张力对冷轧板带变形的影响

1、第 35卷第 4期2000年 4月钢铁IR ON A N D ST EELV ol. 35, No. 4A pr il 2000张力对冷轧板带变形的影响刘立文张树堂 武志平 (钢铁研究总院 (北京科技大学 摘要 在大型商业有限元软件平台上 , 开发了板带轧制三维模拟系统 , 讨论了改变前、后张力时 , 轧件的 三维变形特点。模拟结果显示 :增加张力限制金属横向流动 , 加大厚向变 形 , 使 断面厚度更加均匀 , 其中同 时改变前后张力对变形的影响效果最大。 关键词 冷轧板形张力弹塑性有限元INFLUENCE OF TENSION ON THE DEFORMATIONOF STRIP DURI

2、NG COLD ROLLINGLIU Liw en ZHANG Shutang (Central Iro n and Steel Research InstituteWU Zhiping(U niversity of Science and Technolog y Beijing ABSTRACT A sim ulation system of cold strip ro lling has been developed o n the bases o f a larg e co mmercial FEM softw are . Variatio n of thr ee dim ensio n

3、al defor matio n of strip under differ ent forth and back tensio n can be obtained . T he results sho w that enhanced tension r estr icts lateral flow , enhances deform ation in thickness direction, makes outgo thickness m ore uniform. The influence is the larg est w hen changing forth and back tens

4、ion simultaneously .KEY WORDS co ld rolling, shape, tension, elastic-plastic FEM 在轧制生产中 , 施加张力是调整板形、保证轧 制过程顺利进行的重要手段。 70年代末 , 意大利的M . Bo rghesi 1首次提出 用改变后张力 的方法改善 板形。 张树堂 2等人在轧制超薄带实验研究中发现 ,增加前张力对改善薄带的平整度 , 消除整板面复合 波浪 (橘皮状波浪 有显著作用。 户泽等人 3的研究 则指出 , 辊缝中的金属流动受所加外张力的影响较 显著。 张力改变对轧 辊热凸度、 轧制压力 分布、 金属横向 流动产

5、生影响 , 但是 , 到目前为止 , 张力对变形的影响 效果一直没有令人满意的定量分析。进一步研究张力 对板形的作用机理 , 需要结合轧件三 维变形分析来进 行 , 本文在大型商业有 限元软件 M arc 的基础上 , 开发 了板带轧制模拟系统。为验证板带轧 制模拟系统的准确性 , 进行了实验 对比计算 , 二者 吻合较好 , 本 文重点 讨论 张力对轧件三维变形 的影响。 1有限元模型1. 1几何建模取轧制系统的 1/4为分析对象 , 横向以板宽中 心为对称面取 1/2, 厚向以板厚中心为对称面 , 取上 半部 (图 1 。图 1轧制模型示意图 F ig. 1 Schedule o f st

6、 rip r olling, ,1. 2单元划分轧辊及轧件都作为变形体 , 需进行单元划分 , 单 元类型是八节点六面体单元 , 共 300个单元。1. 3材料模型考虑材料的各向同性硬化特性 , 采用由日本钢 铁协会轧制理论组 4用轧制拉伸法测定的普碳钢变 形抗力曲线 , 材料服从 Vo n-M ises 屈服准则。 1. 4边界条件(1 位移约束由于模型有对称性 , 在厚向、横向对称面上施 加零位移约束 ;(2 张力约束张力取值参考生产实际情况 , 前张力 f =100 M Pa , 后张力 b =50M Pa , 围绕这个数值增加或减 小前后张力 , 考察其对轧件变形的影响 ;(3 摩擦条

