本文關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)技術(shù)在環(huán)件軋制中的應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

論計(jì)算機(jī)技術(shù)在環(huán)件軋制中的應(yīng)用

摘要：介紹了計(jì)算機(jī)模擬與優(yōu)化、軋制過程中計(jì)算機(jī)控制及軋件質(zhì)量監(jiān)控等技術(shù)在環(huán)件軋制中的應(yīng)用現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)應(yīng)用；模擬與優(yōu)化；環(huán)件軋制；過程控制；綜述

前言工業(yè)技術(shù)的發(fā)展對環(huán)形件產(chǎn)品的要求越來越高，而計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速進(jìn)步，為塑性加工工藝的擴(kuò)展提供了便利條件。輾環(huán)生產(chǎn)工藝復(fù)雜，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)有助于了解環(huán)件在軋制過程中的變化規(guī)律，制定合理的工藝方案，從而提高環(huán)件的精度，縮短生產(chǎn)周期，推動環(huán)件軋制向更高水平邁進(jìn)。 環(huán)件軋制過程的模擬與優(yōu)化用于金屬塑性成形分析的剛塑性有限元是和Kobayashi于1973年提出來的。這種方法基于小應(yīng)變的位移關(guān)系，以變分原理作為理論基礎(chǔ)，認(rèn)為在所有動可容速度場中， 使泛函取駐值的速度場就是真實(shí)的速度場， 根據(jù)速度場可以計(jì)算出各點(diǎn)的應(yīng)變和應(yīng)力。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，可以在設(shè)備制造之前或者在塑性加工件生產(chǎn)之前模擬塑性變形過程和力能參數(shù)，，從而優(yōu)化設(shè)備設(shè)計(jì)方案或生產(chǎn)32藝參數(shù)，以代替試生產(chǎn)。

計(jì)算機(jī)模擬與優(yōu)化技術(shù)，在環(huán)件軋制中起著越來越重要的作用。在對環(huán)件軋制過程的模擬中，基于一定數(shù)學(xué)模型的有限元模擬是目前最有效的研究方法。該方法是將所分析的系統(tǒng)離散成有限個單元(圖，單元之間由節(jié)點(diǎn)相互連接，在

每個單元內(nèi)用節(jié)點(diǎn)位移來確定一組近似函數(shù)。用變分法建立有限元方程時，是根據(jù)泛函表達(dá)式，對該泛函取駐值并滿足邊界條件即可得到一組聯(lián)立方程組， 求解聯(lián)立方程組即得到問題的解。

Y．Yang等人對環(huán)件軋制的平面變形作了分析， 獲得了變形金屬的速度場和沿著接觸表面的外力，計(jì)算出了應(yīng)變速率分布、驅(qū)動輥的轉(zhuǎn)矩和垂直壓力分布， 并將計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作了比較，它們很相近。

等人用三維剛塑性有限元方法對環(huán)件軋制進(jìn)行了模擬， 并編制了的計(jì)算機(jī)程序，其主要作是在對環(huán)件軋制有限元模型網(wǎng)格劃分中引入了兩種網(wǎng)格劃分系統(tǒng)，從而減少了計(jì)算量，并對柱型環(huán)件和型截面的環(huán)件進(jìn)行了模擬。

M．Hua，I．Pillingger等人進(jìn)行了環(huán)件軋制的三維有限元模型的研究， 他們在分析過程中用到了彈塑性有限元方法， 并開發(fā)了一個特殊的混合有限元網(wǎng)格模型，利用提出的模型，通過對鋼材進(jìn)行模擬，較好地對變形、應(yīng)變和施加的力等參數(shù)進(jìn)行了分析，并對環(huán)軋過程中的魚尾現(xiàn)象進(jìn)行了較好的預(yù)測。

近年來。我國學(xué)者在應(yīng)用計(jì)算機(jī)對環(huán)件軋制過程模擬方面，也作了大量研究工作。華中理工大學(xué)的解春雷等人經(jīng)過有限元前置處理，對軋制過程進(jìn)行了動力有限元模擬，得出了環(huán)件截面等效應(yīng)變速率分布圖、軋制力變化曲線(圖2)。

