D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1999.0M.016 第21卷第4期 北京科技大学学报 Vol.21 No.4 1999年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.1999 Y型三辊轧制变形过程有限元模拟与实验 胡海萍 孙吉先朱为昌刘雅政 北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要在弹塑性有限变形理论的基础上，应用大型通用有限元分析软件ANSYS对平三角孔 型中轧件的变形进行了模拟.该分析软件是基于Newton-Raphson法的迭代过程，用一系列近似 值逐渐收敛于实际的非线性解.为验证有限元模拟的准确性，还应用视塑性方法进行了实验研 究.为保证实验精度，采用数控技术和激光技术刻制网格，并采用体视显微镜放大网格，以及采 用计算机图像处理系统自动采集数据.计算结果与实验符合较好， 关键词Y型三辊轧制；弹塑性有限元：视塑性法 分类号TG301 Y型三辊轧机是一种采用“无扭转、单线、 1有限元模拟 微张力”工艺条件轧制简单断面型钢的连轧机 组.其轧辊布置如图1所示.孔型是由3个互呈 1.1几何模型与材料模型 120°分布的盘状轧辊构成.由于轧辊布置象大 平三角孔型在Y型三辊轧机中的应用非常广 写字母“Y”而得名.Y型三辊冷连轧机具有变形 泛，示意图如图1.将轧件模拟为弹塑性、多线 效率高，可连续生产，成材率高，产品综合性能 性、各向同性应变硬化材料，这对于变形速度不 优良等优点，能轧制难变形金属.在丝线材生产 大的冷轧过程是合适的，所模拟的材料为普碳 方面成为扩大品种、改善质量和提高效益的一 钢，他遵从Von Mises屈服准则和Reues流动法 项有效的新技术， 则.其应力应变曲线由单轴压缩试验得到，如图 2所示.计算所用到的参数列于表1中. 500 400 300 100 0 0 0.20.40.60.8 E 图2轧件材料的应变硬化曲线 图1平三角孔型示意图 表1计算参数列表 在Y型三辊轧制方式下，轧件承受复杂的 轧辊直径 D=174.13mm 三维变形.虽然这项技术的应用从本世纪50年 辊面宽度 b=8.97mm 代初到现在有近50的历史了，但对其变形规律 孔型内切圆直径 d南切-5.87mm 轧件原始直径 do=8 mm 研究还很少，所采用的方法主要有能量法、刚塑 名义压下率 R=25% 性有限元法和流函数法等3.本文应用弹塑性 轧件弹性模量 E=-210×10'MPa 有限元法对Y型三辊轧制中轧件的变形进行模 泊松比 y=0.29 拟，并与视塑性实验结果进行比较， 摩擦因数 μ=0.2 轧件的流动应力 见图2 1998-10-24收稿胡海萍女，35岁，副教授 根据对称性，仅选取了轧件的1/6进行分析.第 ￾ 卷 第 ￾期 ￾￾￾￾年 ￾月 北 京 科 技 大 学 学 报 ￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾ ￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾ ￾心￾ ￾ ￾￾ ￾￾ 一 ￾ ￾￾￾ ￾ ￾￾￾￾ ￾ 型三辊轧制变形过程有限元模拟与实验 胡海萍 孙 吉先 朱为 昌 刘稚政 北京科技大学材料科学与工程学 院 ， 北京 ￾￾￾￾ 摘 要 在弹塑性有 限变 形 理 