建模 

建立幾何模型

如圖1所示為使用ABAQUS仿真軟件建立的軋輥和板材的三維幾何模型，三對(duì)軋輥的幾何尺寸完全一致，半徑50mm，寬140mm，板材為標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)方體，長(zhǎng)寬高分別為200mm、100mm和20mm。

圖1

材料本構(gòu)方程（材料屬性）

建立板材的本構(gòu)方程，對(duì)材料的基本性能進(jìn)行描述，并且需要準(zhǔn)確的反映出切削加工過程中受到的應(yīng)力應(yīng)變以及溫度變化情況，利用Johnson-Cook模型建立本構(gòu)方程。此外JC模型還可以減少仿真計(jì)算量，加快計(jì)算速度外，其基本表達(dá)式為：

其中A、B、C、n和m為模型參數(shù)，方程右邊三項(xiàng)分別對(duì)應(yīng)為等效塑性應(yīng)變、應(yīng)變率和溫度對(duì)流應(yīng)力

裝配

裝配后通過對(duì)軋輥的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，來控制每道軋輥的擠壓量，整體上看軋輥和板材呈上下對(duì)稱的排列方式，如圖2所示。第一道軋輥兩者之間的間隙為17mm。第二道軋輥之間的間隙為14mm，第三道軋輥之間的間隙為10mm，軋輥之前的中心距離120mm。

圖2

分析步

分析步設(shè)置中，設(shè)置類型為顯示動(dòng)力溫度位移耦合分析，并設(shè)置分析時(shí)間為30s，并在場(chǎng)輸出里面設(shè)置溫度temp。

接觸屬性設(shè)置

將軋輥和板材裝配后定義兩者之間的接觸屬性，分別為 “罰”接觸和“硬”接觸，其中“罰”接觸對(duì)軋輥和板材之間的摩擦系數(shù)進(jìn)行添加，此外還需要添加兩者之間的熱傳導(dǎo)等，軋輥和板材之間的接觸設(shè)置為通用接觸。

加載載荷情況

在載荷分析里面，首先設(shè)置初始的邊界條件：初始溫度場(chǎng)和初始速度場(chǎng)。初始溫度場(chǎng)添加板材溫度為950攝氏度，初始速度場(chǎng)設(shè)置板材的初始速度為500mm/s。然后對(duì)每道軋輥的轉(zhuǎn)速進(jìn)行定義。

網(wǎng)格劃分

最后進(jìn)行網(wǎng)格劃分，如圖3所示，為了加快仿真收斂速度，采用特殊邊網(wǎng)格細(xì)化方式對(duì)板材進(jìn)行網(wǎng)格劃分，由于板材長(zhǎng)度和寬度較大，厚度相對(duì)較小，因此在厚度方向網(wǎng)格略密集，在板材整體進(jìn)行稀疏網(wǎng)格處理。對(duì)于軋輥，需要保證圓弧四周形成光滑的弧面即可，而寬度方面可以不考慮。軋輥和板材各邊分別進(jìn)行布種后設(shè)置網(wǎng)格類型為六面體單元，并設(shè)置單元類型為顯示的溫度位移耦合分析。

圖3

分析

仿真應(yīng)力場(chǎng)情況

如圖4所示，在擠壓的初始階段，板材在初始速度的作用下進(jìn)入到第一道軋輥之間，此時(shí)經(jīng)過第一道軋輥的擠壓作用，板材發(fā)生了明顯的變薄，并且擠壓后的板材處于應(yīng)力較高的水平，而對(duì)于未經(jīng)過擠壓的板材來說，由于軋輥的阻礙在板材內(nèi)部也產(chǎn)生了一定程度的應(yīng)力集中區(qū)域，此應(yīng)力集中區(qū)域緊鄰第一道軋輥。經(jīng)過第一道軋輥的擠壓后，緊接著板料進(jìn)入到第二道和第三道軋輥之間，隨著板料的進(jìn)給，厚度被逐漸減薄，并且應(yīng)力逐漸升高，此外板料也逐漸想四周擴(kuò)大，增加了板料的表面積。當(dāng)板料從第三道軋輥中送出時(shí)，板料的應(yīng)力的道路輕微釋放。

圖4

仿真溫度場(chǎng)分析

如圖5所示，在第一道軋輥的擠壓作用下，板料發(fā)生了形變進(jìn)而生成了變形熱，導(dǎo)致板料的溫度出現(xiàn)了輕微的升高，對(duì)于未經(jīng)過軋輥的板料，溫度依舊為初始的950℃。隨和積壓量的增加，板料溫度升高的也較為迅速，每經(jīng)過一道軋輥，溫度都得到了進(jìn)一步的提升，在第三道軋輥擠壓后，軋輥中心處溫度最高，對(duì)于軋輥的四周溫度升高的較小。

圖5