非对称轧制时轧辊轴向力的有限元模型——四辊轧机轴向力学行为的研究(Ⅱ)

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1994.01.014 第16卷第1期 北京科技大学学报 Vol.16 No.1 1994年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.1994 非对称轧制时轧辊轴向力的有限元模型* 一一四辊轧机轴向力学行为的研究（Ⅱ） 高永生)叶熙琳刃孙占军2)陆勤2)邹家祥2) 1)北京科技大学金属压力加工系，北京1000832)北京科技大学机械工程系，北京100083 摘要非对称轧制（包括轧件跑偏、轧制力偏差等）是四辊板带轧机轴向力产生的主要原因之 一，文章在弹性基础梁法的基础上，提出了研究辊系特性的变刚度弹基梁三维有限元计算模型， 利用这种模型可对辊系垂向（即轧制力方向）和轧辊轴向、对称轧制（正常轧制）和非对称轧 制、轧辊轴线平行及交叉诸工况进行分析. 关键词轴向力，有限元，轧辊。轧机/四辊带钢轧机 中图分类号TG333.17,0324 Finite Element Model of Axial Force of Rolls under Non-Symmetry Rolling 一 Study on the Axial Mechanical Behavior of 4-Hi Strip Mills (II) Gao Yongsheng Ye Xilin2)Sun Zhanjun2)Lu Qin2)Zou Jiaxiang?) 1)Department of Metal Forming.USTB,Beijing 100083.PRC 2)Department of Mechanical Engineering,USTB ABSTRACT In order to get the characteristics of roll systems,the variable rigidity elastic ba- sis beam three dimensional finite element model is established.Using this model,the vertical and axial characters of roll systems,both in symmetry and non-symmetry rolling conditions with parallel and intersection roll states etc can be studied.Also the charaters of roll systems of some special rolling mills,such as PC,CVC and HC mills can be investigated. KEY WORKS axial force,finite element,rolls,rolling mill/4-hi strip mills 辊系变刚度弹性基础梁一三维有限元模型是吸取了弹基梁法和有限元法的特点，将解 析法和数值法统一，并克服各自的缺点而建立的模型，可以用来分析和研究各类轧机辊系的 变形及应力状态)，其中包括对PC轧机、CVC轧机、HC轧机等特殊轧机的研究.鉴于本 文的目的，只对普通四辊板带轧机轧辊交叉布置且非对称轧制状态进行了研究· 1993-05-09收稿 第一作者男35岁博士刷研究员 ◆冶金部资助项目

