228履带钢轧制缺陷仿真分析

228履带钢轧制缺陷仿真分析某厂开发的228履带首次试轧便基本成功，但用户在使用时发现小板与爪过渡圆弧处存在通长隐蔽性折迭，通过取样分析发现是因轧件爪与小板金属堆积太多及“V”字形缺陷造成的。为此，借助MARC仿真软件，找到了出现折迭的根本原因，对爪与板的夹角进行了修改，消除了折迭缺陷，开发出了高质量的228履带钢。1修改前的轧制仿真及变形分析1.1几何模型的建立切深孔前为帽形孔，根据该孔实际充满程度进行补图，获得封闭的平面图形，并旋转90°。对平面图形进行网格划分，获得平面有限元模型。在保证计算精度、收敛稳定的条件下对有限元网格进行优化处理，适当加密小板与爪过渡圆弧处的节点数。对平面有限元模型进行纵向延伸得到轧件三维模型。为了保证所选节点处于稳定轧制阶段，模型长度应该在变形区长度的3倍以上。经计算变形区长度小于150mm，模型轧件长度取800mm。根据轧制过程轧件受力特点，采用8节点6面体单元划分有限元网格。将切深孔轧辊配辊图旋转生成轧辊三维模型，在有限元模型中，采用一个后推板代替轧机输入辊道以实现轧件的咬入。当轧件完成咬入后，撤销后推板，从而避免后推板的作用对轧制变形产生影响。同时，为保证轧件的稳定性，在入口处增加了左右卫板，摩擦系数设为0，与轧件接触间距为0.5mm。1.2材料特性在高温拉伸试验机上测定轧件材料在不同温度下的弹性模量E、变形抗力σs等特性参数。切深孔轧制温度为1000℃左右，实测的23MnB轧件材料在该温度下的弹性模量E=100000MPa、泊松比取ν=0.28，变形抗力σs=60MPa。1.3仿真结果及变形分析采用有限元模型，对228履带钢切深孔轧制过程进行有限元仿真，其中摩擦系数取0.30，上、下辊转速为w=7r/s，模拟轧制时间为0.60s，整个轧制过程分200步进行计算。稳定轧制区爪与小板过渡圆弧处网格线密集重迭，同时过渡圆弧处金属突起成台。大板与爪过渡圆弧处变形正常，没有明显的金属突起和折迭。小板与爪连接处则可看出金属突台，同时在突台下方形成了“V”字形的缺陷。按经验在下一道次轧制中，如果小板没有受到横向展宽变形，则该缺陷无法消除。相反，如果小板向上弯曲，再加上过渡圆弧处的突台金属向下流动，则必然形成折迭。实际的折迭缺陷是否出现在该道次，可进行下一道次的仿真分析。切深孔轧件进入下道次的变形仿真分析.1几何模型的建立可用切深孔轧件结果作为轧件模型，进行仿真时MARC软件无法进行计算，退出信息提示输入数据错误。分析原因是切深轧轧件的断面节点和长度方向上的节点形变复杂错乱，无法识别其输入数据。因此，只能将轧件断面从MARC中导出，在AUTOCAD中进行曲面变平面的编辑，生成可编辑的平面几何图形。加密小板与爪过渡圆弧处的节点数，模型轧件长度仍取800mm。采用8节点6面体单元划分有限元网格。同样，采用一个后推板代替轧机输入辊道以实现轧件的咬入。为保证轧件的稳定性在入口增加了左右卫板，与轧件接触间距为05mm。进行行仿真计算时轧件出钢下弯严重，出现缠辊迹象，仿真无法继续。于是结合现场实际采取在出口处加下卫板的方法顺利完成了轧件的仿真计算。2.2材料特性在高温拉伸试验机上测定轧件材料在不同温度下的弹性模量E、变形抗力σs等特性参数。轧件温度为950℃左右，实测的23MnB轧件材料在该温度下的弹性模量E=110000MPa、泊松比取ν=0.28，变形抗力σs=65MPa。2.3仿真结果采用有限元模型，对轧制过程进行有限元仿真，其中摩擦系数取0.30，上、下辊转速为w=7r／s，模拟轧制时间为0.60s，整个轧制过程分200步进行计算。表观上看，爪与小板过渡处已经存在更密集的网格曲线，类似折迭，出现的位置也与实物一致。为确定是密集的金属堆积还是已经形成折迭，可选取该处的节点进行位移分析。3孔型参数优化及仿真效果综上所述，228履带钢异形帽形孔设计不合理是造成成品折迭缺陷的主要原因。经过对轧件三维变形分析可知，异形帽形轧件爪尖头长先进入孔型，宽且厚的大板要进入孔型必须产生以爪根为旋转点的顺时针变形力，同时小板要进入孔型也要产生以爪根为旋转点的逆时针变形力。由于大板旋转变形力远大于小板，所以金属堆积在小板爪根处，同时也形成“V”字形缺陷。要减轻或消除切深孔的金属堆积和“V”字形缺陷，应减少大板的旋转力和爪根厚度。根据轧制经验，将爪根厚度减少3mm，同时将大板与爪的夹角由原122°改为110°。采用相同的有限元仿真模型对优化后的孔型进行轧制过程仿真，所选分析节点与优化前相同。显然，修改后的孔型没有出现折迭等缺陷。按此方案优化的孔型，在实际生产中小板与爪过渡圆弧处的折迭也完全消除。4结论(1)合现场实际轧制条件，采用有限元法建立了228履带钢切深孔及下一道次的轧制过程仿真模型，分析得出了折迭缺陷的形成机理。(2)通过定量分析表明，采用修改前的孔型参数，轧件经切深孔轧制后在小板与爪过渡圆弧处会形成金属堆积和“V”字形缺陷。切深孔轧件进入下一道次轧制后产生完全封闭的折迭缺陷。仿真分析缺陷与实物缺陷位置基本一致。(3)切深孔轧件金属堆积和“V”字形缺陷的形成主要是因大板以爪根为旋转点的顺时针变形力远大于小板以爪根为旋转点的逆时针变形力所致。(4)将爪根厚度减少3mm，同时将异形帽形孔大板与爪的夹角由原来的122°改为110°后，减小了大板以爪根为旋转点的顺时针变形力和金属量，消除了切深孔和第4孔的折迭缺陷。(来源：压力加工)本文来源锌钢百叶窗: