徐冬等：轧辊交叉对中间坯镰刀弯生成过程的影响 .957. 表2有限元模型验证 Table 2 Validation of the finite element model 宽度/mm 入口厚度/mm 压下量/mm 平均轧制力/(104N)仿真轧制力/(104N) 误差/% 931.36 131.12 35.57 1712.47 1574.96 -8.03 965.60 131.04 35.53 1749.06 1637.64 -6.37 917.89 95.55 33.79 1931.61 1849.52 -4.25 952.10 95.51 33.77 1971.42 2096.41 6.34 924.49 6L.76 24.26 1968.58 1866.56 -5.18 962.64 61.74 24.24 2006.19 2150.28 7.18 模型主要有四个输出表达：一是板坯轧制过程 作侧发生刚性偏转，中间坯在辊缝内出现向操作侧 的中心线变化情况，中心线节点坐标通过python脚 的跑偏，使得操作侧轧件变形抗力较大，出口厚度较 本读取DAT结果文件中的节点集位移实现；二是板 大，延伸较小，出辊速度较小，而传动侧的出口厚度 坯轧制后的镰刀弯弯曲量△s,即板坯中心线上的点 较小，出辊速度较大，延伸较大，这与辊系初始刚性 与中心线头尾连成的直线的最大距离，如图4所示， 差产生效果相长的叠加，所以中间坯出口侧的弯曲 用来表征不对称因素所引起的中间坯镰刀弯的弯曲 和入口侧的刚性偏转会进一步向操作侧方向加强. 程度；三是板坯轧制后的楔形值，对中间坯每个截面 第80帧 轮廓进行六次拟合，以距离边部40mm处的轮廓点 第65帧 为标志点计算截面楔形值；四是板坯轧制过程两侧 第50懒 4h 第35航 的轧制力差，通过仿真后轧辊两侧刚性点的反作用 力求差得到 轧制方向， 出口区域 入口区域 DS 000 4000 0 4000 长度方向坐标mm 图5轧制中心线变化图 中心线 Fig.5 Variation of central line in rolling process 图4镰刀弯弯曲量定义图 图6为轧制过程中中间坯截面上下表面轮廓 Fig.4 Defining for camber 图，由图6可知中间坯上下表面都是操作侧高于传 动侧，原因分析如下：工况条件设置时上、下轧辊分 3镰刀弯生成过程仿真结果分析 别是逆时针、顺时针转动一定角度以形成交叉角，轧 本节结合有限元仿真结果，研究在轧辊交叉条 制过程上下轧辊不在同一竖直平面内，带钢进入变 件下，中间坯镰刀弯的生成规律，工况条件为：轧辊 形区时先和上轧辊的传动侧和下轧辊的操作侧接 交叉角为0.4°，交叉位置比为1，板坯人口厚度100 触，所以在厚度方向上容易产生一定角度的旋转，即 mm,宽度940mm,压下量40mm. 造成入口区域中间坯进入轧机时操作侧高于传动侧 图5为轧制过程中中间坯中心线的变化情况， 的现象，并且由于交叉轧制过程的非对称性，轧辊交 如图所示，操作侧方向坐标为正，传动侧方向坐标为 叉点偏向传动侧，辊缝高度操作侧高于传动侧，即传 负，轧制方向自右向左，对中间坯中心线的坐标变化 动侧的压下量大于操作侧.最终，出口处中间坯截 过程进行提取，分别取其第35帧、第50帧、第65 面仍保持操作侧高于传动侧. 帧、第80帧时的坐标，如图中曲线所示.由图可知， 图7为轧后板坯长度方向的楔形值与轧制过程 随着轧制过程的进行，中间坯向操作侧的弯曲趋势 两侧的轧制力差变化曲线，其中横轴做归一化处理 逐渐明显，原因分析如下：首先通过第一节的分析可 为中间坯长度比例，同时去除头部咬钢及尾部抛钢 知，由于轧辊交叉引起传中间坯出口产生延伸差，传 数据，只显示稳定轧制阶段的数据，取操作侧截面厚 动侧刚度大于操作侧刚度，出现向操作侧的镰刀弯， 度大于传动侧截面厚度为楔形值正值，传动侧轧制 同时中间坯入口侧出现向操作侧整体刚性偏转；其 力大于操作侧轧制力为轧制力差正值.图8为对应 次，随着轧制过程的进行，因为中间坯入口区域向操 轧制过程板坯的平面运动过程示意图.由图7、图8徐 冬等: 轧辊交叉对中间坯镰刀弯生成过程的影响 表 2 有限元模型验证 Table 2 Validation of the finite element model 宽度/ mm 入口厚度/ mm 压下量/ mm 平均轧制力/ (10 4 N) 仿真轧制力/ (10 4 N) 误差/ % 931郾 36 131郾 12 35郾 57 1712郾 47 1574郾 96 - 8郾 03 965郾 60 131郾 04 35郾 53 1749郾 06 1637郾 64 - 6郾 37 917郾 89 95郾 55 33郾 79 1931郾 61 1849郾 52 - 4郾 25 952郾 10 95郾 51 33郾 77 1971郾 42 2096郾 41 6郾 34 924郾 49 61郾 76 24郾 26 1968郾 58 1866郾 56 - 5郾 18 962郾 64 61郾 74 24郾 24 2006郾 19 2150郾 28 7郾 18 模型主要有四个输出表达:一是板坯轧制过程 的中心线变化情况,中心线节点坐标通过 python 脚 本读取 DAT 结果文件中的节点集位移实现;二是板 坯轧制后的镰刀弯弯曲量 驻s,即板坯中心线上的点 与中心线头尾连成的直线的最大距离,如图 4 所示, 用来表征不对称因素所引起的中间坯镰刀弯的弯曲 程度;三是板坯轧制后的楔形值,对中间坯每个截面 轮廓进行六次拟合,以距离边部 40 mm 处的轮廓点 为标志点计算截面楔形值;四是板坯轧制过程两侧 的轧制力差,通过仿真后轧辊两侧刚性点的反作用 力求差得到. 图 4 镰刀弯弯曲量定义图 Fig. 4 Defining for camber 3 镰刀弯生成过程仿真结果分析 本节结合有限元仿真结果,研究在轧辊交叉条 件下,中间坯镰刀弯的生成规律,工况条件为:轧辊 交叉角为 0郾 4毅,交叉位置比为 1,板坯入口厚度 100 mm,宽度 940 mm,压下量 40 mm. 图 5 为轧制过程中中间坯中心线的变化情况, 如图所示,操作侧方向坐标为正,传动侧方向坐标为 负,轧制方向自右向左,对中间坯中心线的坐标变化 过程进行提取,分别取其第 35 帧、第 50 帧、第 65 帧、第 80 帧时的坐标,如图中曲线所示. 由图可知, 随着轧制过程的进行,中间坯向操作侧的弯曲趋势 逐渐明显,原因分析如下:首先通过第一节的分析可 知,由于轧辊交叉引起传中间坯出口产生延伸差,传 动侧刚度大于操作侧刚度,出现向操作侧的镰刀弯, 同时中间坯入口侧出现向操作侧整体刚性偏转;其 次,随着轧制过程的进行,因为中间坯入口区域向操 作侧发生刚性偏转,中间坯在辊缝内出现向操作侧 的跑偏,使得操作侧轧件变形抗力较大,出口厚度较 大,延伸较小,出辊速度较小,而传动侧的出口厚度 较小,出辊速度较大,延伸较大,这与辊系初始刚性 差产生效果相长的叠加,所以中间坯出口侧的弯曲 和入口侧的刚性偏转会进一步向操作侧方向加强. 图 5 轧制中心线变化图 Fig. 5 Variation of central line in rolling process 图 6 为轧制过程中中间坯截面上下表面轮廓 图,由图 6 可知中间坯上下表面都是操作侧高于传 动侧,原因分析如下:工况条件设置时上、下轧辊分 别是逆时针、顺时针转动一定角度以形成交叉角,轧 制过程上下轧辊不在同一竖直平面内,带钢进入变 形区时先和上轧辊的传动侧和下轧辊的操作侧接 触,所以在厚度方向上容易产生一定角度的旋转,即 造成入口区域中间坯进入轧机时操作侧高于传动侧 的现象,并且由于交叉轧制过程的非对称性,轧辊交 叉点偏向传动侧,辊缝高度操作侧高于传动侧,即传 动侧的压下量大于操作侧. 最终,出口处中间坯截 面仍保持操作侧高于传动侧. 图 7 为轧后板坯长度方向的楔形值与轧制过程 两侧的轧制力差变化曲线,其中横轴做归一化处理 为中间坯长度比例,同时去除头部咬钢及尾部抛钢 数据,只显示稳定轧制阶段的数据,取操作侧截面厚 度大于传动侧截面厚度为楔形值正值,传动侧轧制 力大于操作侧轧制力为轧制力差正值. 图 8 为对应 轧制过程板坯的平面运动过程示意图. 由图 7、图 8 ·957·