不同热力条件下轧辊的变形分析
轧制不均匀变形分析
轧制不均匀变形分析一、实验目的通过不均匀变形的实验过程，了解和观察轧制过程中轧件出现的不均匀变性现象，分析产生不均匀变形结果的原因，从而掌握减少不均匀的措施和实验方法。
二、实验内容1.沿宽度方向压下不均2.沿高度方向压下均匀三、实验说明压下量：H h h -=∆，L l l -=∆，B b b -=∆ 应变：H h h ∆=ε，L l l ∆=ε，Bb b ∆=ε 体积不变定律：0=++b l h εεε如果：0=b ε，0=+l h εε四、实验仪器、设备与材料1.Φ130mm 二辊实验轧机2.游标卡尺、锉刀、钢板尺3.铅试样、铝试样（见实验步骤）五、实验操作过程（1）用1.5mm ×50mm ×75mm 的铅试样卷成如图1尺寸与形状的试样三种，经一道轧成1mm 厚，观察结果并记录下来，比较三种不同情况，并分析其原因。
图1 （2）将1.5mm ×50mm ×75mm 的铅试样折迭成如图2所示，经一道轧成1mm 厚，观察结果并记录下来。
（3）取铅试样3×40×60mm 中心有凹槽（如图3）的一块经一道轧成1.5mm 厚，观察结果并作出记录。
图2 图32.沿高度上均匀变形（1）将1×50×140mm的铅试样绕于0.2×20×75mm的铝板上，共绕三圈如下图4，用最大可能压下轧制，后将铅试样拆开，仔细观察铝片的情况。
（2）将1×50×70mm的铅板迭放在同样尺寸的铝板上以△h=1mm的压下量轧制，观察发生的现象。
图4六、实验思考与分析1.画出各实验前、后的示意图，并分析产生的各实验结果的原因及各部分所产生的应力情况。
2.阐述不均匀变形的后果。
3.如何联系生产实际，采取措施来防止或减轻不均匀变形的不良影响。
轧辊弯曲变形
轧辊弯曲变形
轧辊弯曲变形是一种典型的机械疲劳现象，在很多轧制工艺中会
出现。
发生轧辊弯曲变形时，会使长条材料有明显的曲线变形，甚至
表面有晶粒变形、胀裂等现象。
当负载特征量随着轧制次数增加而减
小时，轧辊弯曲变形有可能发生。
轧辊弯曲变形是因轧辊表面被压缩挤压而产生的弯曲变形，主要
有两种机制，一是被压缩的表面层会形成应力集中区，使上部分往外推，下部分向内塌陷，从而使轧辊由正常的呈现半球形的变为耳型的；二是由于热变形的作用，使高温轧制时轧辊的高温应力分布在轧辊表
面形成螺旋形曲率，从而产生弯曲变形。
轧辊弯曲变形不仅会导致轧制质量下降，还会降低轧辊机械性能，并且在维护保养上也需增加费用。
因此，必须采取措施防止轧辊弯曲
变形的发生。
通常的做法是，在设计上要考虑轧辊的机械性能，减小
负载特征量，采用高硬度轧辊；另外，在操作上，控制好轧制条件，
加强轧制预热，并在合理的轧制间隙允许下对轧辊进行定期维护。
轧辊弯曲变形
轧辊弯曲变形
轧辊弯曲变形是一种金属加工中常见的现象，即在轧制过程中，由于轧制力作用，轧辊受到弯曲变形。
那么，为什么轧辊弯曲变形会发生呢？
首先，轧辊弯曲变形有几个原因。
第一，轧辊表面容易磨损，经历了长期受力或单点扭矩载荷，轧辊表面易于磨损，造成轧辊变形；第二，机床设计不当，安装精度低，轧辊和工作辊之间的间隙就比较大，无法分散作用于轧辊的冲击力，从而引起轧辊弯曲变形；第三，材料硬度差异，不同的轧辊材料硬度也不同，在高速运动过程中，由于硬度不均匀，会在一侧产生压力，从而产生变形。
此外，如何预防轧辊弯曲变形也是一件事。
首先，确保轧辊表面平整度，减少磨损；其次，机床设计要合理，应该根据材料和轧制工艺，分析不同部位轧辊的应力，设计适当的轧辊表面几何形状来降低应力；此外，在调节工艺参数时，也应根据轧辊的设计是否合理，来评估轧辊的可靠性。
轧辊变形计算
轧辊变形计算轧辊是用来对金属材料进行塑性变形的关键设备之一。
在轧辊的使用过程中，由于长期受到高温、高压和重力等因素的影响，轧辊会发生一定程度的变形。
因此，对轧辊变形进行准确的计算和分析非常重要，可以帮助优化轧辊设计、延长轧辊寿命以及提高产品的质量。
影响轧辊变形的因素轧辊在工作过程中受到多种因素的影响，进而导致变形。
以下是几个主要的影响因素：1.温度：轧辊在高温下工作，且表面和内部温度分布不均匀，这会导致轧辊局部热胀冷缩不均匀，引起变形。
2.力学载荷：轧辊在轧制过程中承受着来自轧件和轧机的巨大压力，其大小和方向会造成轧辊形状的变化。
3.材料特性：轧辊材料的硬度、弹性模量和热膨胀系数等特性也会对轧辊变形产生影响。
4.轧辊尺寸和形状：轧辊的几何尺寸和形状对其变形情况有很大影响，如直径、长度和轮廓曲线等。
5.轧辊装配方式：轧辊与轧机的装配方式，如间隙和轧辊的对心度等也会对其变形产生一定的影响。
轧辊变形计算的方法对于轧辊变形的计算，一般可以采用经验公式、有限元分析和数值模拟等方法。
经验公式法：经验公式法是根据大量的轧辊实验和现场数据得出的经验公式，用于快速估算轧辊的变形情况。
例如，霍布曼公式(Hofmann formula)可以用于计算轧辊的中间弯曲和边缘压扁等情况。
有限元分析法：有限元分析法是通过建立轧辊的有限元模型，在计算机上进行求解，获取较为精确的轧辊变形结果。
