Vol.25 No.2 洪慧平等：椭圆孔型轧制合金钢方坯三维弹塑性有限元模拟 ·173· 较小，750步以后力和力矩开始下降，轧件进入非 艺方案提供科学的理论依据. 稳定的抛钢轧制阶段直至轧件尾部完全脱离椭 圆孔型(920步)，这时力和力矩均减小到零. 参考文献 根据图4所示的1/4轧件的计算结果不难得 1 Li G,Jinn J T,Wu W T,et al.Recent development and ap- 到整个轧件的最大轧制力为9.27MN,最大力矩 plications of three-dimensional finite element modeling in 为789.4MNmm,以此为基础可以验算轧辊的辊 bulk forming processes [J].J Mater Proc Technol,2001 (113):40 身强度，具体方法参见相关文献[7,8].虽然在计 2 Galantucci L M.Tricarico L.Thermal-mechanical simuil- 算辊身危险断面应力时用到材料力学原理，但由 ation of a rolling process with an FEM approach [J].J Ma- 于根据有限元仿真得到的轧制力和轧制力矩，计 ter Proc Technol,1999(92-93):494 算精度显然要远高于单纯用传统的轧制力和力 3张士宏，尚彦凌.金属塑性加工.的物理模拟塑性 矩公式.将轧辊应力的计算结果（辊身应力 工程学报，2000,7(1)：45 205.93Ma,辊颈应力133.94MPa,辊头应力 4鹿守理计算机辅助孔型设计M.北京：冶金工业 133.55MPa),与许用应力(280MPa)进行比较，满 出版社，1992 足强度要求 5美国金属学会编.金属学手册（中译本）M北京：机 械工业出版社，1991.486 3结论 6 Wang Y W,Kang Y L.Yuan D H,et al.Numerical simu- lation of round to oval rolling process [J].Acta Metallurg- 采用三维热力耦合有限元模拟仿真技术，在 ical Sinica(English Letters),2000,13(2):428 准确建立材料仿真数据库、模型库、相关边界条 7刘宝珩，轧钢机械设备[M.北京：治金工业出版社， 1984.18 件和初始轧制条件的基础上，可以对合金钢在孔 8黄华清.轧钢机械M.北京：冶金工业出版社，1980 型中轧制变形进行较为准确的分析，超前再现轧 77 件的形变和轧制力变化过程，为合理制定轧制工 Three Dimensional Elastoplastic Finite Element Simulation on the Hot-rolling in Oval Pass of a Steel Billet HONG Huiping,KANG Yonglin Material Science and Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT The hot rolling of a steel billet in oval pass and the variations of rolling force and torque are simu- lated by three-dimensional thermo-mechanical coupled elastoplastic finite element simulation.It is shown that the difference between the velocities of the metal flow along the rolling direction on the surface and in the inner part of the billet results in the concave section at the rolled steel ends.The rolling force,the axial force,rolling torque and radial torque have a similar variation,which is large during the period of the steel billet being engaged with or leav- ing from the oval-pass and small during the period of the stable rolling KEY WORDS oval pass:hot rolling:finite element simulation心 洪 慧平等 椭 圆 孔 型轧制 合 金 钢 方 坯 三 维 弹 塑 性 有 限元 模 拟 ， 较 小 ， 步 以后 力和 力矩 开始下 降 ， 轧件进 入 非 稳 定 的抛 钢 轧 制 阶 段 直 至 轧 件 尾 部 完 全 脱 离椭 圆孔 型 步 ， 这 时力 和 力 矩 均减 小 到 零 根 据 图 所 示 的 轧件 的计 算 结 果 不 难 得 到 整 个 轧 件 的最 大 轧 制 力 为 ， 最 大 力矩 为 · ， 以此 为基 础 可 以验 算 轧 辊 的辊 身强 度 ， 具 体 方 法 参 见 相 关 文献 ， 虽 然 在 计 算 辊 身危 险 断面应 力 时用 到 材料 力 学 原理 ， 但 由 于 根 据 有 限元 仿 真 得 到 的轧 制 力和 轧制 力矩 ， 计 算 精 度 显 然 要 远 高 于 单 纯 用 传 统 的轧 制 力 和 力 矩 公 式 将 轧 辊 应 力 的 计 算 结 果 辊 身 应 力 ， 辊 颈 应 力 ， 辊 头 应 力 ， 与许 用 应 力 进 行 比 较 ， 满 足 强度 要 求 艺 方 案 提 供 科 学 的理 论 依 据 结论 采 用 三 维 热 力祸合 有 限 元 模拟 仿 真技 术 ， 在 准 确 建 立 材 料 仿 真 数 据 库 、 模 型 库 、 相 关 边 界 条 件和 初 始 轧 制 条件 的基 础 上 ， 可 以对 合 金 钢 在孔 型 中轧制 变 形 进 行 较 为准 确 的分析 ， 超 前 再现 轧 件 的形 变 和 轧 制 力变 化 过程 ， 为合 理 制 定 轧制 工 参 考 文 献 ， ， ， 叩 一 ， ， 一 即 ， 一 张 士 宏 ， 尚彦凌 金 属 塑 性加 工 的物理 模拟 塑 性 工 程 学报 ， ， 鹿 守理 计 算机 辅助 孔 型 设 计 北 京 冶 金 工 业 出版 社 ， 美 国金 属 学会编 金 属 学手册 中译 本 北 京 机 械工 业 出版 社 ， 自 ， ， ， ， ， 刘 宝 晰 轧钢 机 械 设 备 北 京 冶 金 工 业 出版 社 ， 黄 华 清 轧钢 机械 北 京 冶 金工 业 出版 社 ， 一 石飞〕刀 沈勿” 之 尤咬刃 喇 ， ， ， 一 一 七 ， ， ， 面 一 石