第 16 卷 第 1 期 1 9 94 年 2 月 1七 京 科 技 大 学 学 报 Jo um a l o f U 正 v e IS iyt o f S d en ec a nd T“ 上 n o fo gy eB ij ing V o l . 1 6 N o . l f功 . 1 9 9 4 非 对称轧制 时 轧辊 轴 向力 的有 限元模型 ’ 四 辊 轧 机 轴 向 力 学 行 为 的 研 究 ( n ) 高永 生 1 ) 叶熙 琳 2 ) 孙 占军 2 ) 陆 勤 2 ) 邹家祥 2 ) )l 北京科技大 学金属 压力 加 工 系 , 北京 l创洲犯3 2) 北京科技 大学机械工 程系 , 北京 l〕 】犯3 摘要 非对称轧制 (包括轧件跑偏 、 轧制力偏 差等 ) 是 四 辊板 带 轧机轴 向力 产生 的主 要 原 因 之 一 文章在 弹性 基础梁法的 基础上 , 提出 了研究辊系特性 的变刚 度弹基梁三维 有限 元 计算 模 型 , 利用 这种 模型可对 辊 系垂 向 (即轧制力方 向) 和轧辊轴 向 、 对称轧制 (正常轧制) 和 非对称轧 制 、 轧辊轴线平行及交 叉 诸工 况 进行分析 . 关键 词 轴 向力 , 有 限元 , 轧辊 , 轧机 / 四辊带钢轧机 中图分类号 I U 333 . 1 7 , 0 324 F iin te lE e l n e flt M o d e l o f A x i a l F o r ce o f R o l s u n d e r N On 一 S y m n r try R o l ing — S tu d y o n t h e xA i a l M heC a n ica l B℃h a v i o r o f 4 一 H i S tir P M 业 ( 1 ) G ao oY n g s h o g ’ ) eY Xi li n ’ ) su n hZ a nju n ’ ) uL Qin Z ) 2 0 J ia x 故叩 , ) l ) 众 p axt ~ t o f M e at] OF mu n g , U S T B , eB ij ign l《洲1犯 3 , P R C Z ) eD P art ~ t o f M eC ha in 司 E吧~ ng , U S T B AB S T R A C T nI o 记er ot g e t t h e ch a ar cte irs t i岛 o f or l s ys t e n 招 , ht e va ir a b le igr id iyt e l a s it e b a - is h 汾m t h n 光 d 】r n e n s io an l if 川 et el e l l l e l l t mo d el 15 es at b ils h de . U s in g ht is mo d d , ht e ve irt ca l a dn a x ia l ch a ar ct e sr o f or l s ys t e “ ` , bo t h in s y l n l n e ytr a n d n o n 一 s丫nr 盯 r t yr or iln g co nd iti o ns iw t h p a ar Uel a nd in t e 巧心 Ct io n or n s at 此 ect ca n be s ut d ied . Al s o ht e hc a ar t esr of or U s ys et n 拐 of so lne sP 创 al or lnj g njI lls , su ch as P C , C V C a dn H C In il 』5 ca n be in ves ist a叨 . KE Y W O R KS a x ia l fo 心 , 阮iet e 】e n ℃ n t , r o ls , or il gn 扛山1 / 4 一 ih s itr P In j刀s 辊系 变 刚度 弹性 基础 梁 — 三 维有 限元模 型是 吸取了 弹基 梁 法 和有限元 法 的特 点 , 将 解 析法 和 数值 法 统一 , 并 克服 各 自的缺 点而 建立 的模 型 , 可 以 用来分析 和研究 各类轧机辊 系的 变形 及 应力 状态 l ’ ],[ 2 ] , 其 中包括 对 P C 轧 机 、 C V C 轧 机 、 H C 轧机等 特 殊 轧机 的 研 究 . 鉴 于 本 文 的 目的 , 只 对普通 四 辊板 带轧 机轧 辊交 叉布 置且 非对称 轧制 状态 进行 了研 究 . 1卯3 一 0 5 一 的 收 稿 第 一 作者 男 35 岁 博士 副 研 究 员 * 冶 金部 资助 项 目 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1994. 01. 014