该方法可以考虑材料的非线性特性、温度场分布等因素，以及轧辊与轧件的接触情况。
数值模拟法：数值模拟法是利用计算流体力学(CFD)或计算固体力学方法对轧辊变形进行模拟和计算。
该方法可以考虑更多复杂的因素，如辊缝流场、热交换等，但对计算资源要求较高。
轧辊变形计算的应用轧辊变形计算在轧辊设计和生产过程中有着重要的应用价值：1.轧辊设计优化：通过计算轧辊变形情况，可以对轧辊的材料、尺寸和形状等进行优化，提高轧辊的抗变形能力和使用寿命。
2.轧件质量控制：轧辊变形会直接影响到轧件的形状和尺寸精度，通过计算轧辊变形并进行修正，可以提高轧件的质量。
变接触长度支承辊间等接触压力时轧辊变形规律
变接触长度支承辊间等接触压力时轧辊变形规律
当支承辊间的接触压力发生变化时，会对轧辊产生一定的变形。
这种变形呈现出以下规律：
1.变形与接触压力成正比例关系：轧辊变形的大小与支承辊间的接触压力成正比例关系，即接触压力越大，轧辊变形越大。
2.变形与轧辊长度成正相关：轧辊长度越长，在压力相同的情况下，轧辊变形会更加明显，变形幅度也会更大。
3.变形程度随辊径增大而减小：轧辊的辊径越大，对接触压力的响应能力越强，因此相同的接触压力下，轧辊的变形程度会更小。
4.变形产生的位置随接触压力变化而移动：当接触压力发生变化时，轧辊的变形位置会随之移动，而且移动的方向和大小也与接触压力的变化有关。
5.变形对轧制质量的影响：轧辊变形会导致轧辊表面质量的下降，从而影响轧制产品的精度和表面质量。
热连轧机轧辊热凸度变化分析
α—热膨胀系数，其中半钢辊 α=0.000013， 铸铁辊 α=0.000011。
表 1 沿工作辊辊身温度分布测量
图 1 精轧 F1-F6 机架工作辊热凸度啮合图
2.2 轧辊热凸度变化分析 工作辊热凸度从表 1 和图 1 中看出，沿辊身中
点向两侧的变形对称性不是很好，主要原因是精轧 工作辊因带钢温度传递而使表面温度增加，尤其是 经过精轧前三架轧机的带钢温度高，造成轧辊表面
2017 年第 2 期
新疆钢铁
总 142 期
热连轧机轧辊热凸度变化分析
马占福
（新疆八一钢铁股份有限公司）
摘 要: 研究分析了热轧轧辊温度分布及热凸度变化规律。试验结果表明，轧辊的热凸度变化明显受冷却条
件及设备的影响，通过对轧机部分冷却集管和水嘴的改造，调整了冷却水在辊面的分布，使轧辊热凸度变化有
了显著改善；经过一个轧制生产的周期，轧制带钢卷数与热凸度的变化规律中，F1 工作辊的热凸度最大，F6 工
数据，测量起点从轧辊传动侧端部开始，由传动侧到
操作侧，辊身均匀划分 15 个点，沿辊身测得的温度
值见表 1。将测得的轧辊温度数据带入轧辊热凸度
计算公式（1）。计算出工作辊实际热凸度值，同时进
行统计分析，得到精轧 F1～F6 机架上下工作辊热凸 度啮合图，见图 1。
△ =φ （ - center edge）α
图 2 轧制计划编排模式及生成热凸度曲线图
1 前言
热轧板形控制技术中，轧辊热凸度变形直接影 响带钢的板形，其主要原因是在轧制过程中高温带 钢的热量和形变产生的热量都容易使轧辊受热而 温度升高；而轧辊冷却水、周围空气和与轧辊接触 的零部件则使轧辊温度降低。因轧辊的加热和冷却 使温度沿辊身长度分布不均，呈现中部温度高、两 端边部温度低的状态，由于中部与边部温度偏差造 成轧辊热膨胀不同，表面温度分布的不均匀导致轧 辊产生热凸度。
轧辊半径对热轧带件变形影响的有限元分析(翻译)
轧辊半径对热轧带材轧件变形影响的有限元分析罗德兴陈其安刘立文摘要：采用三维大变形热—力耦合有限元法分析了热轧板带时不同轧辊半径对变形区内轧件变形的影响。
得到了不同轧辊半径下变形区内等效应变、剪切应变和应变能量密度的分布规律。
结果表明在其他条件相同的情况下，轧辊半径越大，变形区内的变形也越大。
该结果对组织细化具有一定的指导意义。
关键词 :轧辊半径变形有限元法1、前言轧辊半径对轧制力大小影响的研究很多,但轧辊半径对轧制变形的影响,并进而对组织影响的研究却只有少量的文献有所提及,更深入的研究还不多见,但轧辊半径对变形的影响有可能起到特殊的作用。
轧辊半径会影响变形区形状,而变形区形状一般认为可以影响附加剪切变形 ,但目前这部分的机理还不太明确本文采用MARC有限元软件,应用大变形弹塑性热—力耦合有限元法对热轧板带时轧件在不同轧辊半径下的变形进行分析 ,以揭示轧辊半径对轧件变形影响的机理。
2、有限元模型和计算条件将φ300x300的二辊热轧机,轧辊周速为0.3m/s作为变形工具。
轧件尺寸是30mmx60mmx60mm，由于轧件的实际模型在宽度方向对称，所以B’=B/2=30mm。
如fig.1图所示，图示几何模型被分为8000个小单元，每个单元的真实尺寸是1.5mmx3mmx1.5mm,切分后共有9471个节点，变形的实际情况可以分散在这种小单元用这些小单元来进行描述。
3、计算条件保持轧件尺寸、变形量X变形速率X不变，通过改变轧辊半径R来研究轧件变形的情况，选择4种轧辊半径，及即150 135 125 110mm，以30%变形量分别轧制相同规格的轧件，轧件材质为16Mn,化学成分为（%）：C 0.16 SI 0.39 Mn 1.38S 0.025 P 0.018 其屈服应力与变形量X变形速率X变形温度T有关，可通过实验的方法得到屈服模型。
