量，二辊矫直理论及矫直机技术的发展，对国内的钢铁行业的发展有着重要的意义。本文结合实际生产情况，通过大型有限元软件ABAQUS建立了二辊矫直过程的有限元模型，分析了矫直过程中棒材与上下矫直辊和导板的主要接触区域，并得出了矫直过程中的矫直力、导板支撑力在矫直过程中随时间的变化曲线，分析了不同矫直时刻的棒材的应力应变情况。最后通过分析棒材中心节点的坐标分布情况得出了棒材平直度。通过与实际生产情况作对比，发现分析结果与实际情况相符，说明了该模型具有一定的参考价值。针对实际矫直过程中工艺参数没有明确理论指导，且矫直辊、导板等在矫直过程中磨损严重等问题，基于上述的有限元模型分析不同工艺参数下的矫直力、导板支撑力、成品棒材残余应力、最大挠度和塑性层深度等因素的变化规律，综合上面各个因素的影响给出合理的工艺参数，使其既能达到生产要求，又能降低能耗，减少矫直辊及导板的磨损。辊形的研究主要是从棒材的弹塑性弯曲理论入手，分析了各种曲率之间的关系，并得出了棒材的残余曲率在矫直过程中的变化规律，指出单曲率辊形可以达到矫直的目的。通过现有的辊形方法设计出相应辊形，发现并不能达到矫直效果，指出了其中的原因。本文通过分析矫直后的棒材的塑性变形及平直度，不断调整弯曲曲率，并不断通过有限元模型进行模拟，直到矫直后工件的平直度达到要求。设计出的辊形与刚引进的矫直机的辊形进行对比，基本一致，通过自己加工生产矫直辊，可避免依赖进口的情况，大大降低更换辊子的成本。同时该辊形的设计过程可为今后的辊形设计提供参考。随着对出厂棒材质量要求的提高，矫后棒材的残余应力情况也开始受到客户的关注，本文采用盲孔法对矫直后的棒材残余应力分布情况进行了测试，并与相应的有限元模拟的结果做了对比，二者结果相近。总之，本文理论与实际相结合，建立了与实际相符的有限元模型，通过该模型优化了现有的矫直机的工艺参数，大大提高了工作效率，并且降低能耗，减少磨损。而通过新的辊形设计过程设计出了与实际相符的辊形，解决了辊子需要进口的问题，大大降低了更换矫直辊的成本，该设计方法可为今后的设计提供一定参考。
【图文】：

示意图,初始构形,材料单,构形

Y图 2-1 材料单元由初始构形变成当前构形过程示意图ig. 2-1 Diagram of a element of material in the undeformed configuration undeformation to the current configuration材料的变形伴随着旋转和移动，这些量的测量全部在总坐标 X料坐标系。考虑材料初始构形中的一个无限小的线段 PQ 或是矢系下，P 点的位置由矢量 X 确定，PQ 经过变形后由状态 A 变过位移矢量u后到达P ，因此x = X + u 量dX 变形后变成dx ，二者的关系可用变形梯度表示为d x F dX 梯度，1 x (X + u) uF = = = +X X X能完整的描述包括拉伸和旋转的变形。

塑性流动,准则,一致性条件,屈服函数

图 2-2 Von Mises 准则塑性流动假设简Fig.2-2 Plastic flow hypothesis of Von Mises yie变增量可写成d dpf εσ或pf εσ ——塑性系数。数可通过一致性条件求出。一致性条件是指要求持在屈服面上。0)中的屈服函数与应力分量、屈服应力有关，屈服因此屈服函数写成( , ) ( ) ( )e yf σ p σ p 0条件f (σ d σ , p dp ) 0
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG333.23

【参考文献】