Vol.16 No.I 高永生等：非对称轧制时轧辊轴向力的有限元模型 +63. 1模型的特征 1.1假设条件 (1)忽略张力与轧制扭矩的影响，将轧制力与弯辊力简化为集中力， (2)轧制压力作为边界外力，将其近似为二次曲线分布. (3)实际轧制过程中，辊间接触宽度与轧辊辊径相比较小，受有限元网格划分的限 制，辊间接触以线接触表示·由此而产生的计算误差，可按照变化辊间刚度系数的原则进 行必要的修正， (4)轧件偏移之后，轧制压力分布的变化仍以二次曲线表示· 1.2模型的特征 模型是一空间立体模型（图1），能按辊系真实尺寸模拟，工作辊与支承辊既分离又相 互联系，中间用合理的变刚度支座联系.辊间接触刚度沿辊身长度方向是变化的). 单元划分以三维曲边实体单元为主，该单元用8个角点和12个中间节点组成，模型采 用分体联接式结构，工作辊与支承辊间采用一端固结，·一端铰结的悬臂梁单元，采用悬臂梁 是为了使其承受和传递轴向力· 每个轧辊共划分为1038个单元，节点数为1416.为了使单元划分尽量细密，在计算技 巧上采用了工作辊和支承辊两个分系统的子结构形式. 为了更加真实地反映在轧辊交叉情况下，轧件跑偏所造成的对轴向力的影响，本模型的 突出特征之一是将工作辊与支承辊按实测的空间布置形式，进行交叉配置，交叉角按与实测 交叉角相同的数量级（约为0.04°）进行设置，见图2.图2还表示了辊系的坐标系约束情 况及辊间梁单元接触情况，根据轧机实际情况，模型采用了轴向单向约束，并且在轧辊圆周 方向施加了约束，防止轧辊的轴向刚体转动， △B 操作侧 传动侧 图1有限元模型网格 图2非对称轧制时辊系简化模型 Fig.2 The mechanical model of roll system Fig.I Net figure of the finite element model under non-symmetry rolling coodition 研究表明，正常轧制时，少许的轧件偏移不会造成太大的轴向力，只有在轧辊轴向的移动 达到轴向“顶死”的情况下，才有较大轴向力产生，为了模拟这一真实现象，本模型的轴向

Vb】 . 16 N 6 . 高永生等 : 非对称轧制时轧辊轴向 力的有 限元 模型 1 模型 的特征 1 . 1 假设条件 ( )l 忽略 张力 与轧制扭 矩 的影 响 , 将 轧制力 与弯辊 力简 化 为集 中力 . ( 2) 轧制 压力 作为边 界外 力 , 将 其 近似为 二次曲线分布 . ( 3) 实 际 轧制 过 程 中 , 辊 间接 触宽 度 与 轧 辊辊 径 相 比 较 小 , 受 有 限元 网格 划 分 的 限 制 , 辊 间接触 以线 接触 表示 . 由此而 产 生的计算 误差 , 可 按 照 变 化辊 间 刚 度 系 数的 原 则进 行 必要 的修正 . ( 4 ) 轧件 偏移 之后 , 轧制 压力分 布的变化仍 以二 次 曲线表 示 . 1 . 2 模型 的特征 模 型是 一空 间立 体模 型 ( 图 l) , 能按辊 系真 实 尺寸 模 拟 . 工 作 辊 与 支 承 辊 既 分 离 又 相 互 联系 , 中间用 合理 的变 刚度支 座联 系 . 辊 间接 触刚度 沿 辊身 长度方 向是 变化 的 【’ ] . 单元划分 以 三 维 曲边 实体单 元 为主 , 该单元 用 8 个 角 点 和 12 个 中 间节 点 组 成 . 