采用三维热力耦合原理模拟，模拟必须的初始条件、边界条件以及其他相关计算条件见表一。
钢锭轧制坯的轧制过程中的辊变形机理研究
钢锭轧制坯的轧制过程中的辊变形机理研究钢锭轧制坯的轧制过程中的辊变形机理是在钢材生产中一项重要的研究内容。
钢锭轧制坯是指通过钢锭经过一系列轧制工序加工而成的坯料，它是钢材生产的重要中间产品，直接影响到后续生产工序的质量和效率。
辊变形是指辊在轧制过程中由于受到力的作用而发生的变形现象。
辊变形会对钢锭轧制坯的表面质量、尺寸和形状产生重要影响，因此研究辊变形机理对于改善钢锭轧制坯品质具有重要意义。
辊变形机理的研究需要考虑多个因素，包括材料力学性质、辊与钢锭轧制坯之间的接触状态以及轧制工艺参数等。
首先，材料的力学性质对辊变形有重要影响。
辊在轧制中承受着巨大的压力，而材料的硬度、韧性和塑性等性质决定了辊与钢锭轧制坯之间的摩擦力和变形能力。
其次，辊与钢锭轧制坯之间的接触状态对辊变形也有较大影响。
辊与钢锭轧制坯之间的接触状态会影响压力分布和滑移行为，从而引起辊的形状变化。
最后，轧制工艺参数，如轧制力、轧制速度和轧制温度等，也会对辊变形产生重要影响。
不同的轧制工艺参数会导致不同的应力分布和变形规律，从而影响辊的形状变化。
在研究辊变形机理中，常用的方法包括理论分析和数值模拟。
理论分析通过建立数学模型，考虑材料性质和轧制工艺参数等因素，从而推导出辊变形的数学表达式。
这种方法可以通过解析的方式得到较为精确的结果，但需要依赖于一定的假设和简化。
另一种方法是数值模拟，通过使用计算机软件对辊变形进行仿真，可以模拟出较为真实的辊变形结果。
这种方法可以考虑更多的因素，并且可以通过参数调整和优化来改善轧制工艺。
在实际应用中，研究辊变形机理可以帮助企业优化钢锭轧制坯的生产工艺，提高产品质量和生产效率。
首先，可以根据研究结果调整轧制工艺参数，以减小辊变形，改善钢锭轧制坯的表面质量。
其次，可以通过改变辊材料和热处理工艺等手段，提高辊的抗变形能力，延长辊的使用寿命。
此外，研究辊变形机理还可以为钢材生产中的质量控制和故障诊断提供理论依据。
轧辊弯曲变形
轧辊弯曲变形
轧辊弯曲变形是一种由多层材料压缩而成的极度精密的变形现象。
它通过在钢轧辊表面制造出小的凹坑或折痕，从而使表面的整体形状
发生变形。
这种变形能快速、精准地完成，而且具有可控性良好，因
此很受欢迎。
轧辊弯曲变形过程中需要压力，通常由机器或工具产生，压力的
大小可根据不同的材料来调整。
由于轧辊的表面受到机械冲击，因此
会产生高温和振动，这种温度可以达到1000摄氏度，振动可达到
105HZ，振动力大小可以根据工作面积调节，一般为0.5-1.5KN。
在轧
辊弯曲变形过程中，下模也会发生变形，这就需要将它们放置在整齐
对齐的位置上。
轧辊弯曲变形过程中可产生一系列不同的弯曲模型，如圆形弯曲、三角形弯曲、四边形弯曲和其他复杂的弯曲模型。
它也可以用来制造
复杂的几何形状，如椭圆形、U形、V形、U V形等，它们可以精确地
表达任何想要的形状，具有很高的精度和角度。
轧辊弯曲变形过程中，轧制材料成型时需要考虑到轧件表面的大
小和厚度，以及轧制轧辊的内部构造，如轧辊内径、外径、厚度等。
另外，熔炼轧制的材料往往要求能够达到特定的合金成分，以确保轧
制质量。
轧辊弯曲变形技术能够满足各种不同的工艺要求，并具有较高的
精度和加工效率，是一种非常有效的加工工艺。
它可以用于制造各种
金属成型件，广泛应用于汽车工业、飞机航空制造、管道、机械加工
等方面。
轧辊弯曲变形
轧辊弯曲变形
轧辊弯曲变形是指当轧辊在轧制过程中，在加工压力、应力集中
的作用下，轧辊的轴向、侧向以及其他方向均有比较明显的变形。
该
现象出现在大多数轧钢厂内，特别是在微弱轧制这一领域中，这种变
形也不可避免。
造成轧辊弯曲变形的原因有：
1、材料不合格：轧辊材料本身性能不佳，当作了一定的压力时，
轧辊很容易弯曲变形，这会对整体质量造成影响。
2、轧辊安装质量低：如果轧辊在安装过程中没有正确安装，轴向
会发生偏移，而在安装过程中轧辊会受到压力，使得轧辊出现变形现象。
3、轧制压力大：轧制压力过大，使轧辊在轧制过程中受到破坏，
导致轧辊变形。
4、轧辊加工不合理：若轧辊加工不合理，加工夹持不当等，会使
轧辊变形。
5、轧制机参数设置不当：若轧制机的参数设置不当，会使轧辊受
力不均衡，从而造成轧辊弯曲变形的现象。
要正确处理轧辊弯曲变形，首先要检查所用的轧辊材料是否合格，接着要保证轧辊在安装时正确精密，此外还要确定轧制压力是否适当，最后确保轧辊加工和轧制机参数设置都是正确的。
只有准确地检查并
排除问题，才能有效解决轧辊弯曲变形问题，确保生产效率和产品质量。
板带轧制中工作辊热变形的有限元模拟
板带轧制中工作辊热变形的有限元模拟概述板带轧制是金属材料加工中一种重要的工艺，用于将金属板带变形为所需的厚度和宽度。
在板带轧制过程中，工作辊起着至关重要的作用，作为主动辊，其受到较大的压力和摩擦力，因此会发生热变形现象。
