5052铝合金热粗轧建模与轧制力预测研究

摘要

现代金属轧制过程的控制非常复杂,它涉及到压力、速度、流量、温度等大量物理参数,以及弹性变形、塑性变形、热一力耦合等复杂过程、工件内部组织结构与性能的变化等多方面的问题。从控制的角度来看,金属轧制过程具有典型的多变量、非线性、强耦合的特性。随着铝合金轧制技术的发展,数学模型的应用在热粗轧轧制规程设定中占有重要的地位。数学模型的合理与否对轧制过程中能耗的降低、产品质量的提高有着重要的影响。因此,设计与实际吻合的数学模型,在生产实际中有着积极的作用和意义。本文参考大量国内外文献,以某厂单机架双卷取铝热轧机热粗轧过程数学模型为主线,对轧制温度模型、变形抗力模型、轧制力模型等进行了研究。
　　 本文首先针对铝合金单机架热轧的特点,以传热学理论为基础,分析了轧制过程中引起轧件温度变化的主要因素热辐射和对流、与轧辊接触产生的热传导和塑性变形功等对温度变化的影响,得出了铝合金热轧过程中轧件温度的计算模型,并与实际板带测量温度对比吻合较好。以此温度模型计算的轧制温度作为此后计算变形抗力的依据。
　　 其次,通过设定不同的变形温度、应变速率,在Gleeble-1500热力物理模拟试验机上对5052铝合金进行单道次等温热压缩变形实验。详细分析了变形温度、应变速率和变形程度对材料变形抗力的影响,在变形温度300～500℃,应变速率0.01～20s-1的变形条件下,通过数据拟合,建立其本构方程和确定热变形材料常数,获得了5052铝合金的变形抗力数学模型。
　　 在计算机控制的板带热轧生产中,轧制力设定是一个非常重要的环节。它是轧制过程数学模型的核心,其设定精度将直接影响板带的质量。本文以经典轧制理论为依据,详细分析了轧制温度、轧辊的弹性压扁半径、应力状态系数和变形抗力对轧制力的影响,并建立了铝合金热轧过程的轧制力数学模型。轧制力预测误差基本控制在5％～7％之间。因此本文确定铝板带轧制过程数学模型是切实可行的,基本上达到了预期要求,对实际生产轧制规程的设定和轧制力的预测控制具有一定的指导意义。
　　 本文计算均用MATLAB编写程序,为现场的生产提供了参考,对实际生产轧制规程的设定和优化具有一定的指导意义。