模 型 采 用分体联 接式 结构 , 工作 辊与 支承辊 间采 用一端 固 结 , · 一端铰 结 的悬臂 梁单元 , 采用 悬臂梁 是为 了使 其承受 和传 递轴 向力 . 每 个 轧辊共 划分 为 1 0 38 个单元 , 节 点数 为 1 41 6 . 为 了使 单 元 划 分 尽 量 细 密 , 在 计 算技 巧 上采用 了工 作辊 和 支承 辊两 个分 系统 的子 结构形 式 . 为了更 加真 实地反 映在 轧辊 交叉情 况下 , 轧 件跑 偏所 造成 的对 轴 向力 的影 响 , 本 模型 的 突出特 征之 一是将 工作 辊 与支承 辊按 实测 的空 间布置 形式 , 进 行交 叉 配置 , 交叉 角按 与实测 交叉 角相 同 的数量级 ( 约为 .0 04 “ ) 进行 设置 , 见 图 2 . 图 2 还 表示 了辊 系 的坐 标 系 约 束 情 况及 辊 间梁单 元接 触情 况 . 根 据 轧机 实际情 况 , 模 型 采用 了 轴 向单 向约 束 , 并且 在轧 辊 圆周 方 向施加 了 约 束 , 防止 轧辊 的轴 向刚体 转动 . } 门「 一 刁 」 日 l } } } — · ~ ~ 弓一 l `人 月 匕~ 共太胖 - 泣;厂一未士 一 二万 ` 二4妞 门 图 1 有 限 元模型 网格 1飞 . 1 N d 飞.此 of 触 肠面挽 d . . 图t 1 1川划 图 2 非对称轧制时辊系 简化模型 瑰 . 2 1 】飞犯 n 枪改国面aC l n贾日日 of n 目I 盯劝印 l 因d er , 一 甲朋州刁 面脸艰 切血创汕 . 研究 表 明 , 正 常轧制 时 , 少许 的轧件 偏 移不 会造成 太大 的轴 向力 , 只有 在轧辊轴 向的移 动 达到 轴 向 “ 顶 死 ” 的情况 下 , 才有 较大 轴 向力 产生 . 为 了模 拟这 一真 实 现象 , 本模 型 的轴 向

…64 北京科技大学学报 1994年N0.1 约束不采用刚性约束，而是采用弹性约束·图2中的K,和K2是辊系轴向刚度系数，并 由轧辊轴承座及锁紧板等零部件的性质决定.当辊间摩擦所形成的轴向作用力达到饱和，即 轴向的弹性势能达到极限时，轴向摩擦不会继续增加轴向力值·这时如果产生轧件的偏斜 动，通过改变轧辊辊系的轴向变形，可使轴向弹性势能发生波动，通过两个刚度系数而使 轴向作用力发生变化，这也是本模型的主要出发点， 2梁单元几何特性的确定 辊间梁单元的特性模拟应符合辊间接触实际情况，即梁单元在轧辊轴向上的抗弯刚度应 与轧辊间接触部分的轴向变形特性相适应。辊间的轴向变形包括轧辊本体以及表面微凸体变 形两部分，相对于后者来讲，轧辊本体的轴向刚度较大，可视为刚体，在计算中只考虑轧辊 表面微凸体的轴向变形。根据摩擦学的预位移理论，接触表面粘滞区上的单位面积上的切向 摩擦力为： d(x,y2ae+1/2} (x,y)=f·p(x,y)1x, x∈[0，b] (1) Jy∈[0. 式中δ(x,y)一粘滞区内微凸体间的相对位移量；p(x,y)一接触区内单位压力分布； [δ(x,y月一粘滞区内微凸体间的极限预位移；x,y一接触面长度与宽度方向坐标. 接触表面单位面积上的轴向刚度体现在粘滞区内，由单位面积上的切向力℃(x,)及由 此而形成的相对切向变形δ(x,)来表示： K'=(x,y)/δ(x,y) (2) 在梁单元所等效的面积上对式(2)积分可得此梁单元在轧辊轴向的抗弯刚度： (y)dx (3) Ja δ(x,y) 式中：L,一第i个梁单元在轧辊轴向的等效长度；b,一粘滞区宽度· 根据悬臂梁的变形公式，可得梁单元轴向抗弯惯性矩为： 1,=1/3E·K, (4) 3计算结果与分析 根据轧机辊系几何参数与工艺参数，确定计算件为： 2P=15000kN,D.=1200mm,D,=1550mm,L=1720mm,B=1000mm; 带钢偏移量△B=0mm,120mm,240mm,360mm,轧辊凸度与弯辊力均为零. 3.1轧件偏移对辊系特性的影响 轧件偏移可引起辊缝的不对称变化，在本文中，轧件向操作侧偏移·辊缝倾斜程度随轧 辊的偏移而增大，当偏移量△B=360mm时，辊缝最大偏差为L.lS1mm.根据计算可以得出 辊系的横向影响特性为轧件每偏移100mm,辊缝偏差增大0.326676mm