为了更好地了解工作辊的热变形行为，有限元模拟成为一种有效的研究方法。
有限元模拟在板带轧制中的应用1. 模拟目的有限元模拟是一种基于数值计算的方法，通过将复杂的工程问题简化为离散的有限元素网格，在每个单元上求解微分方程，从而得到完整的问题解。
在板带轧制中，有限元模拟可以用于模拟工作辊的热变形行为，以评估轧制过程中的温度分布、应力分布等参数，从而指导工艺优化和辊型设计。
2. 建立模型建立有效的有限元模型是进行模拟的前提。
在板带轧制中，工作辊可以简化为圆柱体，通过网格划分将其离散化为有限元素，同时考虑辊材料的物理特性和辊与板带的接触条件。
对于热变形问题，还需要确定辊的温度边界条件，并根据实际工况设置合适的边界条件。
3. 模拟过程有限元模拟的过程包括求解辊材料的热传导方程和力学方程。
首先，通过热传导方程计算辊的温度分布，考虑辊表面的热辐射和传导。
然后，根据热力学理论，计算辊在轧制过程中的应力分布和变形情况。
最后，通过求解力学方程，得到辊的变形情况。
整个过程需要考虑辊的边界条件、材料的热物性和力学性质。
4. 结果分析有限元模拟的结果可以直观地表现出工作辊的热变形行为。
通过分析模拟结果，可以了解辊的温度变化规律、应力分布情况以及辊形变形量。
这些结果对于优化板带轧制工艺、改进辊型设计以及预测辊的寿命等方面具有重要意义。
有序列表的应用有序列表可以清晰地划分不同部分，下面给出有序列表的应用示例：1.建立有限元模型–模型几何参数的确定–网格划分–材料参数的输入2.设置边界条件–温度边界条件–力学边界条件3.求解热传导方程–考虑辐射和传导的热传导方程–边界条件的处理4.求解力学方程–考虑辊与板带的接触条件–考虑辊材料的弹塑性变形5.分析模拟结果–温度分布图的解读–应力分布图的解读–辊形变形量的评估结论通过有限元模拟可以实现对板带轧制中工作辊热变形的准确模拟和分析。
轧辊的热膨胀对辊型的影响
⑤ 假 设 由高 温带材 到轧辊 的热传递 是接触传 导 ，
其 传热 系数是轧辊 平均温 度的 函数 。
在这 个 模 型 中 ， 辊被 分 为两 个 独立 的 区域 ， 轧 板 材 接触 区 Ｉ 和非 接触 区 Ｉ。 Ｉ 在 Ｉ区 中 ， 带材 和水 雾都 参与 了热传 递 。在 Ⅱ区
的传热系 数是常数 ；
—
式中 。 —— 分别 为 Ｉ区和 Ⅱ区工作 辊温 度／ ； 、 ℃
— —
冷却水 的温度／ ； ℃
带材 的温度／ ； ℃
—
。—
—
传热 系数／ （ ｍ ｏ ～； Ｊ・ ｈ・ ・Ｃ）
对 流冷却 的角系数／ａ ； ｒｄ
中—— 带材与 轧辊的接触 角／ ａ ； ｒｄ
作用 ；
对区 ＝ ＋ Ｔ （ Ｉ 等 （ １ Ｔ ： －一 １ ）
（） １ 对 ８２ Ｔ ＝。
一
（ ２ ） ｒ －－
（） ２
② 考 虑了轴 向的热传导 ， 以便考 虑沿轧辊 轴 向的 热 膨胀变化 情况 ； ③ 在 轧辊 的任意横 断面上 ， 为从高 温带材上 吸 认 收 的热量 和因水雾 散失 的热量绕轧辊 一周是 均匀的 ； ④ 假设带材 到 轧辊 之 间 以及冷 却 水与 轧辊 之 间
２０ ０ ８年 １ ２月
轧辊 的热 膨胀 对 辊型 的影 响
张乃 荣 ， 周 锋
（ 山西 关 铝股 份 有 限 公 司 ，山西 运 城 ０４ ０ ） ４ ０ ０
摘 要 ： 本文 以 １０ ｍ热轧机 为研究对象， ３０ｍ 对其生产过程辊形随温度 的变化 进行实测 ， 分析研究轧辊 的热
流 量 ： ０ ０Ｌ ｍｉ。 ３ ０ ／ ｎ
浅谈纺粘法非织造布热轧机的轧辊变形补偿工作原理
２ 热 轧 机 的 工 作原 理 介绍
下面， 根据 我们 多年 的使 用 体会 ， 简单 介绍 一下 不 同热轧机 的工作 原理 。
在 这种 变形 下 ， 轧辊 中部会 产生 变形 ， 使得 辊 面 的压力 不均 匀 ， 了补 偿这 种不 均匀 ， 个轧机 生产 为 各
收 稿 日期 ：０００ －２ ２ １ －２１
的设计 ， 工作 中 ， 在 当轧 辊两 端 受 到 压 力 ， 轧 辊 发 使
３ ２
非 织 造 布
第 １ 第 ２期 ８卷
生 变形时 ， 由于 轧 辊 中 高设 计 ， 一 个 固 定 的压 力 在
热轧 机为代 表 ， 在采用 以上 两种 补偿方式 的 同时 ， 对
的两 端 ， 造成 轧辊 的变形 ， 图 １ 示 。 会 如 所
进 了德 国 Ｋ Ｔ Ｒ、 大利 Ｃ ＭＥ Ｉ 的热轧 机 ， ＵＳ Ｅ 意 Ｏ ＲＯ 也 有少 量 的 意 大 利 ＭＥ Ｃ Ｎ Ｃ ＭＯ Ｒ 美 国 Ｃ ＨＡ Ｉ Ａ ＤＥ Ｎ、 Ｆ Ｒ ＩＷ 的热轧 机 。近 几 年 来 ， 国一 些 单 位 相 Ａ ＶＥ 我 继 自主开 发研制 了 国产 热轧 机 ， 沈 阳非 织造 布 中 如 心 、 阳六零 六研 究 所 、 沈 常州 广 宇 花辊 厂 、 温州 瓯 海 等 。多样 的轧机 系统 匹 配在 相 应 的 纺 粘生 产 线 中 ， 满足不 同客 户 的需 要 。 目前 ， 轧机 向高 速 、 热 特种 、 样化 方 向发 展 ， 多 轧
