矫直辊位置对中厚板矫直后性能的影响

矫直辊位置对中厚板矫直后性能的影响

1中厚板热矫直机的动态模拟不平等是衡量木材质量质量的重要指标。在实际生产中，通常根据不平等的要求来判断是否合适，以及是否正确。由于目前中厚板矫直机后面都没有设置板形仪,仅依据目测来判断板材的不平度,这对矫直辊压弯量的最佳设定有一定影响。本文使用有限元软件ANSYS-LS/DYNA模拟上排辊整体倾斜调整的中厚板热矫直过程,探讨了入/出口矫直辊及出口下辊的压弯量变化对矫后板材不平度的影响。为分析矫直辊压弯量设定及其对板材不平度的影响提供了理论依据。2u3000介绍有限元辊式矫直模型如图1所示,辊式矫直机规格参数见表1,待矫轧件尺寸、材料属性见表2。轧件材质选用常见的45#钢,矫直温度在590～630℃左右。考虑到支撑辊的作用,模拟中将矫直辊当作刚性体。轧件单元采用8节点实体单元solid164,采用单点积分以节省计算时间,单元选用双线形随动强化材料模型。因轧件是规则的长方体,为减少单元数,以轧件宽度的一半模拟建模。单元划分为300×75×4(长×宽×厚),共计90000个。轧件与各辊的接触采用面与面的接触,动摩擦系数为0.08,静摩擦系数为0.10。3b土壤初始点距起始点与终结点连通点最大垂直距离根据所取纵向路径各结点在长度方向和垂直方向的坐标,确定某点距起始点与终结点连线的最大垂直距离,将其作为该路径上的不平度。由于板材沿宽度方向的纵向纤维变形除边部区域外基本一致,故可选取中部一路径上的不平度来代表板材不平度。3.1初始不清晰度的影响入口矫直辊压弯量是保证板材得到有效变形,决定板材由多值曲率变为单值曲率直至矫平的主要影响因素。选取三种待矫板材初始不平度分别为0mm/m、32mm/m及-27mm/m,出口矫直辊压弯量为0mm,出口下辊位置不变,分别选取不同入口压弯量建立有限元矫直模型。模拟矫直过程结束后,利用模拟结果计算得到板材上表面中部路径上的矫后不平度,得到如图2所示的压弯量与不平度关系曲线。从图2中可看出,初始不平度较大的板材,在入口压弯量为-0.1mm(相对总变形曲率大约为3)时,不平度较大,分别达到-11mm/m、13mm/m,且矫后板材的弯曲方向与原始曲率方向相同;随着压弯量的增加(初始不平度大的板材,相对总变形曲率为4～5左右;初始不平度为0mm/m的板材,相对总变形曲率为3左右),不平度则迅速降低,且趋于相同;随着压弯量的继续增加,不平度呈波浪型变化。从图中可进一步看出,初始不平度为0mm/m的板材,与初始不平度较大的板材在初始不平度消除后的变化过程相当,其区别在于压弯量较小时,初始不平度为0mm/m的板材矫后不平度小。可推断,若上述三个初始不平度分布在一块板材上,最大相对总变形曲率为4～5左右时,将会形成单值曲率。上述模拟中表现出来的不平度变化,原因分析如下:入口矫直辊压弯量小时,板材不能得到有效弯曲,板材的弹塑性弯曲次数也少,最终残余曲率受原始曲率影响就大。因此当板材的原始曲率为零时,矫后的不平度较小;当板材的原始曲率较大时,矫后的不平度就较大。随着入口矫直辊压弯量的增大,板材的弹塑性弯曲次数相应增加,最终残余曲率的大小和方向则根据最终弹塑性弯曲位置发生变化。最终弹塑性弯曲位置不变时,最终残余曲率从最初的反弯曲率小于弹复曲率,到二者相等,再到反弯曲率大于弹复曲率,经过了与原始曲率方向相同到相反的过程;随着压弯量的继续增加,最终弹塑性弯曲位置向出口方向下一个矫直辊处移动,那么残余曲率又开始新一轮的变化,不过方向发生了变化。残余曲率就是这样呈波动变化,不平度也就相应呈波动变化。由于出口辊的压弯量为零,随着压弯量的加大,最终弹塑性弯曲位置到出口辊前一下辊即第9辊处停止。由于第9辊施加在板材上的反弯曲率向下,于是随着反弯曲率的不断增加,残余曲率(不平度)不断变大,板材则产生较为严重的下扣现象。不平度在波动变化中,会出现不平度为零的情况,本文认为取与不平度为零对应的压弯量(若对应有几个压弯量,取较小值)作为矫直辊入口压弯量较为合适。3.2矫直机出口辊压弯量对不清晰度的影响出口辊压弯量取不同值,也可使板材在矫直过程中的最终弹塑性弯曲位置发生变化,对不平度产生影响。另外,初始不平度不为零的板材在初始不平度消除后,其矫后不平度的分布规律,与初始不平度为零的板材大致相同,因此这里用初始不平度为零的待矫板材作为分析对象,来研究出口辊压弯量对不平度的影响。入口辊压弯量为-1.67mm,设置不同的出口辊压弯量,建立有限元矫直模型。从图3板材矫后的不平度与出口辊压弯量关系曲线可看出,随着出口辊压弯量的增加,不平度在一定程度上有所减小,但出口辊压弯量增加到一定量后(一般相对总变形曲率超过1),板材的不平度又开始增加。上述变化是符合矫直变形规律的。因为矫直辊的入口压弯量保持不变,出口压弯量的增加会导致整个上排辊的压弯量加大,相应板材的反弯曲率、总变形曲率加大,导致最终弹塑性弯曲位置快速往出口处移动。尤其当最终弹塑性弯曲位置移到出口处后,随着出口压弯量增加,残余曲率相应增加。由于11辊矫直机出口处第10辊施加在板材上的反弯曲率向上,故当出口辊压弯量增大到一定程度后,板材便会向上弯曲(上翘)。显然,如果板材在出口处有下扣状况,加大出口辊压弯量会产生较好的效果。3.3出口下辊位置调整不当当入口压弯量为-1.32mm、出口压弯量为0.00mm时,取待矫板材原始曲率为零,则出口下辊位置变化与板材不平度之间的关系曲线如图4所示。从图4可看出,出口下辊位置向下调整时,板材的不平度变化较小,这是由于出口下辊位置向下调整未能引起板材发生有效变形;向上调整后,板材发生明显弯曲变形,弯曲方向也由向下(出口下辊位置在未调整时板材的不平度为-2.86mm/m)变化为向上,不平度也逐渐增加。因此,对出口下辊位置进行适当地调整,可使出口时向下弯曲(下扣)的板材不平度有明显改善效果。另外,单独调整出口下辊的位置,只改变板材在出口处的弯曲状态,避免了调整上排出口辊位置导致其它矫直辊位置也发生变化的状况发生。4导向辊压弯力过大造成不清晰度(1)随着入口矫直辊压弯量的增加,矫后板材的不平度迅速降低;随着压弯量的继续增加,不平度将呈波浪型变化。(2)随着出口辊压弯量的增加,不平度在一定程度上有所减小,但出口辊压弯量增加到一