.1554 工程科学学报，第40卷，第12期 用下原始曲率、残余曲率均呈现正反方向变化，弹复 正值，残余曲率随着反弯次数增加逐渐减小，达到矫 曲率由于弯矩计算的特殊规定在该结果中一直呈现 直的目的 2.2数值模拟验证 有限元分析算例结合某钢厂棒材生产线上的二 辊矫直机现场设备及工艺开展.在工件建模的过程 中，为了缩短计算时间和方便分析，模型中工件长度 只取1m,工件初始挠度10mmm1,直径40mm,为 了方便分析矫直后的挠度，特别是方便提取棒材中 心节点的坐标分布，建模时先建立一个弦长1m、弦 图6辊系与棒材三维状态图 高10mm的圆弧路径，然后建一个1/4的圆按上述 Fig.6 Three-dimensional state of roller and bar 路径进行扫描，在此基础上再建剩余的3/4模型. 在Abaqus中建立的几何模型如图8所示，涉及的零 2.2 20 件有矫直辊、棒材、挡板、入口套筒和出口导槽，为简 1.8 1.6 ·一原始曲率 化计算，挡板、入口套筒和出口导槽采用光滑无摩擦 一·一反弯曲率 的平板代替.整个计算过程完全参考现场实际矫直 一弹复曲率 0.8 零一残余曲率 过程，初始状态各矫直辊沿自己的轴线空转，保证沿 0.6 轧制方向分速度为25mmin-1,只有旋转自由度，其 他方向固定，两侧挡板固定.设置棒材与各矫直辊 -0.6 的接触为面面接触，罚接触方法，摩擦系数0.2，法 -0.8 -1.0 10 1520 25 3035 40 向硬接触：设置棒材与挡板、入口套筒和出口导槽为 反弯次数 径向无摩擦接触，法向硬接触.棒材单元选择线性 图7曲率变化过程 六面体单元C3D8R.工艺参数同表1，凸辊角度 Fig.7 Curvature change process 19.3°.矫直后棒材情况如图9所示. 图8有限元分析几何模型 Fig.8 Geometrie model of FEM 图9矫直后棒材状态 Fig.9 Bar after straightening 矫直后，沿棒材轴线节点连接可以获得矫直后 服强度、不同原始挠度对各曲率的影响，进而获得不 直线度精度，经过数据提取，y方向最大挠度为 同来料棒材矫直过程的变形规律 0.257mmm1,z方向最大挠度为0.406mmm1, 3.1直径的影响 综合直线度为0.481mmm1.模拟结果与解析结 应用不同的直径对表2所示矫直条件进行矫 果相近 直，分析不同直径情况各种曲率的演变情况，P,表示 通过应用现场工艺参数进行解析计算及数值模 弹性极限曲率半径，曲率为曲率半径的倒数 拟可以看到，解析计算的矫直精度结果与现场数据 对直径20、40和60mm的3种棒材进行矫直过 及数值模拟结果一致，说明了解析理论的有效性 程曲率分析，分析直径对矫直精度的影响，如图10 3来料参数对矫直精度的影响 所示. 如图10所示，通过对不同直径棒材进行矫直过 应用上述理论，可以分析不同直径、不同材料屈 程的解析分析，可以得到如下结论：工程科学学报,第 40 卷,第 12 期 用下原始曲率、残余曲率均呈现正反方向变化,弹复 曲率由于弯矩计算的特殊规定在该结果中一直呈现 图 6 辊系与棒材三维状态图 Fig. 6 Three鄄dimensional state of roller and bar 图 7 曲率变化过程 Fig. 7 Curvature change process 正值,残余曲率随着反弯次数增加逐渐减小,达到矫 直的目的. 2郾 2 数值模拟验证 有限元分析算例结合某钢厂棒材生产线上的二 辊矫直机现场设备及工艺开展. 在工件建模的过程 中,为了缩短计算时间和方便分析,模型中工件长度 只取 1 m,工件初始挠度 10 mm·m - 1 ,直径 40 mm,为 了方便分析矫直后的挠度,特别是方便提取棒材中 心节点的坐标分布,建模时先建立一个弦长 1 m、弦 高 10 mm 的圆弧路径,然后建一个 1 / 4 的圆按上述 路径进行扫描,在此基础上再建剩余的 3 / 4 模型. 在 Abaqus 中建立的几何模型如图 8 所示,涉及的零 件有矫直辊、棒材、挡板、入口套筒和出口导槽,为简 化计算,挡板、入口套筒和出口导槽采用光滑无摩擦 的平板代替. 整个计算过程完全参考现场实际矫直 过程,初始状态各矫直辊沿自己的轴线空转,保证沿 轧制方向分速度为 25 m·min - 1 ,只有旋转自由度,其 他方向固定,两侧挡板固定. 设置棒材与各矫直辊 的接触为面面接触,罚接触方法,摩擦系数 0郾 2,法 向硬接触;设置棒材与挡板、入口套筒和出口导槽为 径向无摩擦接触,法向硬接触. 棒材单元选择线性 六面体单元 C3D8R. 工艺参数同表 1,凸辊角度 19郾 3毅. 矫直后棒材情况如图 9 所示. 图 8 有限元分析几何模型 Fig. 8 Geometric model of FEM 图 9 矫直后棒材状态 Fig. 9 Bar after straightening 矫直后,沿棒材轴线节点连接可以获得矫直后 直线度精度, 经过数据提取, y 方向最大挠度为 0郾 257 mm·m - 1 ,z 方向最大挠度为 0郾 406 mm·m - 1 , 综合直线度为 0郾 481 mm·m - 1 . 模拟结果与解析结 果相近. 通过应用现场工艺参数进行解析计算及数值模 拟可以看到,解析计算的矫直精度结果与现场数据 及数值模拟结果一致,说明了解析理论的有效性. 3 来料参数对矫直精度的影响 应用上述理论,可以分析不同直径、不同材料屈 服强度、不同原始挠度对各曲率的影响,进而获得不 同来料棒材矫直过程的变形规律. 3郾 1 直径的影响 应用不同的直径对表 2 所示矫直条件进行矫 直,分析不同直径情况各种曲率的演变情况,籽t表示 弹性极限曲率半径,曲率为曲率半径的倒数. 对直径 20、40 和 60 mm 的 3 种棒材进行矫直过 程曲率分析,分析直径对矫直精度的影响,如图 10 所示. 如图 10 所示,通过对不同直径棒材进行矫直过 程的解析分析,可以得到如下结论: ·1554·