厂 家采 取 了各种 补 偿 系统 ， 克 服 这 种 变 形 所 引起 来 的线 压力 不匀 而造 成对 产品 的影 响 。在 目前 国 内的
在 我们 纺 粘 法 中使 用 的双 辊 热 轧机 ， 常 由驱 通 动 系 统 、 辊 加 压 液 压 系 统 、 热 系 统 、 滑 系 统 轧 加 润 （ 括油 脂润 滑和润 滑油 系 统 ） 压 辊 变形 补 偿 系统 包 、
钢锭轧制坯的轧制过程中的轧辊弯曲与扭转研究
钢锭轧制坯的轧制过程中的轧辊弯曲与扭转研究钢材是现代工业中广泛使用的一种材料，其质量对于产品的性能和安全性具有重要影响。
而钢材的生产主要依靠钢铁厂的轧钢工序进行，其中钢锭轧制坯的轧制过程中的轧辊弯曲与扭转是一个关键的问题。
本文将重点研究钢锭轧制过程中轧辊弯曲与扭转的原因及其对产品质量的影响，并提出一些解决方案。
钢材在轧制过程中受到巨大的应力和变形，在这个过程中，轧辊承受了很大的压力，因而容易发生弯曲和扭转。
轧辊弯曲是指轧辊的工作面出现弯曲现象，而扭转是指轧辊在工作过程中出现的旋转现象。
这些问题可能导致钢材的厚度不均匀、表面质量差，甚至因为轧辊损坏而停产维修。
因此，研究轧辊弯曲与扭转的原因和解决方案变得非常重要。
在钢锭的轧制过程中，有几个因素可能导致轧辊弯曲与扭转。
首先，轧辊的本身质量问题是一个常见的原因。
质量差的轧辊容易产生弯曲和扭转现象。
其次，钢材的轧制参数也会对轧辊的弯曲和扭转产生影响。
例如，过大的轧制压力、过高的轧制速度以及不合理的轧制温度都可能导致轧辊的形变问题。
此外，轧辊的使用时间和工作环境等因素也会对其弯曲和扭转产生影响。
为了解决钢锭轧制过程中的轧辊弯曲与扭转问题，可以采取一些有效的解决方案。
首先，选用高质量的轧辊材料是关键。
使用优质材料制造的轧辊可以提高其抗变形能力，减少弯曲和扭转的可能性。
其次，优化轧制参数也是一种有效的方法。
合理选择轧制压力、速度和温度，确保在合适的范围内进行轧制，可以减少轧辊的变形问题。
此外，定期检查和维护轧辊也是非常重要的。
及时修复损坏或有缺陷的轧辊，可以避免轧辊在工作过程中产生弯曲和扭转的问题。
钢锭轧制过程中的轧辊弯曲与扭转对于钢材的质量和生产效益有重要影响。
在轧制过程中，轧辊的形变问题可能会导致产品质量差，甚至生产线停工。
因此，研究轧辊弯曲与扭转的原因，找出解决方案，对于提高生产效率和产品质量具有重要意义。
总之，钢锭轧制过程中的轧辊弯曲与扭转是一个重要的问题。
铸轧过程中轧辊的热分析
铸轧过程中轧辊的热分析C.M.Park ，W.S.Kim 工业技术与科技研究中心G.J.Park 汉阳大学机械与工程学院摘要：融化物通过双棍铸轧工序把铸造与热轧合并成一步，能够直接制造卷带。
在这个特殊的过程中，从熔融金属刀带的形成严格依赖铸辊。
所以，辊的设计极其重要。
铸辊的热传递和变形采用二维数学模型分析，用有限元方案来检验热应力和热分布。
很多其他因素例如辊表面镍镀层厚度、铸造速度和辊径对于热形态的影响也受到考虑。
关键词：有限元分析，热变形，热应力，双棍铸轧1.引言最近，在短流程技术的基础上，钢铁工业有一种趋势，从大型设备和大的资本投资的块状生产系统向小尺寸制造系统转化。
研究者已经开始关注如火如荼节省各种能源以及制造高增值的产品。
目前，铸造技术如薄板连铸和铸轧收到了更多的关注，因为这被看做是短流程技术。
如图1（a）所示，普通连铸方法铸造的薄板是200-250mm厚，再通过轧制工序加工成带。
图1（b）所示的薄板铸造技术和连铸工序相似。
然而，它只是一个铸造薄板的技术可能是50-70mm厚来减少热轧的载荷。
比起薄板连铸技术，如果不制造板，图1（c）所示的铸轧技术具有先进的概念。
如图2所示，向两个旋转的辊喂熔融金属，直接制造出1-6mm 厚的热钢带。
融化金属在很短的时间内凝固（0.2-0.6s）。
因此，制造消费和投资消费大大缩减由于其他热轧工序的省略(RIST, 1992, 1994)。
最初在1856年由英国的Henry Bassemer发明(Bessemer, 1856)。
由于缺乏耐火材料和钢带质量的的控制技术，该技术被得到世纪应用。
然而，从1970年开始，研究者们已经活跃得运用在实际应用中。
图1.常规工序和铸轧工序简图图2.双棍铸轧工序简单表示在铸轧过程中，热的融化态钢应该凝固并且正常成型通过轧制宽度在快速冷却过程中。
为了保证高的生产率，铸轧的轧辊和熔融金属具有很大的接触面积。
因此，比起常规的辊径，它的更大。
大型合金半钢轧辊热处理变形原因分析及防范措施
大型合金半钢轧辊热处理变形原因分析及防范措施赵海军;李宏宇【摘要】目前国内大型合金半钢轧辊在生产制造过程中热处理变形严重,通过对该类轧辊的热处理工序各个重要影响因素进行认真的分析,得出造成该类轧辊变形的主要原因是:热处理炉窑台车变形及辊身辊颈线性膨胀差较大,同时轧辊垫支、吊装方式不合理等因素也是轧辊变形的不利因素.避免此种缺陷的主要措施是选择合适的台车结构,预先计算反变形量.【期刊名称】《铸造设备与工艺》【年(卷),期】2019(000)002【总页数】4页(P30-32,35)【关键词】合金半钢轧辊;热处理变形;台车变形;线性膨胀【作者】赵海军;李宏宇【作者单位】唐山钢铁集团重型机械装备有限公司,河北唐山 063000;唐山钢铁集团重型机械装备有限公司,河北唐山 063000【正文语种】中文【中图分类】TG333.17合金半钢轧辊含C质量分数通常在1.4%～2.3%范围内，机械性能处于钢、铁之间。
