Vol.24 戴江波等：2800中厚板轧机轧制力模型 319 n2.=0.72+0.28l./hn (9) 轧件入口厚度为120mm,道次压下量为20mm, 则变形速度u.=2.34s'；另外此轧机为可逆轧 应用ANSYS有限元方法计算中 机，生产中一般实行低速咬入的轧制工艺，所以 厚板轧制力 在轧制初始阶段轧制速度一般不大于2ms. 材料的平均变形速度处于2m·s的水平，属低 在轧制力预测方面，由于轧制过程属于多 变形速度的情况.在这种情况下，变形速度对变 变量、非线性、时变的耦合复杂系统，目前还没 形的阻力影响很小，材料的变形阻力将主要由 有成熟的理论能够准确地计算出生产条件下轧 变形温度与变形程度来决定，即采用与变形速 件的轧制力.本文采用较为成熟的有限元软件 度无关的弹塑性材料模型. ANSYS对不同温度分布的钢板及不同轧制过 (2)材料模型.按应变速率2s选择Q235 程力能参数进行轧制过程的模拟，得到变形体 钢的塑性变形阻力，材料的应力一应变关系如 内部应变和应力分布及轧制力理论模型 图2；材料的其他参数为波松比0.3，热容560 2.1 ANSYS有限元轧制过程仿真 J(gK),导热系数29W(mK)',密度7.8×10 采用ANSYS隐式算法计算二维刚性辊轧 kg.m 制过程.假设轧辊为没有划分网格的刚性辊，并 (3)摩擦系数的确定.考虑轧机的最大咬人 赋予刚性目标单元targetl69,轧辊的运动通过 角，取摩擦系数 polit节点进行控制，可使轧辊匀速转动；轧件采 (4)乳件温度的确定.在实际生产过程中， 用plane42单元进行网格划分，在其与工作辊的 件的温度分布并不是均匀的.这一点可由非接 接触面上赋予接触单元contact171;轧辊与轧件 触式THV550红外热像仪测量结果（如图3所 间的接触为库伦摩擦.轧辊转动引导轧件向前 示)证实，经过对现场红外成像近400幅的分析， 运动适当距离时计算1次，直至完成轧制过程， 轧件厚度方向上温度相差约30-100℃（见图4）， 模型见图1. 非均匀分布模型温度给定是按第1,2行节点温 度为1040℃，第3,4行为1080℃，第5,6行约为 1120℃，第7行为1080℃循序排定，即钢板的平 均温度为1080℃. 在计算过程中，给钢板以一种如上述分布 的温度和另一种均匀分布温度为初始条件，进 行轧制过程的非线性分析，得到变形体的应变 和应力分布及接触边界的应力分布.最后通过 积分得到轧制力⑨. (⑤)结果分析及理论建模.在相同的变形速 度、变形程度下，以及2种不同温度分布下进行 轧制过程计算，获得铅垂方向应力和接触表面 的压应力分布，结果见图5和图6.从压应力分 图1 ANSYS模型 布图中可以看出，轧件在温度分布均匀时，最大 Fig.1 ANSYS model 接触压应力值为73.6MPa,当B=2m时，总轧制 (1)工艺参数的确定.仿真用材质为Q235 压力为21.79MN;而温度不均匀分布时最大接 钢.高温下Q235钢机械物理特性可以参考文献 触压力值为45.4MPa,同样当B=2m时，总轧制 [3]或从相关手册中选取 压力为15.64MN;由此可见温度分布对轧制力 轧制过程变形区内材料的平均变形速度 有显著影响.这一点由实际轧制力数据充分证 为： 明.进一步仿真可知，轧件纵向和横向温度不均 M=(W)-(m月) (10) 匀分布时，轧制力也有类似的影响.因此，仅仅 考虑轧件的平均温度计算轧制力存在着较大的 针对武钢轧板厂2800mm中厚板轧机，轧 误差，而在现场在线控制中，所测温度实为钢板 辊的辊面速度v=4m·s,轧辊直径取900mm