7、件服从库仑摩擦定律 , 摩擦因数恒定。1. 5计算参数相关计算参数见表 1。表 1计算参数表T able 1 Calculation param eters计算参数 参数值 计算参数 参数值辊径 /mm 100辊身长 /mm 180轧件 (宽×高 /mm 140×4压下率 /%20摩擦因数 0. 08轧件宽厚比 352张力变化对轧件变形的影响为详细考察张力对轧件变形的影响 , 按照固定 后张力改变前张力、固定前张力改变后张力、固定 张力差同时改变前后张力等三种情况来计算带材变 形情况 , 并与无张力轧制情况 ( f = b =0M Pa 进 行对比。2. 1前张力对变形的影

8、响保持后张力为 50M Pa, 逐渐加大前张力 , 考察 单独变化前张力对金属变形的影响 , 模拟计算结果 见图 2、 3。图 2是前张力对轧件横向变形的影响。单独加 大前张力时 , 轧件横向位移减小 , 即加大前张力减 小了金属横向流动 , 且对边部的影响效果大于对中 部的影响效果。图 3是前张力对厚向变形的影响。当加大前张 力到 150MPa 时 , 轧件的出口厚度降低 0. 02mm , 最终断面厚差减小 , 断面均匀性变好。 , 大厚向变形 , 使厚度更加均匀 , 且对边部的影响大 于对中部的影响。图 2前张力对横向位移分布的影响F ig . 2 Effect o f for th t

9、ensio n o n later al displacem ents图 3前张力对厚向位移分布的影响F ig. 3 Effect o f for th tensio n o n ver tical displacements 2. 2后张力对变形的影响保持前张力为 100M Pa, 单独改变后张力对金 属变形的影响见图 4、 5。图 4后张力对横向位移分布的影响Fig. 4 Effect o f back tensio n o n lat eral displacement s38 钢铁 第 35卷 图 5后 张力对厚向位移分布的影响F ig . 5 Effect of back tensi

10、on on v ertical displacements可使整个板面的横向位移减小 , 中部金属横向位移 保持低值 ; 当后张力加到 100M Pa 时 , 中部金属横 向流动趋近于零。图 5是后张力对厚向变形的影响 , 加大后张力 可使轧件出口厚度明显降低 , 当后张力增加到 100M Pa 时 , 断面厚度减小了 0. 03mm , 边降减小约 0. 01mm ; 加大后张力使断面厚差减小 , 断面厚度更 加均匀。与前张力相比 , 后张力对轧件变形的影响趋势 一致 , 后者影响效果更大。2. 3同时改变前、后张力对变形的影响前面两种情况是单独改变前、后张力值 , 这时图 6前后 张力同时

11、变化时横向位移分布 Fig . 6 Effect of t ensio n on lateral displacements图 7前后张力同时变化时厚向位移分布 F ig. 7 Effect of tensio n o n ver tical displacements也改变了张力差 , 本组模型考察张力差值一定 , 同 时增加前后张力数值时金属变形的特点 , 见图 6、 7。从图 6、 7可以看出 , 同时加大前后张力对金属 变形的影响效果与单独加大前、后张力的影响趋势 一致 , 即使金属横向变形减小 , 降低出口厚度 , 使 轧件断面更加均匀 ; 但同时加大前后张力的效果比 单独增加前、后

12、张力的情况对轧件变形的影响作用 更大。由此可见 , 不只是张力差值 , 前、后张力的 总体水平也对轧件变形也有很大影响。 3结论本文在大型商业有限元软件 Marc 的基础上 , 开发了板带轧制模拟系统 , 计算了改变张力条件时 轧件的三维变形特点。模拟结果显示 :(1 增加前、后张力都使板边部的横向流动减 小 , 使厚向变形增加 , 变形均匀 ;(2 单独改变后张力比单独改变前张力的影响 效果大 , 但不如前后张力同时变化时的影响效果明 显。在生产中 , 为了促进轧件均匀变形 , 并减小轧 制力 , 应在设备允许的情况下 , 优先采用大张力轧制工艺 , 更有利于改善和保持板形。参考文献1张文元 . 冷轧带钢横向应力 分布的研究 :硕士学位论文 . 鞍山 :