1前言
近年來(lái)，汽車和容器的輕量化要求，使得高強(qiáng)度薄規(guī)格冷軋鋼板的需求不斷增加。鋼板經(jīng)冷軋、退火等工序后，為了矯正形狀和優(yōu)化產(chǎn)品性能，要進(jìn)行調(diào)質(zhì)軋制或光整軋制。
軋制過(guò)程中，摩擦特性是決定軋制力、板形的關(guān)鍵影響因素。在調(diào)質(zhì)軋制中，軋輥的變形行為非常復(fù)雜。在軋制時(shí)，輥縫內(nèi)部并非僅在帶鋼寬度中心區(qū)域滿足二維平面的條件，帶鋼端部的寬度方向金屬流動(dòng)也會(huì)同時(shí)發(fā)生。然而，關(guān)于調(diào)質(zhì)軋制過(guò)程中伴隨非圓弧變形發(fā)生的寬度方向金屬流動(dòng)的研究報(bào)道很少。
本研究旨在利用三維有限元法（FEM）分析，闡明調(diào)質(zhì)軋制中軋輥的彈性壓扁（扁平化）行為及其與之耦合的軋輥表面摩擦特性，對(duì)發(fā)生非圓弧變形調(diào)質(zhì)軋制進(jìn)行FEM計(jì)算。
2FEM計(jì)算條件
為了觀察調(diào)質(zhì)軋制的特征性行為，使用ABAQUS/Standard進(jìn)行三維FEM計(jì)算。本次初步計(jì)算以2輥軋機(jī)（2Hi）為對(duì)象，在平輥條件下進(jìn)行了壓下率為1%的調(diào)質(zhì)軋制計(jì)算。計(jì)算條件見表1。軋輥界面假定為剛性（或計(jì)算中處理為準(zhǔn)剛性表面）。為了縮短計(jì)算時(shí)間，利用了模型的1/4對(duì)稱性進(jìn)行計(jì)算。由于在帶鋼端部會(huì)產(chǎn)生涉及寬度方向的復(fù)雜應(yīng)力分布，所以，在帶鋼寬度方向上，中心區(qū)域網(wǎng)格尺寸設(shè)定為1.25mm，而在帶鋼端部區(qū)域則細(xì)分為中心區(qū)域尺寸的1/10。
3試驗(yàn)結(jié)果
圖1顯示了計(jì)算得到的輥縫內(nèi)板厚在三維空間的變化（沿寬度方向和軋制方向）。結(jié)果表明，在帶鋼寬度中心區(qū)域，計(jì)算結(jié)果符合以往認(rèn)知，即在中性區(qū)域內(nèi)材料變形不明顯，板厚的減薄發(fā)生在入口側(cè)和出口側(cè)區(qū)域。
另一方面，從帶鋼中心向端部方向移動(dòng)時(shí)，軋輥?zhàn)冃魏蟮男螤睿ㄝ伩p形狀）會(huì)從非圓弧形狀逐漸變?yōu)榻咏鼒A弧形狀。
本次計(jì)算結(jié)果表明，即使在端部區(qū)域，變形也并非完全均勻的圓弧狀。推測(cè)這是由于隨著靠近帶鋼端部，寬度方向金屬流動(dòng)導(dǎo)致接觸條件復(fù)雜化，難以形成完全的粘著區(qū)，從而使變形更接近于傳統(tǒng)認(rèn)知中的圓弧形狀。
圖2顯示了板端部產(chǎn)生的接觸面壓力以及界面上摩擦力沿寬度方向的分布。在帶鋼寬度中心區(qū)域出現(xiàn)了粘著狀態(tài)，而在發(fā)生寬度方向金屬流動(dòng)的帶鋼端部區(qū)域，粘著區(qū)隨著靠近出口側(cè)而范圍增大。另一方面，在發(fā)生寬度方向流動(dòng)的邊界區(qū)域，觀測(cè)到軋輥接觸壓力比周圍區(qū)域更大，部分材料出現(xiàn)了向帶鋼寬度內(nèi)側(cè)流動(dòng)的現(xiàn)象。
4結(jié)論
本研究對(duì)2輥軋機(jī)調(diào)質(zhì)軋制過(guò)程進(jìn)行了三維FEM解析，考察了軋輥彈性壓扁以及軋輥與材料行為的關(guān)系。
結(jié)果表明，在寬度中心部位（包含極端的非圓弧變形），產(chǎn)生了包括中性區(qū)域在內(nèi)的復(fù)雜非圓弧變形；在寬度端部區(qū)域，由于寬度方向流動(dòng)的影響，中性區(qū)域范圍縮小，形狀逐漸趨向于圓弧形。此外，還發(fā)現(xiàn)在從粘著區(qū)發(fā)生寬度方向流動(dòng)的部位會(huì)產(chǎn)生面壓峰值，并伴有微小幅度向內(nèi)側(cè)流動(dòng)的現(xiàn)象。