这种轧辊具有硬度降落小，耐磨性能高等特点，广泛用于型钢、轨梁、棒材轧机粗轧和中轧机架，热轧带钢连轧机粗轧、精轧前段工作辊、立辊，万能轧机、悬臂轧机辊环、辊套等。
用于大型钢轧机中轧机架的半钢工作辊制造工序流程为：浇注-粗加工-热处理-精加工。
在热处理工序时主要采用高温扩散+正火回火的热处理工艺。
且此类轧辊传动侧辊颈往往具有较大的长径比，在热处理工程中辊颈极易弯曲变形，见图1，导致辊颈端面中心孔偏移，造成加工余量不足，只能热处理矫正，最终延误工期，提高了产品成本。
1 生产情况某钢厂型钢轧机用规格为1 000×1 100的半钢180轧辊，其主要尺寸见图2.图1 下辊颈弯曲缺陷示意该轧辊下辊颈长径比为5.2，该辊在制作过程中多次出现热处理后传动侧辊颈弯曲变形，中心孔偏移影响加工的质量事故。
其热处理主要工艺图见图3.图2 某钢厂型钢轧机用轧辊主要尺寸图3 热处理工艺图2 事故具体情况2.1 问题轧辊的基本情况公司供应某钢厂的该类轧辊，在2018年3月前生产18支，其中出现问题轧辊17支，部分轧辊变形量小，经重修中心孔后能满足加工要求，其他的轧辊变形量大，只能重新热处理矫正。
轧辊弯曲变形
轧辊弯曲变形
轧辊弯曲变形是一种常见的热处理工艺，运用于在金属材料的表面和内部层次上进行变形，加强其物理强度和提高性能。
它主要利用轧辊的端向压力，在所需的区域产生弯曲变形，从而改变材料的微观结构，获得强度、寿命和其它性能的提升。
轧辊弯曲变形一般采用热处理工艺，首先将金属材料放入加热设备中，并使其在特定温度保持一定时间。
然后，采用交替凹凸弯曲滚轧方式，用轧辊将金属材料折弯，使其受到弯曲变形。
该变形过程不仅可以改变材料的均匀性，而且可以改善材料的柔韧性、韧性、耐腐蚀性和耐磨性等特性，最后，将改造后的金属材料以适当温度冷却，以完成整个轧辊弯曲变形过程。
轧辊弯曲变形可以广泛用于各种工业场合，其中，机械制造业最为常见。
例如，航空航天行业中常用的超级合金、装甲材料和低温压力容器等，均可使用轧辊弯曲变形工艺进行制作。
此外，在汽车行业中，也可以使用轧辊弯曲变形，改善车身的刚性，降低噪音和抖动等现象。
总之，轧辊弯曲变形是一种常见的热处理工艺，可以用于加强金属材料的物理强度，提高其性能，改善其厚度均匀性，耐腐蚀性，抗冲击性和耐磨性等，在各种工业领域都可以得到广泛运用，以满足不同的要求。
轧辊弯曲变形
轧辊弯曲变形
轧辊弯曲变形，也称为屈服变形，是指在加载作用下，金属材料内部原本平面的组织结构发生扭曲变形，使表面形变为圆柱形、凸起形。
在金属材料弯曲变形的过程中，其塑性应力和塑性变形量在某一特定的参数条件之下有限，随后继续加载将引起材料的弹性变形，最终达到一定的极限状态。
屈服弯曲变形的机理是：在加载的作用下，金属材料的内部结构发生变形，导致表面形变，并产生某一定程度的屈服变形。
在此情况下，材料受力时，根据材料的结构特性，不同孔隙、区域、以及不同区域的材料弯曲应力大小出现一定的分布规律，形成一种特殊的“复杂材料曲面”，这就是屈服变形的关联机理。
在金属轧制过程中，材料的变形程度是由滚轧力、滚动速度、轧制能量传递等机理影响的。
根据不同的加工参数，材料的屈服弯曲变形也会有不同的程度，大多数情况下，材料的变形程度随着加工力的增大而增加，也有可能因为不同的加工工艺，而产生不同的弯曲变形程度。
在进行金属轧制的时候，因为屈服弯曲变形的存在，会影响到产品的表面质量，因此需要对轧制材料进行预处理，以减少屈服弯曲变形。
预处理包括高温处理、冷拔处理、热处理以及冷变形等，以改善材料的性能，达到减少屈服变形的目的。
最终，屈服弯曲变形是金属加工的一个重要的过程，对于金属材料的表面性能、工件的尺寸形状等有十分重要的影响，因此，在金属加工过程中，需要对屈服变形加以严格控制，以保证材料的性能和工件的尺寸质量。
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doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2014.01.015基于不同热力条件下轧辊的变形分析郭喜平1，申世杰1，周双2（1.内蒙古科技大学，内蒙古包头014010；2. 包头钢铁集团轨梁厂，内蒙古包头014010）摘要：应用Ansys有限元软件，从传热学和力学角度对万能轧机轧辊的温度场和应力场进行热力耦合场分析，得到了稳定状态下轧辊温度场和应力场的分布规律，并研究了不同温度和轧制力情况下轧辊的变形情况。
结果表明，轧辊温度场和应力场呈周期性变化，而且轧辊的变形情况与温度场和应力场分布成正相关关系，模拟数据与现场测得数据误差小于5%，证明模型是可靠的。