论 的基 础 上 ， 应用 大型通用 有限元分析软件 ￾￾￾￾￾对 平三 角孔 型 中轧件 的变形进行 了模拟 ￾ 该分析软件是基 于￾￾袱￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾法 的迭代过程 ， 用 一系列近似 值逐渐 收敛于 实际 的非线性解 ￾ 为验证有 限元模拟 的准确性 ， 还应用视塑性方法进行 了实验研 究 ￾ 为保证实验精度 ， 采用 数控技术和激光技术刻制 网格 ， 并采用体视显微镜放大 网格 ， 以及采 用 计算机 图像 处 理 系统 自动采集 数据 ￾ 计 算结果 与实验符合 较好 ￾ 关键词 ￾ 型三辊轧制 ￾弹 塑 性有 限元 ￾ 视塑性法 · 分类号 ￾￾ ￾￾￾ ￾ 型三 辊 轧机 是 一 种 采用 “ 无 扭 转 、 单线 、 微张 力 ” 工 艺 条 件 轧制 简单 断 面 型 钢 的连 轧 机 组 ￾ 其轧辊布 置 如 图 ￾所 示 ￾ 孔 型 是 由 ￾个 互 呈 ￾￾￾分 布 的盘状 轧 辊 构成 ￾ 由于 轧 辊布置 象 大 写字母 “ ￾’ ， 而 得名 ￾ ￾ 型三 辊冷连 轧机 具有变形 效率高 ， 可 连续 生产 ， 成材 率 高 ， 产 品综合 性 能 优 良等优 点 ， 能 轧制难 变 形金 属 ￾ 在 丝 线材生产 方 面 成 为扩 大 品 种 、 改 善质量 和 提 高效益 的一 项 有效 的新 技术 ￾ ￾有限元模拟 ￾ ￾ ￾几何模型与材料模型 平 三 角孔 型在 ￾ 型三 辊 轧机 中的应用 非 常广 泛 ， 示 意 图如 图 ￾ ￾ 将轧件模拟 为弹塑 性 、 多线 性 、 各 向同性应变硬化材料 ， 这对 于变形速度不 大 的冷 轧过程 是 合适 的 ￾ 所模拟 的材料 为普碳 钢 ， 他遵从 ￾ ￾ ￾￾￾￾ 屈 服准则和 ￾￾￾￾ 流动 法 则 ￾ 其应 力应变 曲线 由单轴压 缩试验得到 ， 如 图 ￾所 示 ￾ 计 算所用 到 的参数列于 表 ￾中 ￾ ￾￾﹃﹁￾￾︵︸ ￾￾￾ ￾尸 ”八“﹄﹁ ￾ 内，￾￾ ￾曰乏 心 ￾ ￾ ￾ ￾ ￾ ￾ ￾ ￾ ￾ ￾ ￾ 它 图 ￾ 轧件材料的应变硬化曲线 图 ￾ 平三 角孔型示 意 图 在 ￾ 型三 辊 轧制 方 式 下 ， 轧 件 承 受 复杂 的 三 维变 形 ￾ 虽 然 这 项 技 术 的应 用 从 本世 纪 ￾ 年 代初 到现在有近 ￾ 的历 史 了 ， 但 对 其 变形 规律 研 究还很 少 ￾ 所采用 的方 法主 要 有 能量法 、 刚塑 性有 限元法 和 流 函 数法 等 ￾’一 气 本 文 应 用 弹 塑 性 有 限元法 对 ￾ 型三 辊 轧制 中轧件 的变形 进行模 拟 ， 并与 视 塑 性 实验 结 果 进行 比较 ￾ 表 ￾ 计算参数列表 轧辊直径 辊面宽度 孔型内切 圆直径 轧件原始直径 名义压下率 轧件弹性模量 泊松比 摩擦因数 轧件的流动应力 刀￾ ￾￾￾ ￾ ￾￾￾￾ ￾￾￾ ￾ ￾￾￾￾ ￾内切￾ ￾ ￾ ￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾ 五￾ ￾￾￾￾ ￾￾￾ ￾￾￾ ￾ ￾￾ ￾ ￾￾ 尸￾ ￾ ￾ ￾ 见 图 ￾ ￾￾￾￾ 一 ￾ 一 ￾￾ 收稿 胡海萍 女 ， ￾ 岁 ， 副教授 根据对称性 ， 仅 选 取 了轧件的 ￾￾ 进行分析 ￾ ＤＯＩ：１０．１３３７４／ｊ．ｉｓｓｎ１００１－０５３ｘ．１９９９．０４．０１６