simufact.formingV12环轧模块参数设置详解

samwalt1985

    大家通过我之前的帖子应该可以了解，simufact.forming在自由锻方面的功能较为强大，参数设置也很多，很多设备的运动可以实现自动控制，这段时间恰好有时间，就跟大家一起聊一聊环轧模块的参数设定。关于环轧的相关工艺知识，大家有兴趣的可以到网络上查找资料学习一下。

     环轧的仿真一直是所有轧制仿真中最为复杂的，因为实际环轧设备中的运动就较为复杂，比如：抱辊的运动是被动的随着环件的长大沿着固定的圆弧轨迹运动，且由于与环件接触，发生被动旋转。端面轧辊为主动旋转（旋转轴与总体坐标成一定角度），而且需要随着环件的长大后退，或者对环件高度方向进行控制。主动辊需要主动旋转（绕自身轴），芯辊需要沿环件径向进给，同时芯辊由于与环件接触，还会发生被动的旋转。以往我们都是手动的通过轧制理论或简化模型来实现对环轧工艺的仿真，基于Abaqus软件，通过计算出抱辊的轨迹和适当的添加边界条件实现对抱辊的控制，是以往较为流行的方式，而其它的软件如Deform、forge也号称有专业的环轧模块，但是通过大家的使用发现，Deform和forge的环轧模块对环轧工艺有太多的简化，无法对真实情况进行仿真，比如在Deform和forge中默认环件中心始终与主动辊和芯辊的中心在一条直线上，且直接不考虑抱辊对环轧的影响。而实际环轧中会遇到由于工艺参数的不合理造成轧制过程中的失稳，这就无法通过Deform和forge软件计算出来。详细的情况，已经有很多相关资料可以参考，这里就不复述了。

     以往国内外就有研究人员基于Abaqus进行二次开发，实现了对抱辊和端面轧辊的自动控制，原理基本上都类似，simufact.forming中的环轧模块也是联合德国亚琛工业大学和SMS-MEER联合开发而来，早期的版本（10.0）中与SMS-Rolltech软件还有接口，可以导入相关的参数进行计算。

     simufact.forming中的环轧模块中（RAW卧式环轧和MERW立式环轧），对于抱辊和端面轧辊可以实现自动控制，对于环轧仿真来说极为方便，所以使用时有一些需要注意的地方，特别是在前期CAD模型建立导入的时候。

注意：如下图所示，在建模的时候请将总体坐标系中XYZ平面的中心置于主动辊中心（涉及抱辊及端面轧辊的自动控制），如果端面轧辊为手动定义设备运动，使其沿径向后退，则无需是Z轴中心位于主动辊中心。同理于抱辊。

一般来说，simufact.forming对于抱辊的控制还是比较精确的，如下图所示，为抱辊X向中心随时间变化曲线（仿真与实际对比）

    下面来解释一下RAW卧式环轧设备控制参数，RAW卧式环轧一般用于轧制大型环件，而MERW立式环轧一般用户小型环件的轧制，关于这两个设备的区别，大家有兴趣的可以在网络上查找相关的资料进行学习。

RAW设备控制界面如下图所示，图中个参数的含义及定义

1、在下拉框中选择对应模具作为主动辊，根据不同的方法来确定工件的直径，手动定义或者由软件自动根据主动辊几何模型读取最大直径；

2、在抱辊和端面轧辊移动或旋转之前，为RAW控制定义初始增量步，默认的设置是立即开始RAW控制；

3、在模拟分析中，选择边界框或主动辊与测量辊之间的距离来帮助计算工件直径，如果使用测量辊，需要选择和定义其直径，与MERW（立式环轧）相比较，一般测量辊由弹簧控制接触环件；

4、如果抱辊1被RAW控制（注意右边的小图，抱辊1和抱辊2的区别，抱辊1是位于X轴正方向的轧辊，抱辊2是位于X轴负方向的轧辊，这两个别选择反了），激活这个选项，选择对应的轧辊和定义直径，并指定他的位置控制参数（实际设备中抱辊连接着连杆和液压缸，绕固定圆心和半径随着环件的长大而被动沿着固定圆弧运动），simufact.forming设备控制中也同样使用的半径、高度、长度，注意其高度、长度的定义（这些参数最好由实际设备获取，不然会影响计算精度）；

