圆锯片屈服强度对轧辊张紧过程影响的研究外文翻译资料

圆锯片屈服强度对轧辊张紧过程影响的研究

本文摘要:基于ABAQUS有限元软件静态/通用模块，建立了圆锯片辊张紧过程的二维和三维有限元模型。用这两种模型计算了圆锯片的轧制力和张拉应力分布，证明了其真实可靠。研究了圆锯片屈服强度对张拉应力分布和轧制力的影响。

研究成果表明，圆锯用高屈服强度较高的切向压应力和径向压缩卷紧亲塞斯在轧制区综合应力得到的叶片，为锯片的稳定性都有优点和缺点。此外，高屈服强度的圆锯片由于辊张过程中轧制力大，对辊张紧设备提出了更高的要求。

关键词:圆锯片、辊张紧、有限元法。

引言:

圆锯片是一种重要的工具，广泛的应用于木材工业。木材的稳定性、切割精度和材料的保存能力是木材加工行业中最重要的特征，尤其是木材的稀缺性。中国政府大力的支持提高木材利用率。因此，圆锯片越来越薄以减少切损，提高材料的利用率。然而，产生热应力时的圆锯片的工作，因为在刃口的温度高于在其他区域的叶片。这将导致较高的切向压应力在圆锯片的边缘，造成翘曲变形，降低加工精度，增加了切口损耗，缩短了锯片的寿命[ 1，2 ]。薄的圆锯片受热应力影响较大，在节约材料方面，锯片的可靠性是非常重要的，特别是薄的圆锯片。张力调整是避免产生上述现象的圆锯片生产的最重要的和最先进的技术工艺过程。在所有的张拉过程中，辊张拉法在刀具行业中应用最为广泛。切向拉伸应力场的产生，可以补偿切向压缩应力引起的热应力，提高圆锯片的稳定性[ 3 - 5 ]。然而，圆锯片也能获得径向径向复合压紧力，张拉控制应力张拉过程中便于叶片失去稳定性和扣成碟子形。薄圆锯片需要较高的切向拉张拉应力和压应力下径向复合压紧力张保持稳定，这给辊压过程薄圆锯片带来了挑战。

目前，张拉对叶片动稳定性的影响主要集中。在张拉前处理已被少数的研究人员研究了张拉应力的产生。西泽曼尼和莫特建立辊张紧过程的理论模型，尼可利提基于有限元法建立了一个辊张紧模型。有限元模型（FEM）卷十中允许的各种辊压适张度参数是由海舍尔调查的。李对圆锯片进行了质量控制，建立了多点压边圆锯片切向拉应力的数学模型。

屈服强度是产生塑性变形时的最低应力值，是金属材料的一个重要指标，对金属塑性成形过程（如张拉过程）有很大影响。不同屈服强度的圆锯片可获得不同值的切向拉伸和径向压拉应力，并采用不同的轧制力使叶片产生塑性变形。然而，迄今为止，对于圆锯片，在拉张过程中屈服强度对产生拉应力的影响还没有相关的研究。因此，本文分析了在辊张拉过程中圆锯片屈服强度对张拉应力产生的影响，说明屈服强度对卷边过程的影响。

材料与方法

拉应力计算的二维有限元模型:残余应力有限元法用于分析在许多弹塑性成形过程和被证明是最合适的方法。因此，选择有限元法进行辊张张拉过程建模分析。辊张拉过程被假定为平面应力的轴对称问题。半模型建立了考虑模型的对称性由静态/通用模块ABAQUS，如图1所示。二维有限元模型被用来计算张拉应力是因为它能真实地反映弹性–塑性变形结构圆锯片辊压过程后，考虑到在同一时间，其精度和效率。

在步骤1中，轧辊缓慢移动，并产生弹性-塑性变形的锯片。在步骤2中，轧辊慢慢抬起，锯片不再处于任何载荷下。残余应力对锯片是十运行过程中的应力。

垂直位移约束施加到轴向中心平面，4节点轴对称的减缩积分单元cax4r选择锯片。在圆锯片和轧辊之间的接触面积增加的元素的数量，以提高计算精度，如图1所示。由于轧辊的变形不是本文关注的焦点，提高了计算效率，因此将轧辊建模为解析刚体。垂直向下位移施加到轧辊，在圆锯片与轧辊之间采用库仑摩擦模型，摩擦系数设定为0.1。

由于圆锯片在辊张张拉过程中的塑性变形很小，所以将圆锯片的材料模型设置为线性强化弹塑性模型（双线性模型）。其弹性模量和泊松比分别为210 GPa和0.3。

圆锯片的尺寸如下所示:直径是360毫米,厚度2.2毫米,孔的直径60毫米。轧制区域的凹坑深度为10毫米。轧制区域的半径为105毫米。

对轧制力计算三维有限元模型:

半模型建立了考虑模型的对称性由静态/通用模块的有限元分析，如图2所示。三维有限元模型用于计算轧制力，因为它可以真实地反映轧辊和锯片之间的接触状态。考虑到它的效率，在三维有限元模型的轧辊只需要旋转一个小角度，轧制力达到稳定状态，辊的尺寸如图3所示。其半径为30毫米。