北 京 科 技 大 学 学 报 1塑抖 年 N o . 1 约束 不采 用 刚 性 约束 , 而 是采 用弹 性约束 . 图 2 中的 K , 和 K Z 是 辊 系 轴 向刚 度 系 数 , 并 由轧 辊轴 承座及 锁 紧板等 零部件 的性 质决 定 . 当辊 间摩 擦所 形成 的 轴 向作用 力 达到饱和 , 即 轴 向 的弹性势 能 达到 极 限时 , 轴 向摩擦 不 会 继 续增 加 轴 向力 值 . 这 时 如 果产 生 轧 件 的偏 斜 动 , 通过 改 变 轧辊 辊系 的轴 向变形 , 可使 轴 向 弹性 势能 发 生 波 动 , 通 过 两个 刚度 系数 而 使 轴 向作 用力 发 生变 化 , 这也 是本模 型 的主要 出发点 . 2 梁单 元 几何特性的确 定 辊 间梁 单元 的特 性模 拟 应符 合辊 间接 触实 际情 况 , 即梁 单元 在 轧辊 轴 向上 的抗 弯 刚度 应 与轧 辊 间接 触部 分 的轴 向变 形特性 相适 应 。 辊 间的轴 向变形 包括 轧辊 本体以 及 表 面微 凸体变 形两 部分 , 相 对 于后 者来 讲 , 轧 辊本体 的 轴 向刚度较 大 , 可视 为刚体 , 在计算 中只 考虑 轧辊 表面 微凸 体的轴 向变 形 。 根 据摩擦 学 的预位 移理论 , 接触表 面粘 滞 区 上 的单位 面积 上的 切向 摩 擦 力 为 ` ’ :] 一 `一 ,一 了一 (一 , { ` 一 「 ,诺长考头」 ( Z U 一} : ) {: 鱿 ( 1 ) 式 中 咨 ( x , 力 一 粘滞 区 内微 凸 体 间 的相对位 移 量 ; p (x , 力一 接触 区 内单位 压力 分布 ; 【占( x , y )] 一 粘 滞 区 内微 凸 体 间的极 限预 位移 ; x , y 一 接触 面长 度 与宽度 方 向坐标 . 接 触表 面 单位 面积 上 的轴 向刚度 体 现在粘 滞 区 内 , 由单 位 面积上 的切 向力 T 、 ( x , 力 及 由 此 而形 成 的相 对切 向变 形 j ( x , y) 来 表示 : K ’ = T k ( x , y ) / 占( x , y ) ( 2 ) 在 梁单元所等 效 的面积 上 对式 ( 2) 积分 可得 此梁 单元 在轧 辊轴 向的抗弯 刚度 : 、 一 f ’ f T k ( x , y ) — U X 。 ( x , y ) ( 3 ) 式 中 : 人一 第 i 个 梁单 元在 轧辊 轴 向的等 效长 度 ; 气一粘滞 区 宽 度 根 据悬 臂 梁 的变形 公式 , 可 得梁 单元 轴 向抗 弯 惯性 矩为 : I , = l ’ / 3 E · K , ( 4 ) 3 计算结 果与 分析 根据轧 机辊 系几 何参 数 与 工 艺参 数 , 确定计算 件为 : Z P = 15 0() 0 k N , D w = 1 2X() m , D b = 1 5 5 0 nmr , L = 1 7 2 0 nu , B = l X() o m ; 带钢 偏 移量 △ B = 0 ~ , 12 0 ~ , 24 0 ~ , 3 60 ~ , 轧辊 凸 度 与弯 辊力 均 为零 3 . 1 轧件偏移 对辊 系特性的影 响 轧件 偏移 可 引起 辊缝的 不对称 变 化 , 在本 文 中 , 轧件 向操 作侧 偏移 . 辊缝倾斜程 度 随轧 辊 的偏 移 而增 大 , 当偏 移 量 △B = 360 ~ 时 , 辊 缝最 大偏 差 为 1 . 151 r n r n . 根 据计 算可 以 得 出 辊系 的横 向影 响特 性 为 轧 件每 偏 移 10 ~ , 辊 缝 偏差 增大 .0 3 2 6 6 7 6 1 11」1 1

