轧辊弹性变形与热变形的耦合及其对.doc

轧辊弹性变形与热变形的耦合及其对冷轧带钢出口断面的影响王宝峰麻永林郑文光(包头钢铁学院)张一中康永华(包头钢铁公司)
摘要用影响函数法分析了冷轧带钢时，普通四辊轧机辊系弹性变形，并用有限单元法对轧机工作辊的热特性进行了三维模拟。耦合分析所得结果表明，轧辊的热特性对带钢出口断面有重要影响，利用影响函数法和有限单元法耦合分析轧辊的弹性变形和热变形可以比较准确地预报轧件的出口断面。关键词冷轧轧辊变形耦合分析
COUPLINGANALYSISOFELASTICDEFORMATIONANDHEATCROWNOFROLLSYSTEMANDITSEFFECTONTHESTRIPPROFILEWANGBaofengMAYonglinZHENGWenguang(BaotouUniversityofIronandSteelTechnology)ZHANGYizhongKANGYonghua(BaotouIronandSteelCo.)
ABSTRACTInthispaper,influencingfunctionmethodisusedinanalysisofelasticrollsystemdeformationofnormalfour-highcoldstriprollingmill.Theformationprocessoftheheatcrownofworkingrollsissimulatedwiththe3-dimensionalfiniteelementmethod.Thecalculatedresultsofthethicknessdistributionoftheoutgoingstripshowgreatconformitywiththemeasuredvalue.KEYWORDScoldrolling,roll,deformation,couplinganalysis板形是带钢的质量指标。近年来由于AGC系统的不断完善和广泛采用，带钢的纵向厚度精度变得越来越高，相比之下，板形问题就变得日益突出。而板形的预报有赖于对轧件出口断面的准确预报。过去，对辊系变形的研究多一些，近年来，人们逐渐认识到热行为对板形控制的重大意义，特别是计算机技术的飞速发展和数值分析方法的不断完善，使得对辊系变形和轧辊热行为进行耦合分析成为可能。利用矩阵法对普通四辊轧机冷轧窄带钢辊系变形和利用有限单元法对轧制过程中轧辊的热行为进行了分析，并在包钢带钢厂做试验，效果良好。
1用矩阵方法计算轧辊弹性变形
1.1离散化过程将轧辊半辊身长抽象为一个悬臂梁，轧辊中心为悬臂梁的固定端，辊肩部为其自由端。将轧辊沿轴向分为N个单元，各单元的长度分别为Δx(i)，各单元到固定端的距离为x(i)=x(i-1)+0.5x［Δx(i)+Δx(i-1)］将作用于轧辊上的载荷——单位宽轧制力p*(x)及辊间接触压力q*(x)按相同单元离散化，即将作用于上述各单元的分布载荷以集中力代表，则作用于i单元的轧制力和辊间压力分别为这里假设板宽范围之外工作辊相互不接触。当i≤m时，在板宽范围之内，辊缝中有轧件；当i＞m时，在板宽范围之外，辊缝中无轧件。在轧件与轧辊的接触面上作用有轧制压力。为了计算轧辊压扁，这个接触区也离散化。1.2矩阵方法的基本方程［1］1.2.1力—变形关系(1)工作辊弹性弯曲方程YW＝GW(Q-P)-GfFW(2)支承辊弹性弯曲方程Yb＝GbQ(3)轧制力引起的工作辊压扁方程YWG＝GWGP(4)辊间压扁方程YWb＝GWbQ1.2.2力平衡关系方程PTI+FW＝QTI式中I＝［11…1］T是单位列向量。1.2.3变形协调关系方程(1)工作辊和支承辊之间的变形协调关系方程YWb=YWbo+Yb-YW-Mb-MW式中YWbo＝［yWb(o)yWb(o)…yWb(o)］T是常向量，即辊面中心处的压扁量；Mb＝［mb(1)mb(2)…mb(n)］T，是支承辊凸度向量；MW＝［mW(1)mW(2)…mW(n)］T，是工作辊凸度向量；(2)轧件与工作辊之间的变形协调关系方程H＝HO+(YWS-YWSO)+2(MW-YW)式中H＝［h(1)h(2)…h(m)］T是轧件轧后厚度向量；HO＝［h(O)h(O)…h(O)］T是常向量，即板中心处压扁。1.3计算方法(采用迭代算法)1.3.1轧制压力的计算轧制压力模型的选择对计算结果的精度有很大的影响，程序中采用了D.Bland和H.Ford公式中的希尔(Hill)简化式为［2，3］经迭代计算轧制压力并与实测值比较［4］，所选用的模型与实测值相差不超过6%。1.3.2张力的计算在迭代计算中，张力的收敛性直接关系到计算的成功与否。为了保证迭代收敛，在进行此迭代环前，应尽量调整前后道次间的影响量，使轧后断面尽量匹配，使板凸度变化最小。用上述基本方程