228履带板异形帽形孔孔型优化研究

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1、攀钢技术-3-228履带板异形帽形孔孔型优化研究罗许1，李俊洪1，郭华1，陶功明2（1.攀钢集团研究院有限公司;2.攀钢钒轨梁厂）摘要：利用有限元分析软件DEFORM-3D建立了履带板轧制过程的仿真模型，对228履带板轧后轧件变形区的应力应变进行分析，找到了在异形帽形孔向切深孔转换时小板与爪过渡圆弧处出现金属突台和“V”字形缺陷及在下道次轧制时出现折迭缺陷的原因。利用仿真结果，对异型帽形孔进行优化，消除了228履带钢成品折迭缺陷，生产应用效果良好，为履带板生产工艺的制定提供了依据。关键词：履带板；刚塑性模型；DEFORM-3D；应力应变；有限元法攀钢技术-3-0引言228履带板是继

2、190、216型履带板之后开发的大规格履带钢板。由于履带板形状复杂，由方坯轧制成成品，中间经历方坯到异形梯形轧件、梯形轧件到异形帽形轧件以及异形帽形轧件到履带轧件的多次形状转变。生产实践表明，每一次轧件形状的转变都易导致轧件出钢时出现扭转、弯曲及其它轧制缺陷等。对228履带板来说，异形帽形轧件（见图1中2孔）翻钢进入履带切深孔中（见图1中3孔）时，其变形很大，而且不均匀，易出现爪尖金属不足和右侧小板与爪过渡圆弧处出现折迭的现象。图1228履带钢800I、II轧机孔型轨梁厂在开发228履带板时，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，

3、认为是轧件从2孔进入3孔时，爪与小板金属堆积太多及“V”字形缺陷造成。通过对左侧大板厚度进行修改后，此缺陷仍不能消除（缺陷见图2）。为此，借助DEFORM-3D仿真软件，建立起228履带板切深孔的轧制变形模型，通过仿真分析，找出出现折迭的根本原因。在仿真分析的基础上对切深孔进行了优化，消除了折迭缺陷，开发出了高质量的228履带钢。图2爪与小板过渡圆弧处折迭缺陷1建立有限元计算模型对于228履带板变形的仿真分析，由于变形复杂，在仿真计算时的计算量会很大[1-2]。因此，根据实际情况对模拟过程做了适当的简化。本研究采用刚塑性有限元法分析228履带板的轧制变形，并对问题做了如下必要的简化

4、[3]：①弹性应变比塑性应变小得多，因此忽略材料的弹性变形；②忽略成形过程中的Bauschinger效应；③材料具有均质特征；④不计体积力（重力和惯性力等）的影响。轧制的几何模型是通过Pro/E软件建立生成STL格式，再导入DEFROM-3D的前处理器中。程序首先判断表面节点的接触情况，程序一旦判断接触，则会把相应的边界条件和计算参数施加在节点上。轧制模型如图3所示。模拟过程中采用四面体网格进行网格划分。轧件材料在模型中设置为塑性材料，坯料材料选用与25CrMnB成分接近的硅锰钢，泊松比为0.3，杨氏模量为2.06×1011Pa，热膨胀系数为1.2e-005(1/C)，常摩擦因子为

5、0.4，坯料温度为1100℃，轧辊设置为刚性材料。攀钢技术-3-图3履带板的轧制模型2履带板轧制有限元模拟结果及分析依所设几何信息及成形条件，进行模拟计算，然后利用DEFROM-3D软件后置处理器对模拟结果进行可视化分析。当设置在轧件上外加推块（边界条件）的速度变为零时，轧件进入稳定轧制阶段，当载荷在第350步时，履带板的整体变形如图4所示。图4履带板轧制后的变形2.1切深孔轧制过程分析对切深孔整个轧制过程进分450步进行仿真计算。轧制模拟计算完成后，从轧件稳定轧制区截取一部位进行分析，见图5。在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。从其断面形貌上看出，大板

6、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，有必要进行下一道次的仿真分析。金属凸台V字缺陷图5切深孔（第3孔）仿真结果2.2切深孔下道次仿真分析用切深孔（第3孔）轧出轧件结果作为轧件模型，根据生产测试数据进行相似参数设置，进行下道次的仿真分析，计算结果见图6。从稳定轧制区形貌上看，爪与小板过渡处已经存在更密集的网格曲线，类似折迭，

7、出现的位置也与实物一致。折迭图6轧件在切深孔第4孔的轧制仿真结果选取变形后轧件稳定轧制区折迭缺陷处附近的节点，进行变形分析，见图7。发现在折迭处的应变量最大，这是由小板与爪在过渡处的金属凸台在“V”字形缺陷处轧合导致，轧制过程中该处的应变量不断积累，并会出现应力应变集中，从而导致此前的“V”攀钢技术-3-字形缺陷演变成折迭缺陷甚至部分出现迭合。为后面的最终产品在使用过程中埋下质量隐患。且模拟结果与实际生产实物（见图1）相比较，比较吻合，证明该工艺过程仿真成功，同时为接