并在根據(jù)某理想軋制規(guī)程，尋求最大環(huán)件直徑增長率的軋制規(guī)程下，得到環(huán)件軋制參數(shù)變化規(guī)律曲線(圖3)。這些結(jié)果有助于軋制T藝和軋制規(guī)程的研究， 以及防止缺陷的產(chǎn)生 。許思廣用三維剛塑性有限元法分析了橫斷面為對稱的輾環(huán)變形過程， 并且分析了輾環(huán)過程的熱耦臺問題， 還采用維剛塑性有限元方法分析了在幾種不同斜輥面孔型中軋制異形截面環(huán)件時的金屬變形特性，得出了力能參數(shù)、寬展變形隨孔型的變化規(guī)律，并得出在某些條件下環(huán)件金屬發(fā)生內(nèi)流動， 單位壓力沿橫向呈雙峰分布。郭正華等采用剛粘塑性動力顯式有限元方法模擬了環(huán)件熱軋時的金屬流動規(guī)律，揭示出環(huán)坯形狀、尺寸、溫度和軋制加載速度對工藝性指標(biāo)和效率性指標(biāo)的影響。隨著壓力輥進(jìn)給速度的增大，應(yīng)變速率增大，材料的流動應(yīng)力增大，軋制力增大。材料變形溫度的降低導(dǎo)致流動應(yīng)力增大，軋制力增大，隨著溫度升高，軋制力減小，但由于材料的流動粘性同時增大， 所以軋制力的降低幅度有所減小。

此外， 還有根據(jù)數(shù)學(xué)模型對環(huán)件軋制過程進(jìn)行在線計(jì)算機(jī)模擬的方法。這種方法簡單實(shí)用，不僅能分析復(fù)雜的軋制工藝的各種參數(shù)變化規(guī)律， 而且還能準(zhǔn)確地反推毛坯尺寸。

軋制過程組織和性能預(yù)測環(huán)件軋制生產(chǎn)過程復(fù)雜，采用現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)的方法研究溫度、應(yīng)變及應(yīng)變速度等參數(shù)對組織的

影響是不現(xiàn)實(shí)的。在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行研究，得到的只能是簡單條件下的微觀結(jié)構(gòu)與宏觀熱力參數(shù)間的定量關(guān)系，而微觀結(jié)構(gòu)決定著產(chǎn)品的力學(xué)性能。計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬方法建立起兩者之間的橋梁， 為解決產(chǎn)品性能控制問題提供了有力手段， 并可用于環(huán)件軋制的再結(jié)晶過程和晶粒尺寸變化的規(guī)律的研究。

模擬計(jì)算表明，由于壓下量較小，前兩道次軋制時不發(fā)生再結(jié)晶，第三道次結(jié)束時，只有環(huán)件內(nèi)外徑的部分金屬發(fā)生再結(jié)晶。隨著軋制的進(jìn)行，環(huán)件內(nèi)的應(yīng)變積累使再結(jié)晶比例逐步增大。因?yàn)檫叢孔冃蝿×�，�?yīng)變較大，易于再結(jié)晶，環(huán)件內(nèi)外側(cè)的晶粒尺寸比截面中部小得多，此時，邊部的殘余應(yīng)變幾乎降至零，而中部仍保留了較大的殘余應(yīng)變。

隨著軋制時間的增加，晶粒不斷細(xì)化。在冷卻過程中晶粒先是減小，然后增加，最后晶粒增長速度緩慢，幾乎保持不變。在前幾道次的軋制中，由于再結(jié)晶比例較小，平均殘余應(yīng)變逐漸增加，導(dǎo)致屈服應(yīng)力上升， 軋制力和力矩變大。當(dāng)軋制進(jìn)行到一定程度后，再結(jié)晶比例增大，使殘余應(yīng)變及加工硬化作用逐步減小，軋制力和力矩逐步降低。

環(huán)件軋制過程的計(jì)算機(jī)控制軋環(huán)機(jī)對電氣控制系統(tǒng)的自動化程度、可靠性、運(yùn)行速度、控制精度等要求越來越高，而要實(shí)現(xiàn)這些的唯一途徑是采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)。世界上軋制設(shè)備微機(jī)控制的研究始于上世紀(jì)80年代初期， 目前，國

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