基于solidworks simulation平台的热轧辊失效及辊轴提取方法探讨

徐刚 张媛 李亮

摘要：本文从莱钢中型线轧辊失效及其原因分析入手，运用solidworks建模及simulation软件进行有限元分析，对轧辊所受的静力、扭转力、剪应力、热应力、离心应力分别模拟，为以后工作分析提供了参考。在此基础上，为了减少成本，提高轧辊利用率，我们发明一轧辊加热提取辊轴回收再利用的方法并进行模拟并进行实地操作。

关键词：有限元分析；辊轴；

前言

提高轧材内在质量和精度，降低生产成本是当今轧钢领域的重要研究课题，但同时也对轧辊、辊环的耐磨性、强度及韧性等提出了很高的要求。因此应该在原有制造工艺的基础上进一步分析轧辊、辊环失效及提出一些合理利用、经济有效地方法。solidworks simulation是一种近年来在各个领域普遍使用的有限元分析方法，本文主要利用此软件对精轧机组热轧辊进行失效及优化方面的探讨。

1.solidworks simulation有限元分析在本课题中的计算流程及方法

本课题中solidworks simulation应用在轧辊失效分析以及辊轴提取的热力学分析过程中，主要所采取的有限元分析的静力学、动力学、热分析模块，进行瞬态稳态分析，基本步骤如下：

1.1.轧辊失效分析：需要对轧辊的基本参数确定——结构静力分析、动力学分析——ansys前期处理（包括定义单元类型、定义材料属性、几何模型、设置参数）——网格划分——各种载荷的施加——后期处理

1.2.加热轧辊提取辊轴过程热力学分析：确定轧辊热稳态传热源——建立模型（并定义单元类型、材料性质）——划分网格密度——施加与温度有关的对流边界及对流率——结果显示

2.solidworks simulation三维热——力耦合模型建立与分析

使用过程中，热变形与各种力耦合，产生变形因各个参数变化而不同，应因场合综合分析设计轧辊各项参数和孔型，使之达到最优化的目的。

3.轧辊加热提取辊轴回收再利用的热力学有限元分析

3.1. 辊轴的回收与辊环的再利用

在生产中，辊环的失效率要远远大于辊轴的失效率，而两者的膨胀系数是不一样的，因此可以假设将轧辊放入热力场中，足够的时间以后，两者会分离。我们利用ANSYS软件进行模拟分析，这样不仅可以减少时间还可以降低实际操作的成本。分离后的辊环并不是要弃之不用，可以车去失效层进行再利用。

辊环加热方式采用井式电阻炉加热，加热时间快、受热均匀，保温良好，具有炉温热电偶和开合热电偶。

3.2. 热力场中轧辊膨胀的有限元分析

3.3. 加热过程中金相组织的变化

我们所做工作的目的，既要使轧辊和辊环相互分离，也不能改变两者的化学属性。在铁碳相图中，可以知道，存在于727℃以下的莱氏体称为变态莱氏体或称低温莱氏体，用符号Ldˊ表示，组织由渗碳体和珠光体组成。而莱氏体的基体是硬而脆的渗碳体，所以硬度高，塑性很差，所以要避免加热部件持续存在于临界温度之下.

3.4 .具体实施步骤

3.4.1.找到需要分离的轧辊，用干抹布将油污清理干净，放置晾干

3.4.2.用行车把轧辊放到井式电阻炉内（落放竖直，速度要慢，避免碰到炉壁，损伤电阻丝，炉温热电偶要撤离炉膛，避免轧辊落下时发生碰撞）

3.4.3.轧辊放入以后，把炉温热电偶插入，尽量要深，开合热电偶与辊环接触，并用石棉和垫铁压住（开合热电偶不要和电阻丝接触）

3.4.4.盖上炉盖，操作开关进行加热，注意温度指示盘上做好记录，严格按照加热曲线加热和调温（温度由100℃以20℃/h加热至580℃）

3.4.5.带辊环加热24小时以后，停电出炉，用行车竖直将辊轴提出，过程要防止碰撞。

3.4.6.移走行车，将辊轴室温冷却。

3.5. 辊环的后期处理

剩余辊环由于外层只是不符合本生产线的生产要求，但是可以应用到小型及其他生产线，因此可以车削后后续利用。辊环是离心复合铸造高碳镍镉耐磨铸钢，是在离心力的环境下生产的，工作层不是整个部件。报废后工作层可能一部分磨损，为了后续利用，可以联系厂家进一步加厚工作层。