·172· 北京科技大学学报 2003年第2期 轧制方向 轧件 (c) (d) 图2有限元模型 Fig.2 Finite element simulation model 图3不同增量步时轧件的变形情况.(a)0,b)250,(c) 六面体单元分网，采用更新的Lagrange算法、 750,(d920步 Prandtl-.Reuss流动方程以及Von Mises,屈服准则等 Fig.3 Deformation of a billet at different increments 理论处理热连轧过程中轧件的热力耦合大变形 问题.轧辊作为刚性接触体定义，轧辊与轧件之 坯断面的圆角来缓解， 间采用剪切摩擦模型，摩擦因子取07，材料的泊 2.2轧制力和轧制力矩的变化 松比取0.3，密度7.75mg/mm3. 图4为在立辊椭圆孔型中轧制时1/4轧件轧 在确定传热边界条件时主要考虑轧件与周 制力(F)和轧辊轴向力(F,)以及轧制力矩(M) 围环境的对流和辐射换热以及轧件和轧辊孔型 和径向力矩(F)随增量步的变化曲线，从中可 接触时的热传导，包含对流和辐射的等效换热系 见，轧制力、轴向力和轧制力矩及径向力矩具有 数取0.17kW(m2.℃)，轧件与轧辊的接触热传导 相似的变化趋势，即在咬入不稳定轧制阶段(0~ 系数取20kW/(m2.℃). 250步)力和力矩随增量步的增加而升高，在稳定 根据对称性，取1/4轧件为分析对象，考虑到 轧制阶段(250一750步)，力和力矩的波动范围 给予轧件足够长的稳态轧制过程以便分析，轧件 长度在此取722mm,轧件沿长度方向取38等份， 轧件横断面取48个单元，共采用1824个单元及 2418个节点. 2 3 2 2模拟结果与分析 21各阶段轧制变形的特点 200 400600800 1000 轧件在立辊椭圆孔型中变形时不同阶段网 增量/步 格畸变情况如图3所示，当增量步为0步时开始 400 ◆M 咬入，0250步时是乳件的咬入阶段，250一750 M. 步轧件处在稳态轧制过程，到750一920步是轧 件进入非稳态轧制阶段，到920步时轧件尾部完 200 全脱离立椭圆孔型从而结束整个轧制过程， 100 开轧时轧件的四个角部首先与孔型接触产 生变形，该变形逐渐由表面向轧件心部渗透，因 此开始阶段轧件角部周围侧面的纵向流速大于 200 400600 800 1000 心部的纵向流速从而导致轧件头部出现凹形，如 增量/步 图3b)所示.同理轧件尾部逐渐从孔型中脱离时 图4轧制力和轴向力(a)以及轧制力矩(b)的变化曲线 也导致轧件尾部出现类似的内凹.这类头部和尾 Fig.4 Variations of rolling force,axial force(a)and rolling 部的内凹缺陷可通过增大进立椭孔型前中间方 torque(b)北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 轧件 图 有限 元 模型 六 面 体 单 元 分 网 ， 采 用 更 新 的 算 法 、 一 流 动 方程 以及 屈 服 准 则等 理 论 处 理 热 连 轧 过 程 中轧件 的热 力祸合 大 变 形 问题 轧辊 作 为 刚 性接 触 体 定义 ， 轧 辊 与轧件 之 间采用 剪切 摩擦 模 型 ， 摩 擦 因子 取 ， 材 料 的泊 松 比取 · ，密 度 ‘，， 在 确 定 传 热 边 界 条 件 时 主 要 考 虑 轧件 与 周 围环 境 的对 流 和 辐 射 换 热 以及 轧件 和 轧辊 孔 型 接触 时的热传 导 包含对 流 和辐射 的等效换 热系 数取 汉 ， · ℃ ， 轧件 与 轧 辊 的接 触 热 传 导 系数取 ， ， ℃ 洲 根据 对 称 性 ， 取 轧件 为 分析 对 象 ，考 虑 到 给 予轧件 足 够 长 的稳 态 轧 制过程 以便分析 ， 轧 件 长度在 此 取 ， 轧 件沿 长度 方 向取 等份 ， 轧件 横 断面 取 个 单元 ， 共采 用 个 单 元 及 个节 点 图 不 同增量步时轧件 的变形 情况 ， 何 ， ， 步 · 川 幻 坯 断面 的 圆角 来 缓解 轧 制 力和 轧 制 力矩 的 变化 图 为在 立 辊椭 圆孔 型 中轧 制 时 轧件 轧 制 力 凡 和 轧 辊 轴 向力 凡 以及 轧制 力矩 杯 和 径 向力矩 凡 随增 量 步 的变 化 曲线 从 中可 见 ， 轧制 力 、 轴 向力和 轧 制 力矩 及 径 向力矩 具 有 相似 的变化趋势 ， 即在 咬入 不稳 定轧制 阶段 步 力和 力矩 随增 量 步 的增 加而 升 高 ， 在稳 定 轧 制 阶 段 步 ， 力和 力 矩 的波 动 范 围 凡 凡 ︸芝苗 认 可 模拟结 果 与分析 各阶 段 轧 制 变形 的特 点 轧 件 在 立 辊 椭 圆孔 型 中变 形 时 不 同阶 段 网 格 畸变情 况 如 图 所 示 当增量 步 为 步 时 开始 咬 入 ， 步 时是 轧件 的咬入 阶段 ， 步轧 件 处 在 稳态 轧 制 过程 ， 到 步 是 轧 件 进 入 非稳 态 轧制 阶段 ， 到 步 时 轧件尾 部完 全 脱 离立 椭 圆孔 型 从 而 结束 整 个 轧制 过 程 开 轧 时轧 件 的 四个 角部 首先 与 孔 型 接 触 产 生 变 形 ， 该 变 形 逐 渐 由表 面 向轧件 心 部 渗透 ， 因 此 开 始 阶 段 轧 件 角部 周 围侧 面 的纵 向流 速 大 于 心 部 的纵 向流速 从 而 导致 轧件 头部 出现 凹 形 ， 如 图 所 示 同理 轧件 尾 部 逐渐 从 孔 型 中脱 离 时 也导致 轧件尾 部 出现 类似 的 内凹 这类 头部 和 尾 部 的 内凹 缺 陷可 通 过 增 大 进 立 椭 孔 型 前 中 间 方 增量 步 厂” ” 气” ’ 一 ，伟‘ 日 · 乙遨宫 叭 落 增量 步 图 轧 制 力和 轴 向力 以 及 轧制 力矩 句的 变化 曲线