关键词：Ansys；轧辊；温度场；应力场；耦合；变形中图分类号：TH1 2文献标志码：A 文章编号：1007-7545（2014）01-0000-00Roller’s Deformation Analysis under Different Thermal and Mechanical ConditionsGUO Xi-ping1, SHEN Shi-jie1,ZHOU Shuang2(1. Inner Mongolia University of Science & Technology, Baotou 014010, Inner Mongolia , China；2. Rail and Beam Plant of Baotou Iron and Steel Group, Baotou 014010, Inner Mongolia; China) Abstract: The temperature and stress coupling fields of roller were analyzed by Ansys software based on heat transfer theory and mechanics theory. The distribution of roller’s temperature and stress fields at a steady state was obtained. The roller’s deformation situation at different temperatures and roll forces were studied. The results show that the temperature field and stress field of roller changes periodically. The roller’s deformation presents a positive correlation to the distribution of temperature field and stress field. The data error between simulation and measured in-situ is below 5%. The model is reliable.Key words：Ansys; roller; temperature field; stress field; coupling; deformation轧机部件中轧辊的工作条件最复杂。
在热轧生产过程中，工作辊要承受周期性的轧制力、热应力、接触应力等。
这些不均匀分布并随时间变化的力是由于轧辊的磨损、温度和轧辊孔型的变化引起的。
实际生产时轧件断面会出现波浪、凹形、鼓形等不规则形状，这些断面形状主要是因为轧辊变形导致孔型变化所致。
所以轧辊的变形直接影响轧件的质量[1]。
万能轧机在轧制型钢的过程中，轧辊首先与轧件之间直接接触，随后轧辊的外表面会被水和空气冷却。
轧辊在高温轧件的作用下会产生热膨胀，而轧辊受到约束产生热应力和应变，同时在轧制作用力产生接触应力和弹塑性变形。
因此必须考虑热弹性变形与热变形的相互影响，合理施加热运动和力载荷边界条件，从而更加准确地计算轧辊的变形量，给轧辊辊型设计提供指导[2]。
1 轧辊温度场的模拟条件1.1 轧辊传热边界条件在实际轧制过程中，随着轧辊的转动，边界条件也在不断变化，所以需要对计算模型进行边界条件处理。
由于轧辊的对称性，为了计算方便建立轧辊1/2模型，假设轧辊不动，让边界条件绕轧辊做反向运动。
如图1所示。
图中A、B为冷却水喷水嘴的位置，沿辊环外表面共划分为4个区域：l~2区为轧辊与轧件接触热交换区域；2~3区为入口轧辊的直接水冷区；3~4区为辊环与空气对流区；4~1区为出口轧辊的直接水冷区。
图1 轧辊的热边界条件Fig.1 Thermal boundary conditions of roller收稿日期：2013-07-05基金项目：内蒙古自治区自然科学基金项目（2012MS0717）作者简介：郭喜平(1962-)，男，内蒙古包头人，硕士，副教授.1.2 热轧辊温度场求解选用热单元solid70进行热分析，采用瞬态的热分析方法。
取轧辊热膨胀系数为 1.1×10-5K-1、杨氏模量2.1×1011 Pa、泊松比0.3、轧辊直径980 mm、轧辊转速60 r/min、轧辊初始温度150 ℃、轧件温度900 ℃、冷却液温度30 ℃。
轧辊外表面与轧件的接触传热系数取650 W/(m2·K)；空气与轧辊间的对流传热系数取10 W/(m2·K)；冷却水与轧辊间的对流传热系数取6 000 W/(m2·K)[3]。
2 轧辊温度场的模拟结果及分析2.1 轧辊径向温度场轧辊与轧件接触处最高温度达到295 ℃，而在冷却后温度只有150 ℃。
从图2可以看出，随着轧辊与轧件接触温度升高，热量由轧辊表面向轧辊内部扩散，当轧辊热量达到平衡状态轧辊温度趋于稳定[4-5]。
温度在轧辊表层10 mm内波动，模拟温度与实际所测温度基本吻合，相差5%以内。
