圆盘剪剪切过程数值模拟及工艺优化

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现代的钢铁行业发展的重点是提高钢材的质量,高精度切边圆盘剪是板带精整质量的重要保证,被广泛应用于板带的生产。南钢切边圆盘剪由于其结构的限制,剪切Q235钢板最大厚度为22mm。在生产过程中,易造成钢板塌边、高毛刺、鱼鳞裂和二次剪切面等剪切缺陷,不仅影响剪切断面质量,还降低了刀盘的寿命。因此,研究圆盘剪剪切过程的剪切工艺对板材剪切质量的影响规律具有重要的意义。本文以南钢中板厂圆盘剪为研究对象,运用理论分析、有限元数值模拟和现场试验等方法,对圆盘剪剪切过程板材应力应变状况和剪切工艺参数进行了研究。借助于ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件建立了切边圆盘剪剪切钢板的有限元模型,对剪切过程进行了模拟分析。得到了钢板剪切过程中的应力应变分布,剪切力和侧向力变化规律,并分析了侧向间隙、重叠量和剪切速度等工艺参数对剪切过程的影响。对现场有剪切缺陷的钢板进行取样,分析了不同钢种、厚度条件下缺陷形成原因,并根据研究结果优化了现有的剪切工艺,提出了改善板材剪切质量的措施。有限元模拟的结果表明,钢板在咬入时剪切力和侧向力达到最大值。即使相同规格的钢板,钢种不同最佳测向间隙也不一致,如Q235钢板最佳测向间隙为被剪钢板厚度的5%,而Q345钢板为钢板厚度的6.25%;重叠量的增加可以有效的减小剪切力,以模拟的钢种规格为例,最大减小32%,侧向力最小值出现在重叠量为-4.5mm处;剪切速度对剪切力的影响不大,随着剪切速度从0.2m/s增大到0.8m/s,剪切力和侧向力增加不超过8%。理论研究和现场试验结果表明,剪切缺陷的产生原因主要是工艺参数不合理,即重叠量过小,侧向间隙过大。针对缺陷产生的原因,对Q235和Q345钢板优化了现场的剪切工艺,将重叠量增加了1mm,Q235钢板侧向间隙设置为板厚的5%,Q345钢板设置为板厚的6.25%。通过控制优化剪切工艺,解决现场剪切过程剪切能力不足和产生剪切缺陷的问题。
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