5052铝板带热连轧全流程温度计算模型研究

摘要

铝板带温度是铝热连轧工艺的重要参量，其温度分布及其均匀性直接影响产品的尺寸精度、微观组织、力学性能以及轧机负荷的合理分配。由于国内热连轧生产线多由国外引进，轧件温度计算等基础研究薄弱。在生产时仍以传统的解析法建模为主，对实际轧制条件进行了大量简化，各道次温度计算精度较低，尤其在变品种、变工艺轧制时误差较大。为了满足铝板热连轧生产线自主制造及工艺研究需要，本文开展了轧制过程铝板温度计算模型研究。
　　 本文采用实验研究、有限元反算、仿真分析、现场数据验证的方法，对5052铝合金热连轧共15道次轧件温度场变化规律和各种传热方式对轧件温度场的影响进行了研究。主要研究内容包括:
　　 (1)通过DSC实验和热脉冲法实验分别获得了5052铝合金随温度变化的比热和热传导系数;通过热模拟实验获得了5052铝合金不同工况条件下的流变应力，基于周纪华模型建立了5052铝合金流变应力本构模型，并研究了变形温度、应变速率对5052铝合金变形抗力的影响。
　　 (2)依据传热学理论和弹塑性学理论，采用Fortran语言对MARC软件进行二次开发，建立了5052铝合金热连轧热力耦合有限元模型。根据现场实测数据，通过有限元反算确定了接触换热系数中各系数初始值;通过正交试验和BP神经网络训练确定了各系数精确值。
　　 (3)研究了空冷、乳化液、接触传热、塑性变形热及摩擦生热对轧件温度场的影响规律，结果表明:接触传热和塑性变形热影响最大，其次为乳化液冷却，空冷散热和摩擦生热影响较小。
　　 (4)对比分析了仿真结果与5052铝板热连轧现场实测数据，结果表明:两者平均温差为3.74℃，平均误差为0.78％，吻合度较好，表明本文所采用的建模方法及所建温度计算模型是可靠的，可用于其它铝合金品种的热连轧温度预测。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 轧制成形过程数值模拟技术发展现状

1．3 轧件温度计算模型研究现状

1．4 课题来源及研究内容

第二章 5052铝合金物性参数测试与变形抗力模型研究

2．1 5052铝合金热物性参数测试

2．1．1 实验材料

2．1．2 DSC实验

2．1．3 热脉冲法实验

2．2 5052铝合金热模拟实验

2．3 5052铝合金高温流变行为分析

2．3．1 5052铝合金流变应力曲线

2．3．2 5052铝合金高温塑性变形本构方程

2．4 热变形参数对5052铝合金流变应力的影响

2．4．1 变形温度对5052铝合金流变应力的影响

2．4．2 应变速率对5052铝合金流变应力的影响

2．5 本章小结

第三章 铝板带热连轧轧件温度计算有限元研究

3．1 MSC．MARC软件简介

3．2 热连轧温度场模拟热力参数的确定

3．2．1 轧件与环境的热交换系数

3．2．2 轧件与乳化液的热交换系数

3．2．3 轧件与轧辊间接触换热系数

3．2．4 轧件与轧辊间摩擦系数

3．3 铝板带热连轧热力耦合有限元建模

3．3．1 轧辊与轧件材料定义

3．3．2 有限元几何模型

3．3．3 轧件咬入与多道次可逆轧制在MARC中的实现

3．3．4 初始条件和边界条件的定义

3．3．5 MARC软件的二次开发

3．4 接触换热系数反求及优化

3．4．1 正交试验

3．4．2 BP神经网络优化

3．5 本章小结

第四章 铝板带热连轧轧件温度场数值模拟

4．1 5052铝合金热连轧工艺参数

4．2 轧制区力能参数分析

4．3 热连轧全流程轧件温度场模拟

4．3．1 轧前轧件温度场变化

4．3．2 各道次轧件温度场变化

4．3．3 结果讨论

4．4 传热方式对轧件温度场的影响

4．5 数值模拟结果的验证

4．5．1 热连轧生产线检测系统

4．5．2 仿真与实测结果对比

4．6 本章小结

第五章 全文总结与展望

5．1 全文总结

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要的研究成果