基于solidworks simulation平臺的熱軋輥失效及輥軸提取方法探討

徐剛 張媛 李亮

摘要：本文從萊鋼中型線軋輥失效及其原因分析入手，運用solidworks建模及simulation軟件進行有限元分析，對軋輥所受的靜力、扭轉力、剪應力、熱應力、離心應力分別模擬，為以后工作分析提供了參考。在此基礎上，為了減少成本，提高軋輥利用率，我們發明一軋輥加熱提取輥軸回收再利用的方法并進行模擬并進行實地操作。

關鍵詞：有限元分析；輥軸；

前言

提高軋材內在質量和精度，降低生產成本是當今軋鋼領域的重要研究課題，但同時也對軋輥、輥環的耐磨性、強度及韌性等提出了很高的要求。因此應該在原有制造工藝的基礎上進一步分析軋輥、輥環失效及提出一些合理利用、經濟有效地方法。solidworks simulation是一種近年來在各個領域普遍使用的有限元分析方法，本文主要利用此軟件對精軋機組熱軋輥進行失效及優化方面的探討。

1.solidworks simulation有限元分析在本課題中的計算流程及方法

本課題中solidworks simulation應用在軋輥失效分析以及輥軸提取的熱力學分析過程中，主要所采取的有限元分析的靜力學、動力學、熱分析模塊，進行瞬態穩態分析，基本步驟如下：

1.1.軋輥失效分析：需要對軋輥的基本參數確定——結構靜力分析、動力學分析——ansys前期處理（包括定義單元類型、定義材料屬性、幾何模型、設置參數）——網格劃分——各種載荷的施加——后期處理

1.2.加熱軋輥提取輥軸過程熱力學分析：確定軋輥熱穩態傳熱源——建立模型（并定義單元類型、材料性質）——劃分網格密度——施加與溫度有關的對流邊界及對流率——結果顯示

2.solidworks simulation三維熱——力耦合模型建立與分析

使用過程中，熱變形與各種力耦合，產生變形因各個參數變化而不同，應因場合綜合分析設計軋輥各項參數和孔型，使之達到最優化的目的。

3.軋輥加熱提取輥軸回收再利用的熱力學有限元分析

3.1. 輥軸的回收與輥環的再利用

在生產中，輥環的失效率要遠遠大于輥軸的失效率，而兩者的膨脹系數是不一樣的，因此可以假設將軋輥放入熱力場中，足夠的時間以后，兩者會分離。我們利用ANSYS軟件進行模擬分析，這樣不僅可以減少時間還可以降低實際操作的成本。分離后的輥環并不是要棄之不用，可以車去失效層進行再利用。

輥環加熱方式采用井式電阻爐加熱，加熱時間快、受熱均勻，保溫良好，具有爐溫熱電偶和開合熱電偶。

3.2. 熱力場中軋輥膨脹的有限元分析

3.3. 加熱過程中金相組織的變化

我們所做工作的目的，既要使軋輥和輥環相互分離，也不能改變兩者的化學屬性。在鐵碳相圖中，可以知道，存在于727℃以下的萊氏體稱為變態萊氏體或稱低溫萊氏體，用符號Ldˊ表示，組織由滲碳體和珠光體組成。而萊氏體的基體是硬而脆的滲碳體，所以硬度高，塑性很差，所以要避免加熱部件持續存在于臨界溫度之下.

3.4 .具體實施步驟

3.4.1.找到需要分離的軋輥，用干抹布將油污清理干凈，放置晾干

3.4.2.用行車把軋輥放到井式電阻爐內（落放豎直，速度要慢，避免碰到爐壁，損傷電阻絲，爐溫熱電偶要撤離爐膛，避免軋輥落下時發生碰撞）

3.4.3.軋輥放入以后，把爐溫熱電偶插入，盡量要深，開合熱電偶與輥環接觸，并用石棉和墊鐵壓住（開合熱電偶不要和電阻絲接觸）

3.4.4.蓋上爐蓋，操作開關進行加熱，注意溫度指示盤上做好記錄，嚴格按照加熱曲線加熱和調溫（溫度由100℃以20℃/h加熱至580℃）

3.4.5.帶輥環加熱24小時以后，停電出爐，用行車豎直將輥軸提出，過程要防止碰撞。

3.4.6.移走行車，將輥軸室溫冷卻。

3.5. 輥環的后期處理

剩余輥環由于外層只是不符合本生產線的生產要求，但是可以應用到小型及其他生產線，因此可以車削后后續利用。輥環是離心復合鑄造高碳鎳鎘耐磨鑄鋼，是在離心力的環境下生產的，工作層不是整個部件。報廢后工作層可能一部分磨損，為了后續利用，可以聯系廠家進一步加厚工作層。