薄带钢拉伸矫直的翘曲分析

ＴｏｔａｌＮｏ．１９７冶金设备总第１９７期Ａｕｇｕｓｔ２０１２ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬＥＱＵＩＰＭＥＮＴ

２０１２年８月第４期

薄带钢拉伸矫直的翘曲分析王建兵①常铁柱（中冶京诚工程技术有限公司北京１００１７６）

摘要解决薄带钢在拉伸矫直过程中出现的翘曲问题具有十分重要的现实意义。以两弯一矫拉矫机为例，全面分析了薄带钢在拉伸矫直过程中出现翘曲的原因。提出了改进的新结构，并取得＿『良好板型控制效果。关键词薄带钢拉伸矫直结构有限元中图分类号ＴＧ３３３．３３文献标识码Ａ

ＴｈｉｎＳｔｒｉｐＢｕｃｋｌｉｎｇＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＴｅｎｓｉｏｎＬｅｖｅｌｌｉｎｇ

ＷａｎｇＪｉａｎｂｉｎｇＣｈａｎｇＴｉｅｚｈｕ（ＭＣＣＣａｐｉｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎＬｉｍｉｔｅｄ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１７６）

ＡＢＳＴＲＡＣＴＩｔｉｓｉｍｐｏｒｔａｎｔａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｔｏｒｅｓｏｌｖｅｔｈｅｔｈｉｎｓｔｒｉｐｂｕｃｋｌｉｎｇｏｆｔｅｎｓｉｏｎ

ｌｅｖｅｌｌｉｎｇ．

Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｅｎｓｉｏｎｌｅｖｅｌｌｅｒｏｆｔｈｅｔｗｏ—ｂｅｎｄｉｎｇａｎｄｏｎｅ·ｌｅｖｅＵｉｎｇ，ｔｈｅｒｅａｓｏｎｏｆｔｈｉｎｓｔｒｉｐｂｕｃｋｌｉｎｇ

ａｆｔｅｒｔｅｎｓｉｏｎｌｅｖ—

ｅＨｉｎｇｉｓａｎａｌｙｚｅｄｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ．Ｔｈｅｎｅｗｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｅｎｓｉｏｎｌｅｖｅｌｅｒｉｓｐｕｔ

ｆｏｒｗａｒｄ，ａｎｄｔｈｅｇｏｏｄｅｆｆｅｃｔｏｆ

ｓｔｒｉｐ

ｓｈａｐｅｃｏｎｔｒｏｌｉｓａｃｈｉｅｖｅｄ．ＫＥＹＷＯＲＤＳＴｈｉｎｓｔｒｉｐＴｅｎｓｉｏｎ—ｌｅｖｅｌｌｉｎｇＳｔｒｕｃｔｕｒｅＦＥＭ

１前言拉伸弯曲矫直机能够很好的矫正带钢的板型，尤其是对于板型要求较高的马口铁基板来讲，是不可或缺的关键设备。但是，目前工厂的拉伸弯曲矫直机的工艺参数的确定和调整，往往大都是根据生产经验进行的，有些报道也介绍了拉矫机的工作原理和结构形式…（２】［引，对于薄带钢容易出现纵向翘曲问题的分析还很少。本文以某精整线“两弯一矫”式拉矫机为对象，运用ＭＡＲＣ有限元软件进行全面深入的仿真研究。２建模与比较通过对实际拉矫机图纸的尺寸计算和初步分析，将拉矫机的弯曲辊组（１。辊和２。辊）和矫直辊组（Ｌ辊）按相对位置分布示意如图１所示，另

外，辊Ａ在带钢运行时起水平定位作用，直径２４０ｍｍ，ｌ。辊和２。辊直径３０ｒａｍ，Ｌ辊直径５５ｒａｍ。

图１两弯一矫拉矫机在此，有限元模型（图１ｂ）中，材料模型按下列参数给定：

①作者简介：手建兵，男，１９７９年出生，毕业于江苏大学机械工程学院机械设计及其自动化专ｑｋ，１：程师一２４一

吣一量Ⅵ

◆ｆ－、广

万方数据王建兵等：薄带钢拉伸矫直的翘曲分析２０１２年８月第４期

弹性模量：２００ＧＰａ；泊松比：０．３；屈服应力：２００ＭＰａ；断裂延伸率：２１％；材料各向同性。此外，单元大小为：长×宽＝２０ｍｍ×２５ｒａｍ，单元厚度方向分５层以便分析延伸率沿厚度的分布勰律，计算工况见表１。表１不同因素组合下的工况表