5、同抱辊1，如果抱辊2被RAW控制激活这个选项，选择对应的轧辊和定义直径，并指定他的位置控制参数，simufact.forming设备控制中也同样使用的半径、高度、长度，注意其高度、长度的定义（特别注意抱辊2的H应该设定为负值，一般来说如果定义了抱辊1，勾选抱辊2的时候，simufact.forming会自动定义抱辊2的参数）；

6、一旦在抱辊上X方向上的力超过给定的限制力，RAW将停止对这个轧辊的控制，这个轧辊将会被力控制并维持给定的力，请注意：这是一次转换，他将不能被转换回RAW控制，默认的设置是不转换，尽管有个0KN力的显示；

7、如果这个选项被激活，对应的轧辊被选择（同抱辊一样，注意所选中端面轧辊与右图中的对应。端面轧辊1为Z轴正方向的轧辊），端面轧辊位置自动控制被激活，这个端面轧辊Y方向位置的移动与工件中心同时移动，使用“automaticwith positioning”时，程序会在开始计算时，便将端面轧辊定位到与环件中心重合，然后随着环件长大，环件中心后退，同时后退。使用“automaticwithout positioning”时，端面轧辊先在固定位置，一旦环件中心移动到端面轧辊前端轴线中心重合时，端面轧辊才开始随动；

8、如果对应端面轧辊的“Rotationroll”被激活，则端面轧辊的旋转将与工件的旋转同步，simufact.软件在每个增量步自动计算旋转速度并赋值给端面轧辊，使其主动旋转。端面轧辊需要定义旋转轴（主动旋转，定义3个点）；

9、芯轴由力限制，激活这里，选择对应的芯轴并定义限制力，请注意：这是一次性转换，他将不能被转换回RAW控制，默认设置是不转换，尽管显示为0KN；

10、激活这个选项，切向网格能够在主动辊与工件接触区域被细化（需要在ringmesh里面设定细化区域critical part），这里面有两种remesh的方式，一种是维持这个细化区域的范围不变，可能每当工件旋转一个小角度，细化的网格也旋转了同样的角度，要维持这个区域不变，后台就会马上按照设定的区域进行remesh，经过试验，可能每计算一步就进行一次网格的remesh，另一种方式正好相反；

A、一旦此处被激活，软件自动读取对应几何体的直径，如果几何体改变，还需要我们需要手动更新一下；

B、一旦此处被激活，模型中抱辊将会根据设定的参数被放置到指定的位置，一般不需要激活；

以上为simufact.forming软件中卧式环轧RAW参数的详细说明，注：V11.0及以前版本中无法实现端面轧辊的自动后退与旋转

    下面针对MERW立式环轧设备进行相关的说明，MERW立式轧机与卧式轧机控制有不同的地方，最主要不同时MERW立式轧机中主动辊Main roll为主动进给并旋转，而卧式轧机中，主动辊不进给，只是主动旋转。同时MERW中只有一个抱辊，抱辊设置与卧式环轧设备中相同，在MERW中Simufact.forming软件需要通过测量辊（metering roll）来测量环件外径，测量辊需要定义弹簧，使其在加工过程中顶住环件。同样，使用MERW设备时，建模初期，也需要注意相关的坐标系。与RAW不同，XY的中心需要与芯辊中心重合。

如上图设备控制界面所示，这里面有几个关键的参数：

1、Startvelocity of roll（V1）主轧辊初始进给速度；

3、endvelocity（V2）环件达到指定外径（D2）时，主轧辊的进给速度；

2、calibrationvelocity（v3）对环件进行精整时，主轧辊进给速度；

8、Initialouter diameter of workpiece（D1）工件初始外径；

9、Switchdiameter of workpiece（D2）工件达到改指定外径，主轧辊进行速度转换（V1—V2转换）；

10、Finalouter diameter工件最终外径；

6、Nr.Rotation精整时，主轧辊旋转圈数；

4、Rotation主轧辊转速；

5、Max.presstime最大设备作用时间，由于所有的参数均是基于轧辊外径来定义，无法精确得知环件外径在何时达到规定尺寸，一般可将此处设置一个较大的时间，当程序计算到指定的外径，程序会自动停止计算。如果定义过小，有可能会出现，环件还未达到规定尺寸，计算便停止；

7、Directionof main roll主轧辊旋转方向定义，正向/反向；

11、参考RAW设备抱辊说明

12：旋转对应的轧辊，注意位置关系。