图2 轧辊的径向温度分布云图Fig.2 Radial temperature distribution of roller2.2 轧辊周向温度场处于轧制区内轧辊表面温度最高（图3），轧辊与轧件通过热传导迅速升温，所以轧辊表层热量由中部向边部流动，处于轧辊边部的温度较低。
温度不均匀分布导致轧辊热膨胀的不均匀，从而产生不均匀分布的热应力。
图3 轧辊的周向温度分布云图Fig.3 Circumferential temperature distribution of roller3 轧辊三维热力耦合模拟及分析3.1 轧辊三维热力耦合计算采用间接耦合方法来分析辊环的热结构耦合场。
首先对辊环的温度场进行分析，然后把进入动态平衡即稳定轧制状态下轧辊的温度作为耦合场分析的前提条件加载到轧辊上，再对轧辊进行热结构耦合分析，最终得到即近似为轧辊稳定轧制状态下的应力[1,5]。
由于Ansys有限元软件具有热结构耦合分析功能，通过转换热单元为耦合单元solid180，读入温度场分析结果文件，将温度场文件直接加载到轧辊耦合分析中去，设定约束即可求得稳定状态轧辊的耦合应力场分布情况。
3.2 轧辊耦合应力场分析图4为处于稳定状态下的轧辊应力场。
由图4可知，在非轧制区的应力场分布比较均匀，进入轧制区的应力变化比较剧烈，尤其是轧辊的中心应力场最大，由中心向两侧应力逐渐减小。
轧制区等效应力最大为147 MPa，远远小于立棍的屈服强度，即还处在弹性变形阶段，不会产生残余应力[6]。
轧辊应力场呈周期性变化，应力场分布与变化趋势和温度场变化基本相同。
图4 轧辊的周向应力云图Fig.4 Circumferential stress nephogram of roller4 不同轧制情况下轧辊弹性变形分析在轧制过程中，轧制力使轧辊发生压扁、弹性变形，同时轧件由内向外温度的不均匀分布将导致热应力和热变形，且两者互相耦合，共同影响轧辊的变形情况[6]。
图5为轧辊的变形曲线。
图5 轧辊的变形量曲线Fig.5 Deformation curve of roller由图5可知，轧辊中部变形最大，向边部逐渐减小，基本呈碗型分布，最大变形量4 mm。
轧辊变形量与温度和轧制力的分布大致呈正相关关系，变形最大的部位也是轧制力最大的部位。
图6为不同温度和轧制力情况下轧辊的弹性变形量曲线。
随着温度的升高轧辊的弹性变形量增大，并且变形量曲线基本随温度变化发生平移。
随着轧制力的增加轧辊变形量增大，而且变化幅度比较大。
图6 不同温度(a)和轧制力(b)时轧辊的弹性变形量曲线Fig.6 Elastic deformation curve of roller at different temperatures (a) and roll force (b)比较图6a和图6b可以看出，温度对轧辊变形量的影响比轧制力大，因为轧制力要比热膨胀产生的热应力大得多，随着温度降低热应力也相应减小，此时轧制力成为变形的主要因素[7-8]。
在其他轧制条件不变的情况下，降低温度和减小轧制力可以减小轧辊的变形量。
轧辊的变形使得轧辊孔型发生相应的变化，和轧件接触部位的轧辊孔型发生变化。
水平辊在R角处轴向和径向均产生较大位移，而轧辊在轴向发生较大的位移。
轧辊的热应力、轧制力和轧辊与轧件之间的摩擦都能使得轧辊孔型发生变化。
5 模拟结果的验证通过某钢厂实际轧辊温度的测试结果，轧辊表面的温度与轧辊温度场的模拟结果基本吻合，误差在5%以内，从而证明轧辊温度场的模拟模型是可靠的；应力场的分析和现场测的结果误差也在5%以内；变形量的结果与文献[8]基本一致。
说明整个模型的建立是可靠的。
6 结论1）轧辊的温度随着时间不断上升，在轧制稳定后轧辊温度趋于稳定。
轧辊周向中部温度最大，向边部温度逐渐降低。
2）稳定轧制状态下的轧辊表面受到周期性的拉、压应力，而且在轧制区轧制力变化剧烈。
3）轧辊的变形分布成碗型，即中间部位变形大，向边部变形逐渐减小。
4）模拟得到的温度场数据与实际数据误差小于5%，变形场分布情况和实际情况相符。
5）降低温度和减小轧制力可以减小轧辊变形量。
参考文献[1] 赵志国. 热轧过程中轧辊的温度场和应力场分析[D]. 河北秦皇岛：燕山大学，2011.[2] 蔣孝煜. 有限元法基础[M]. 北京：清华大学出版社，1999：62-89.[3] 王补宣. 工程传热传质学[M]. 北京：科学出版社，1998：30-10.[4] 陈国樑. 有限元法在热轧辊三维温度场分析中的应用[J]. 化纤与纺织技术，2005，9（3）：32-35.[5] 孔祥伟，刘相华. 轧辊温度场及轴向热凸度有限元计算[J]. 钢铁研究学报，2000，9（12）：51-54.[6] 刘晓波，孙康. 不同铸轧条件下铸轧辊套热应力分析[J]. 轻合金加工技术，2008，10（4）：17-21.[7] 段雄，李大云. 铸轧辊辊套热结构耦合分析及其疲劳寿命研究[J]. 机械设计与制造，2009（1）：137-139.[8] 熊勇刚. 基于热力耦合的铸轧辊弹性变形数值模拟[D]. 长沙：中南大学，2008.。