参数参数取值

板厚ｈ／ｒａｍ板宽Ｂ／ｒａｍｌ。插入量／／ｍｍ２。插入量ＷｍｍＬ插人量／／ｒａｍ人口张应力Ｓ／ＭＰａ

０．３，０．４，０、５，０．６６００，７００，８００，９００１２．１６１２．１６８，１０，２５，３０６０，７０，８０，９０

…仁嚣鬻拦菲ｈ＾¨···＿ｆｋ”＿Ｈ刊’………一萨

…一…１—１

０．０％－－９｜２％

Ｏ．９％

８０１２０１６０２００时间步ｂ）ｉ１６—１２—２０

■●．◆－一第１层塑性延伸率…降矧产

一第５层塑陛延伸率

＾ｆ，．．．．．，．．．｛Ｆ。一。’一一一’’………Ａｉ’．．

一一一一’一一一一—’０４０８０１２０１６０２００

时间步

ｃ１ｉ１２—１６—２０

一第１层塑性延伸率＼…ｒ一

—．＿第５层塑性延伸率叫…一．

Ｌ．一

……一。１｛蓍ｊ：７ｊｆ一…．．≈

卜·······＿‘

一…一一一一一

参数参数取值

板厚ｈ／ｍｍ板宽Ｂ／ｍｍｌ。插入量Ｗｍｍ２。插入量ＷｍｍＬ插入量Ｗｍｍ入口张应力￥／ＭＰａ

０．４６００１２１２２０８０３．１弯曲矫直辊插入深度ｉ对张应力和延伸率的影响

时间步ａ）ｉ１２—１２—２０

８０１２０１６０２００

时间步ｍｉ１２—１２—２５

０．０％－０．１％

时间步ｅ）ｉ１２－１２－３０

＾一第１层塑性延伸率ｆ？＿二：＊耐

一第５层塑性延伸率

止———√¨一

Ｊ………．ｊｆｌ—·叫．

一一一一…一一１０４０８０１２０１６０２００

时间步ｎｉ１２—１２—１０

—２５一

ｌ薹ｌ詈铴锄獗●０ＯＯＯ斛。域塑剽

万方数据总第１９７期冶金设备２０１２年８月第４期Ｏ．０％－０．１％０４０８０１２０１６０２００

时间步

ｇ）ｉ１２—１２—８

图２带钢上某节点依次经过各弯曲辊组的塑性变形历史鹣型懒ｌＩＩ霉ｌ§ｌｌｌｌｌｌ辟目

一一一一一一一．一．，一一’：一一一一ｌＩ，……’Ｖ～

Ｊ

芦

４８

Ｉ１２—１２—３０＋１２＿１２＿２５１２一１２—２０一１６＿１２＿２０

１２—１６—２０＋

１８＿１８＿２０

０４０８０１２０１６０２００

时间步ａ），卜下表面延伸率差的塑性变形历史十ｉ１６－１２—２０—＊一ｉ１２－１２—２０＋ｉ１２—１２—１５——ｏ—ｉ１８—１８—１５十ｉ１２一１６—２０＋ｉ１２—１２－３０一ｉ１２一１２一１０＋ｉ１２—１２—２５

——·一ｉ１８一１８—２０一ｉ１２—１２—８

ｊ｝ｌｌｊ槲世

制趟剽恒懈ｋ

■

半板宽／ｍｍｂ）上下表面延伸率差的沿宽度分布

图３不同插入深度配置下带钢上下表面塑性延伸差分布通过对弯曲矫直辊不同插入深度条件下带钢拉矫变形的影响可以发现：１）加大１’弯曲辊、２４弯曲辊和Ｌ矫直辊插人深度都能加大带钢的塑性延伸率，然而，在加大同样的插人深度条件下，加大２８弯曲辊插入量获得的拉矫塑性延伸率最大０．８１％，加大１４弯曲辊对应塑性延伸率为０．７２％，加大Ｌ辊插入深度对应０．４６％，而基准工况２对应的初始插入深度ｉ１２—１２—２０下延伸率仅为０．４９％；２）基于工况条件表２，通过分别加大ｌ“弯曲一２６一辊、２”弯曲辊和Ｌ矫直辊插入深度可以发现，加大１”弯曲辊和２。弯曲辊插入量可以减小上下表面延伸率差（下表面延伸率一上表面延伸率），且加大１８弯曲辊插入量效果更明显，同时加大１。弯曲辊和２４弯曲辊插入量时（ｉ１８—１８—２０），上下表面延伸率差更小；而加大Ｌ矫直辊插入深度时，相对于基准工况表２（ｉ１２—１２—２０），其上下表面延伸差反而加大，如图２所示，当Ｌ辊插入深度达到３０ｍｍ时，上下表面延伸率差相对Ｌ辊插入深度为２５ｍｍ时有所减小，但仍大于Ｌ辊插人深度为２０ｒａｍ的延伸差；而当Ｌ辊插入深度取ｌＯｍｍ时，上下表面延伸率基本相等，如图２９）所示，当继续减小Ｌ辊插入深度时（ｉ１２—１２—８），上下表面延伸率差值又开始加大，并未出现负值，而是又开始增加，由于Ｌ辊插入量减小，此时矫直辊组中的Ａ辊和Ｌ辊已不具有矫直能力。因此，此种拉矫结构似乎决定了下表面延伸率一般都大于或等于上表面，因为带钢依次经过各个弯曲和矫直辊组的上辊时总会使得带钢下表面延伸处于受拉伸状态，因此，需要调换各辊组上下辊位置，设计出新型结构以控制Ｌ翘（Ｌ辊引超长度方向）、Ｃ翘（宽度方向）问题。３）从图３可以看出，带钢边部延伸率相对于带钢中部稍偏低，因此，带钢边部短纤维条受中部长纤维条的拉伸作用而使得其张应力相对于中部则偏高。根据上述结论可以发现，当Ｌ辊插入深度大于１５ｍｍ时，带钢经过辊Ａ时将产生上下表面塑性延伸差；当Ｌ辊插入深度在ｌＯｍｍ附近时既能消除１“和２”弯曲辊带来的上下表面延伸差，又能保证辊Ａ不会带来新的上下表面延伸差；当Ｌ辊插入深度小于６ｍｍ以后，Ｌ辊将失去带钢矫直作用。可见，Ｌ辊的插入深度调整范围非常窄，应该在１５ｍｍ一６ｍｍ之间调整为宜。３．２拉矫入口张应力ｓ对出口张应力和延伸率的影响通过改变拉矫入口张应力条件获得的带钢拉矫塑性延伸率与张应力的关系可以发现：１）从图４可以看出，当加大带钢拉矫张应力时，带钢上下表面拉矫延伸率差也增加，因此结合插入深度对上下表面延伸率的影响规律可知，

铴幌％搋坳

ＯＯ０ＯＯ胖哥商鞘｝刹

万方数据