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中型H型钢微张力连轧过程变形数值模拟

作　者: 武晨霞
导　师: 陈林
学　校: 内蒙古科技大学
专　业: 材料加工工程
关键词: H型钢万能连轧微张力数值模拟尺寸精度
分类号:
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着H型钢国际需求量的不断增加，市场必须对H型钢生产提出更严格的要求，所以H型钢轧制工艺参数的分析与改进成为了科学研究的热点。本文结合首钢长钢H型钢厂万能轧机生产H型钢的工艺布置，利用DEFORM有限元软件模拟了H型钢CCS万能连轧5道次轧制，分析研究了H型钢轧制过程中各道次轧件的变形规律以及连轧过程中金属流动对尺寸精度的影响。本文以弹塑性变形理论为基础，建立了H型钢万能连轧变形过程的有限元模型，利用DEFORM有限元软件，分析了H型钢在万能孔型中应力、应变演变规律，研究了无张力及微张力连轧速度不平衡率对万能孔型中尺寸精度的影响。模拟计算结果表明：在万能无张力连轧过程的各个道次中，不同的压下量会导致轧件应力有所差别，但其变化趋势基本相同，轧件的翼缘和腹板连接的圆弧处等效应力均比较大，最大等效应力为243MPa。随着CCS万能连轧的进行，连轧前3道次随着变形量的增加其等效应力呈现上升趋势，而后2道次由于变形量的减少其等效应力也有所下降。CCS万能轧制的最终轧件总宽度为401.2mm，翼缘高度为201.3mm，翼缘厚度为12.8mm，腹板厚度为8.2mm。终轧道次的H型钢各部位的尺寸均满足国家标准要求。计算结果表明：H型钢孔型系统设计、轧制规程以及终轧道次H型钢各部位尺寸均符合生产技术要求。在UR-ER-UF三机架万能张力连轧条件下，当速度不平衡率（△n/n0）在-0.144~0.144范围内变化时，UR道次与ER道次间以及ER道次与UF道次间的张力都表现为由微堆张力状态到微拉张力状态变化，其张力值变化范围分别是-6.04MPa~7.25MPa和-5.15MPa~5.20MPa，这一规律符合现场生产实际情况。横向金属流动位移最大值区域都是位于轧件的翼缘，最大位移值为6.87mm；纵向位移最大值区域都是位于轧件翼缘的端部，最大位移值为5.88mm。轧件的翼缘高度值在197.5mm~202.8mm之间变化，翼缘厚度值在12.5mm~13.6mm之间，腹板厚度的变化范围在7.4mm~8.50mm之间，成品尺寸满足公差标准。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
引言  9-11
1 文献综述  11-26
  1.1 前言  11-16
    1.1.1 H 型钢简介及特点  14
    1.1.2 国内外 H 型钢生产历史和现状  14-16
  1.2 H 型钢的生产工艺流程  16-17
    1.2.1 长钢 H 型钢生产工艺流程  16-17
    1.2.2 长钢 H 型钢轧机布置形式  17
  1.3 有限元法及其应用  17-22
    1.3.1 有限元法及其在金属成型中的应用  17-18
    1.3.2 大型有限元分析软件简介  18-19
    1.3.3 H 型钢连轧的有限元仿真现状  19-22
  1.4 课题的提出及研究内容及技术路线  22-24
    1.4.1 课题的提出  23
    1.4.2 课题的研究内容及技术路线  23-24
  1.5 课题研究的目的和意义  24-26
2 弹塑性有限元基本理论  26-31
  2.1 弹塑性有限元虚功方程  26-27
  2.2 弹塑性大变形本构方程  27-29
  2.3 弹塑性增量理论  29-31
3 H 型钢万能连轧理论及模拟方案的制定  31-38
  3.1 连续轧制基本理论  31-32
    3.1.1 连续轧制的速度匹配转数  31-32
    3.1.2 机架间张力与轧制速度不平衡量的关系  32
  3.2 制定模拟方案  32-37
    3.2.1 H 型钢孔型系统的制定  32-35
    3.2.2 H 型钢无张力连轧模拟规程的制定  35-36
    3.2.3 H 型钢微张力连轧模拟规程的制定  36-37
  3.3 本章小结  37-38
4 H 型钢万能连轧数值模型建立  38-44
  4.1 H 型钢连轧过程有限元模型的建立  38-42
    4.1.1 建立几何模型  38-39
    4.1.2 设置边界条件和接触体定义  39-40
    4.1.3 选择材料模型  40-42
  4.2 三维网格重构  42
  4.3 后处理  42-43
  4.4 本章小结  43-44
5 无张力万能连轧变形各道次轧件断面模拟结果分析  44-55
  5.1 CCS 万能连轧各道次轧件断面等效应力分析  44-46
  5.2 CCS 万能连轧变形各道次等效应变分析  46-49
  5.3 各道次金属位移流动分析  49-52
    5.3.1 轧件截面的金属 Y 方向（横向）流动规律  49-51
    5.3.2 轧件截面的金属 Z 轴（纵向）流动规律  51-52
  5.4 本章小结  52-55
6 微张力万能连轧变形各道次轧件断面模拟结果分析  55-74
  6.1 微张力连轧条件下轧件在各个孔型中的尺寸变化  55-61
    6.1.1 万能粗轧机 UR 道次变形规律分析  55-57
    6.1.2 轧边机 ER 道次变形规律分析  57-59
    6.1.3 万能精轧机 UF 道次变形规律分析  59-61
  6.2 三机架连续轧制张力分析  61-62
  6.3 微张力连轧条件下 UF 道次应力分析  62-67
  6.4 三机架微张力连轧条件下 UF 道次流动位移分析  67-70
  6.5 无张力与张力连轧条件下，轧件在 UF 孔中位移云图的比较结果  70-72
  6.6 本章小结  72-74
结论  74-76
参考文献  76-81
在学研究成果  81-82
致谢  82

中型H型钢微张力连轧过程变形数值模拟

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