Vol.16 No.1 高永生等：非对称轧制辊轴向力的有限元模型 65 3.2辊间横向特征 图3为工作辊和支承辊与梁单元相联接节点的轴向位移曲线，随轧件偏移加大，辊间的 这种位移差加大，从而导致辊间轴向相对移动趋势增大，这是产生辊间轴向作用力的根本原因. 3.3辊间轴向作用力 图4表示了轧件偏移量与轴向力的关系.当轧件偏移360m时，产生轴向力为108.78kN, 这个数值仅反映轧件偏移后辊系轴向变形而产生的轴向作用力，不含轧件偏移使交叉角增 大，对轴向作用力的影响，因此它只是非对称轧制时轧辊轴向作用力的一部分， 为了模拟轧辊间的相互作用，在本计算过程中专门研究了工作辊与支承辊间的轴向力分 配问题.在轧制压力作用节点加100kN的轴向载荷，相当于轧件对工作辊的轴向作用.计 0.1m 100 4) 80120016 min 人 -0.2L 0 120240 300 AB min 图3不同偏移量时辊间位移偏差的轴向分布 图4轧件偏移量对轴向力的影响 △B(mm):①0，②120.③240，④360 Fig.3 The axial distribution of displacement difference Fig.4 Effect of the strip displacement on the axial force between rolls uder different strip displacement 算表明工作辊端承受了54.9kN的轴向力，支承辊端承受了45.1kN的轴向力，载荷比约 为1.22.载荷的这种分配比例、既取决于辊系的轴向刚度，又与辊间轴向接触刚度有关，同 时还涉及到轴向变形谐调条件.在本计算中，加1O0kN的轴向作用力之前，轴向弹簧是处 于自然放松的原始状态，在实际问题中，这两个弹簧受轧辊轴向串动的影响，可能处于一拉 一压的状态.这时候如果轧件偏移，这两个已经积累了较大的弹性能的弹簧，对轧件偏移的 反映决定于轧件偏移的方向，也就是轴向力的非对称部分的作用方向，假设K,受拉，K? 受压（实际情况下，正向轧制时，轧辊的轴向移动使两弹簧处于这种受力状态），当轴向力 的非对称部分F作用方向指向操作侧(W·S)时，可使K:继续受压，而支承辊有向 W·S移动的趋势.依两辊间的相互作用的变形谐调判断，力F将不会使支承辊轴向力增 加，因而F的作用效果都集中在工作辊上，使其轴向力发生变化，如果F力大于由于K,的 释放使工作辊轴向力减小的部分，则工作辊轴向力增大·反过来，如果F力指向传动侧 (D·S),则靠K:的释放使F全部作用在支承辊上·从上边的分析看出，无论轧件向哪 一侧偏移，对辊系的受力都有极坏的影响，如果考虑进偏移使交叉角发生变化，甚至改变正 常轧制时轧辊的轴向运动方向，这个影响会更大，因此防止轧件的镰刀弯，对防止轴承破坏 维持正常的生产是必要的

1 V 6 . 1 N 6 o . 高永生等 非对称 轧制辊轴向力 的有限 元模: 型 l 3 . 辊 间横 向特征 2 图 为工作 辊 和 支承 辊 与梁单 元相 联接 节点 的轴 向位移 曲线 3 . 随轧 件 偏 移 加 大 , 辊 间 的 这种位移差加大 , 从而 导 致 辊 间轴 向相对移 动 趋势增大 , 这是产 生辊 间 轴 向作 用力 的根 本原因 . 3 . 3 辊间轴向作用 力 图 4 表 示 了轧 件偏移 量 与轴向力 的关系 . 当轧件 偏移 3 60 ~ 时 , 产 生轴 向力 为 108 . 78 k N, 这 个数 值仅 反 映轧件偏 移后 辊 系轴 向变形 而 产 生 的 轴 向作 用 力 , 不含 轧 件偏 移 使 交 叉 角 增 大 , 对轴 向作用 力 的影 响 , 因此 它 只 是非 对称 轧制 时轧辊 轴 向作 用力 的一部 分 . 为 了模 拟轧 辊 间的相互 作 用 , 在 本计算过程 中专门研 究 了工作 辊 与支承 辊 间 的轴 向力 分 配 问题 . 在 轧制 压力 作用 节点 加 10 0 k N 的轴 向载荷 , 相 当于 轧件 对 工 作 辊 的 轴 向作 用 . 计 一 0 1 一 0 2 二 8 。 日喃 t l t J 20 犷一不贫一弓丁 一扁 图 3 瑰 . 3 不 同偏移 量时辊 间位移偏 差的轴 向分布 △B 《 In ll l ) : ① 0 , ② 1 20 . ③ 2 4(j , ④ 3印 . 】1犯 a x 妇l d栩ir xl l次旧 of 曲内。 盯祀 nt 山场洲” eC 晚加0即 n 目地 皿山r 山月扮田t 面 P 血内一 t 图 4 瑰 . 4 车L件偏移量对轴 向力的影 响 正肠双 of 胶 而 p d i刻a o 日团比” t 仪 , d祀 a 火妞I 众眼 算 表 明 工作 辊端 承 受 了 54 . 9 k N 的轴 向力 , 支承辊端 承受 了 45 . 1 k N 的轴 向 力 , 载 荷 比 约 为 1 . 2 2 . 载 荷的 这种分 配 比例 , 既取 决于 辊系 的轴 向刚度 , 又 与 辊 间轴 向接 触 刚度 有关 , 同 时还 涉 及到 轴 向变形谐调条 件 . 在本 计算 中 , 加 10 0 k N 的轴 向作 用 力 之 前 , 轴 向弹 簧 是 处 于 自然放 松 的原 始状 态 , 在实 际 问题 中 , 这两 个弹簧 受 轧辊 轴 向串动 的影 响 , 可 能 处于 一拉 一 压 的状 态 . 这 时候 如果 轧件偏 移 , 这两 个 已 经积 累 了 较大 的弹 性能 的弹 簧 , 对轧 件偏 移 的 反 映 决定于 轧件 偏 移 的方 向 , 也 就是 轴 向力 的 非 对 称 部 分 的 作 用 方 向 . 假 设 K I 受 拉 , K Z 受 压 ( 实际情 况 下 , 正 向轧制 时 , 轧辊 的轴 向移动 使两 弹簧 处于 这 种 受 力 状 态 ) , 当轴 向力 的非 对称 部 分 F 作 用 方 向指 向操 作 侧 (W · )S 时 , 可 使 K : 继 续 受 压 , 而 支 承 辊 有 向 W · S 移动 的趋 势 . 依两 辊 间的相 互作 用的 变形谐 调判 断 , 力 F 将 不 会 使 支 承 辊 轴 向力 增 加 , 因 而 F 的作 用 效 果都集 中在工 作辊 _ 匕 使其轴 向力 发 生变化 , 如果 F 力 大 于 由 于 K , 的 释 放 使工 作 辊 轴 向力 减 小 的 部 分 , 则 工作 辊轴 向力 增 大 . 反 过 来 , 如果 F 力 指 向 传 动 侧 (D · )S , 则靠 K : 的释 放 使 F 全部作 用 在 支承 辊上 . 从 上 边 的分 析看 出 , 无 论 轧 件 向哪 一侧 偏移 , 对辊 系 的受力 都有 极坏 的影 响 . 如果考 虑 进偏 移使交 叉 角发 生变 化 , 甚至 改变正 常轧 制时 轧辊 的轴 向运动 方 向 , 这 个影 响会 更大 , 因 此 防止轧件 的镰 刀 弯 , 对 防止轴承 破 坏 维持 正常 的生 产是必 要 的

66· 北京科，技大学学报 1994年No.1 4结论 （1)辊系变刚度弹基梁一三维有限元模型对计算辊系变形及应力比其他方法具有更好 的功能，可用于辊系的仿真研究·对非对称轧制的研究，从不同侧面对于辊间接触特性以及 轴向力学特性进行了讨论，丰富了轴向力理论· (2)根据摩擦学的预位移理论，提出了辊间接触轴向刚度的概念及计算方法，较真实 地反映了辊系的实际工作情况， (3)轧件非对称轧制对辊系的影响较大，轧件横向偏移可使轧辊轴向力增加，而且随 轧件偏移量的增大而增大，如果考虑到轧件跑偏可使轧件与工作辊间夹角改变，工作辊的轴 向力可上升若干倍，因此轧件跑偏是工作辊轴向锁紧板等部件破坏的主要因素之一， 参考文献 1邹家祥等.辊系变刚度弹基梁一有限元模型的研究.钢铁，1990，(10)：34~38 2高永生等.