在步骤1中，轧辊缓慢的移动，并产生了弹性-塑性变形的锯片。在步骤2中，轧辊开始旋转，轧辊的旋转带动锯片旋转。由模型计算的轧辊上的垂直力是轧制力。三维8节点减缩积分单元C3D8R被选为圆滚圈锯片和节点的通用减缩积分壳S4R选择内侧和外侧的区域，可以最大程度的减少元件的数量，提高计算效率。三部分通过壳固耦合的方式连接在一起。在圆锯片和轧辊之间的接触面积增加的元素的数量，以提高计算精度，如图3所示。三维有限元模型的其他参数和二维模型是相同的。

有限元模态验证:辊张拉实验,锯片参数如下：材料，65锰；硬度值；屈服强度、430 兆帕；应变硬化率、1000 兆帕。卷的参数如下：硬度HRC60。锯片和轧辊的其他参数是相同的有限元模型。采用X射线应力计测量了轧制区域的凹坑深度为10毫米，并对圆锯片上表面径向的拉应力分布进行了测量。对二维有限元模型中的轧辊垂直向下位移进行了调整，使轧制区域的深度为10 毫米，并得到了沿圆弧方向上沿上表面的张力应力。对比十运行过程中的循环应力的有限元模型计算看到刀片在径向路径测量结果如图4所示。如图4所示，张紧的循环应力分布的有限元模型，看到如下计算叶片降低趋势和前人的研究成果一致。有限元模型计算的圆锯片的张拉应力值和圆锯片径向轨迹的测量结果在大多数地区相似。

上述结果表明，本文模型计算的圆锯片的拉应力是真实可靠的。圆锯片张紧过程的张拉应力分布是本文的主要分析对象。如图5所示，轧制过程中轧制力缓慢增加。轧制过程中轧制力达到稳定状态。如图6所示，轧制力随轧辊的垂直向下位移而增大，圆锯片接触区产生弹塑性变形。为了获得轧制区域的凹坑深度10毫米，由于反弹变形的圆锯片垂直向下位移施加到轧辊为13.4 毫米。

图2辊张拉过程三维有限元模型

图3轧辊示意图

图5辊张拉过程中轧制力的变化

图6轧制和轧制过程中轧制力的变化

如图6B所示，轧制力为8000 N，不会改变，约与轧辊在轧制过程中的旋转角度。在此过程中，环轧区产生了弹塑性变形。轧制力的计算结果符合实际情况。稳态轧制力是本文的分析对象。

圆锯片屈服强度对拉应力分布及轧制力的影响:

圆形锯片的屈服强度分别为：300，600，900，和1200兆帕。其应变硬化率为1000 兆帕。为了获得轧制区相同的10毫米凹坑深度，垂直向下位移应用于轧辊调整由于回弹变形不同屈服强度叶片不同、回弹变形与屈服强度增加。垂直向下位移应用于轧辊如表1所示

表1垂直向下位移施加到轧辊

如图7所示，径向拉应力和切向拉应力在轧制区内外侧的大致相同，也不影响由循环屈服强度锯片由于轧制区外侧及内侧的弹性变形形成区。但在轧制区，由于屈服强度增大，塑性变形抗力增大，径向张拉压应力和切向拉压应力均随锯片屈服强度的增大而增大。圆锯片屈服强度为1200 MPa时，最大径向拉压应力和切向拉压应力达到了180和300 兆帕。

切向拉应力差的锯片外缘之间轧区增加屈服强度时，圆锯片是在相同的变形条件下，这意味着随着屈服强度的增加提高了张拉效果，因为较大的切向拉应力差的锯片边缘在轧制区意味着圆锯片能维持在较大的温度差异是在工作时的稳定性。然而，径向拉应力，径向十运行过程中锯片的内边缘之间的应力差和轧制区增加屈服强度时，圆锯片是在相同的变形条件下，这是不利于提高稳定性的锯片的应力状态，便于叶片失去稳定性和扣成碟子形。

如图8所示，随着屈服强度的增加，塑性变形抗力随轧制强度的增加而增大，轧制力随锯片强度的增加呈线性增加。圆锯片屈服强度为1200 兆帕时，轧制力达到了19.2千牛。轧制力大幅增加给圆锯片张紧设备带来了挑战。

讨论:

在这项研究中，一个二维和辊压过程的三维有限元模型进行理论分析和计算方法的建立，利用这两种模型研究了圆锯片屈服强度对张拉应力分布和轧制力的影响。

仿真结果表明，该圆锯片具有较高的屈服强度可以达到一个较高的切向压应力和径向压应力，在轧制过程中辊张紧区域，为锯片的稳定性都有优点和缺点。不同屈服强度的圆锯刀片，凹痕深度和轧制区的位置需要调整以获得最佳的张紧效果，这将是卷十的调试过程中一个重要的研究方向。

仿真结果表明，随着圆锯片屈服强度的增加，轧制力呈线性增加，给圆锯片张紧设备带来了挑战。

图7不同屈服强度圆锯片的拉应力

图8轧制深度为10时轧制力随屈服强度的变化

参考书籍:

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