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2.2運動學仿真結果分析

在空載狀態下，對定寬壓力機的主曲柄施加旋轉驅動，主曲柄轉速取42r/min，即252deg/sec，可得到側壓模塊的運動規律，如圖2.2（a）（b）所示。其中，將仿真時間設置為5s，載荷步數為50， X方向為軋制方向，

Y為板坯步進方向。

從圖（a）中可以看出，側壓模塊的位移、速度和加速度在X方向均是一條平滑的正（余）弦曲線。其中，側壓錘頭的有效行程為160mm。

從圖（b）中可以看出，側壓模塊的位移曲線也可近似看作為一條正弦曲線，有效行程為16mm，但由于擺桿在該方向上的擺動及側壓沖擊過程中的振動使得側壓模塊的速度和加速度曲線在側壓模塊位移達到最大值的區間內出現一些波動，其中加速度曲線波動較為明顯。

3 板坯調寬有限元模型的建立

3.1幾何模型的建立

利用SolidWorks建立板坯調寬幾何模型，由于定寬機側壓機構的模型和載荷均為對稱分布，所以可取1/2 模型進行分析計算。側壓模塊可根據實際尺寸建立實體模型，但板坯實際尺寸較大，取實際尺寸建模會增加計算量和計算時間，而板坯中部屬穩定變形，每次變形基本相同，故可取板坯的1/8進行建模 ^[6]，板坯建模尺寸規格如表2所示。

3.2有限元模型的建立 ^[7]

將SolidWorks中建立的幾何模型導入非線性大變形有限元軟件ANSYS/LS-DYNA中，鑒于板坯屬于高溫大變形體，而側壓模塊屬于高剛度小變形體，因此將板坯視為彈塑性體，模塊視為剛體。有限元模型如圖3所示。

根據板坯的運動規律在板坯寬度對稱面上施加位移約束條件Uy=0，厚度對稱面上施加位移約束條件Uz=0^[8]。

將多剛體虛擬樣機仿真分析得到的側壓模塊的位移曲線作為初始條件，可以建立側壓錘頭運動的時間—位移數組參數進而將其施加到錘頭上。

此外，已知板坯最大步進量為428mm，可以根據錘頭的運動情況來定義板坯的加載情況，取板坯步進量為420mm，側壓量為120mm時，部分時間—位移數組參數如表3所示。

4板坯側壓沖擊力仿真分析

4.1側壓量與側壓沖擊力的關系

在板坯定寬過程中，隨著板坯側壓量的增加，板坯的變形抗力也會越來越大，因此，為了明確不同側壓量對板坯側壓沖擊力會造成怎樣的影響，現以板坯規格一為例，分別選取單側側壓量90mm、120mm和150mm，模擬連續5次側壓過程中板坯所受側壓沖擊力的分布情況，得到了在不同側壓量下側壓沖擊力隨時間的變化規律，如圖4.1所示。

從圖中可以看出，相對側壓量和最大側壓沖擊力基本呈單調遞增關系。定寬壓力機在實際工作過程中要保持對板坯的穩定側壓，宜將側壓過程中板坯最大側壓沖擊力控制在23000KN以內，因此，為了減小因側壓沖擊力過大而造成設備故障，相對側壓量越小越好，建議最好控制在0.14以內。

5 結 論

通過對定寬壓力機板坯側壓沖擊力的仿真分析可知，側壓沖擊力的大小與側壓量成正比，與板坯寬度成反比，相對側壓量與最大側壓沖擊力基本呈單調遞增關系。

通過相對側壓量與最大側壓沖擊力的函數關系可以快速判斷側壓量的選取是否合適。

同時，為避免側壓沖擊力過大而導致板坯出現裂痕、甚至造成設備故障，應根據板坯材料及尺寸規格來合理選擇側壓量，以保證能夠將板坯側壓沖擊力控制在板坯可承受范圍之內。

參考文獻

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