对本城模型的评价与发展.北京科技大学学报，1991,13(1)：10~14 3高永生.四辊轧机轴向力学行为的研究：【博士学位论文].北京科技人学.1991 号导果号号号号号号果号号 (上接38页) 为指导，以实现材料的对路供应和高效合理使用为目的，从成形性的丰富内容上来进行，不 宜以一种或几种试验指标的衡量来给出材料的单一冲压级别划分· (3)薄钢板产品成形性能检测、评定应从其基本成形性能和模拟成形性能两个方面进 行·.基本成形性能中较合理的指标是O,/σ，值、是LDR值、1值、n值和成形极限图· 参考文献 1邓陟，王先进，陈鹤峥，金属薄板成形技术，北京：兵器工业出版社，1993.7一11 2胡世光，陈鹤峥.板料冷压成形原理.增订本.北京：国防工业出版社，1989.166~185 3邓陟.薄板单向和双向伸时的应力应变关系·金属成形工艺，1983，(1)：1~5 4邓陟.王先进，汽车用薄板的发展及对策.钢铁，1993,28(6)：73~78 5邓陟.薄板和各向异性与拉延成形性.锻压技术，1990，(3)：12~16

北 京 科 . 技 大 学 学 报 1望科 年 N O . 1 4 结 论 ( )l 辊 系变 刚度 弹基 梁 — 三 维有 限元模 型对计算辊 系 变形及 应力 比其 他方 法具有 . 更好 的功 能 , 可 用于 辊 系的仿真研 究 . 对非 对称 轧制 的研究 , 从不 同侧 面对于 辊 间接触特性 以及 轴 向力学 特性 进 行 了 讨论 , 丰富 了轴 向力理 论 . ( 2) 根 据摩 擦 学的 预位移 理论 , 提 出 了 辊 间接 触 轴 向刚度 的概念及 计算方 法 , 较真 实 地反 映 了辊 系 的实 际工作 情 况 . ( 3) 轧件 非 对称轧 制 对辊 系的影 响较 大 , 轧件横 向偏 移可 使轧 辊轴 向力增 加 , 而 且 随 轧件 偏移 量 的增 大而 增大 . 如 果考 虑到 轧件 跑偏 可使轧 件 与工作 辊 间夹角 改变 , 工 作辊 的轴 向力 可上 升若 干倍 , 因 此 轧件 跑偏 是 工作辊 轴 向锁紧板 等部 件破坏的 主要 因素之 一 . 参 考 文 献 邹家祥等 . 辊系 变刚度弹 基梁 一 有 限元模型 的研究 . 钢铁 , 19明) , ( 10) : 34 一 38 高永生等 . 对本城模型 的 评价与 发展 . 北京科技大学 学报 , 1卯 1 , 13 ( l) : 10 一 14 高永生 . 四 辊轧机轴 向力学行为的 研究 : ! 博士 学位论文 ] . 北京科技大 学 , 1卯1 (上 接 3 8 页 ) 为指 导 , 以 实现 材料 的 对路供 应和 高效 合理使 用 为 目 的 , 从成形 性 的丰 富 内容 上来 进行 , 不 宜 以 一 种 或几 种试 验 指标 的衡量 来给 出材 料 的单 一 冲压级 别划 分 . ( 3) 薄 钢板 产 品成形 性能 检测 、 评定应从其基 本 成 形 性 能 和 模 拟 成 形 性 能 两 个方 面 进 行 . 基本 成形 性 能 中较合 理 的指标 是 久 / 6 b 值 、 是 DL R 值 、 又值 、 叮 值和成形 极 限图 . 参 考 文 献 邓 阶 , 王 先进 , 陈鹤峥 . 金属 薄板成形技术 . 北京 : 兵器 工 业 出版社 , 1卯3 . 7 一 n 胡 世光 , 陈鹤峥 . 板料 冷压成形原理 . 增 订本 . 北京 : 国 防工 业 出 版社 , 19 89 . 1肠 一 185 邓 阶 . 薄板单 向和 双 向伸时 的应 力 应变 关系 . 金属 成形 工艺 , 1983 , ( 1 ) : 1 一 5 邓 陆 . 王 先进 . 汽 车用 薄板 的 发展 及 对策 . 钢铁 , 1卯3 , 28 (6) : 73 一 78 邓 涉 . 薄板和各 向异 性 与拉延 成 形 性 . 锻压 技 术 , 19男〕 , ( 3) 二 12 一 16