接触传热对7075铝合金热轧影响的数值模拟

利用deform-3D对7075铝合金厚板热轧过程进行了数值模拟,对热轧过程中的传热现象进行了分析,研究了热轧过程中热传递对轧板温度、应力和应变以及轧制力的影响。结果表明:热轧过程中轧板与轧辊之间的接触传热是影响轧板温度变化的重要因素,低的传热系数有利于降低轧制过程中的温度损失,减小轧制应力,改善轧制变形,降低轧制力。     

基于刚塑性有限元法的AZ31镁合金板材轧制模拟分析

采用刚塑性有限元法对AZ31镁合金板材的轧制过程进行了数值模拟。分析了AZ31镁合金板材同步或异步轧制过程中,上下辊的转速比对板材的应力分布和沿板厚方向的等效应变影响。结果表明:随着上下辊转速比的减小,轧制后板材的应力增加;最大等效应变发生在辊速较大的板材一侧,分布曲线呈"U"型;异步轧制所需的轧制力较小。     

AZ31镁合金六辊温轧综合换热系数的测量及辊系优化

考虑到镁合金较差的低温成形性能,用加热轧辊的方法来轧制常温的镁合金板材。通过热电偶测量加热中的轧辊温度及轧制镁合金板材中心处的温度,并用逆解析法得出轧制过程中轧辊与空气及轧辊与轧件接触区的综合换热系数。以此为基础利用数值模拟的方法研究了轧制工艺参数对轧件表面及心部温度的影响,其中包括轧制速度、不同来料厚度、轧辊直径等因素,找到了使镁合金板厚中心达到200℃以上的轧制工艺条件,为镁合金轧制试验及生产中温度的控制提供了依据。     

异步凸度轧制对AZ31镁合金板坯损伤抑制分析

本文对边部预制凸度的AZ31镁合金板材进行异步轧制数值模拟,分析该工艺对边部损伤的抑制效应及轧制力的变化规律。在上辊与下辊速度比分别为1、1.1条件下,对温度为400℃的平板和边部预制凸度AZ31镁合金板材进行轧制。结果表明,平板轧制时板材边部受到轧制方向较大拉应力作用,异速比的增大使得拉应力峰值减小,沿板宽最大损伤值由0.281增大至0.289;同等条件下,边部预制凸度板材轧制时边部轧制方向拉应力峰值明显减小,异速比对拉应力峰值基本没有影响,沿板宽最大损伤值由0.187增大至0.197。边部预制凸度导致轧制力增大,异步轧制又能够明显降低轧制力,因此异步凸度轧制能够有效控制损伤及弱化轧制力。     

轧辊参数对铝合金薄板冷轧过程应力应变的影响

铝合金薄板轧制过程中,研究轧辊参数对板材应力应变分布和影响对于确定轧辊参数合理范围、实现冷轧精确成形及预测具有重要意义.本文基于ABAQUS建立了铝合金3A21O薄板带材(30 mm×2 mm,宽度×厚度)冷轧成形三维非线性有限元模型,分析了轧辊直径、轧辊转速对板材应力应变分布的影响.结果发现:(1)压下量为50％时,不同轧辊参数下板材应力分布变化较小,应变分布变化较大,等效塑性应变波动范围为1.68～2.83; (2)改变轧辊参数下,伸长应变分布存在三种形式:“凹”字形、梯形和抛物线形;(3)改变轧辊直径后,厚向应变、伸长应变发生较大变化,局部点处应变相差可达17.9％,增大直径和轧辊转速有利于提高厚度均匀性.     

不同加热条件下AZ31镁合金带材轧制过程的数值模拟

利用热-力耦合数值模拟方法分析了轧辊常温轧件加热300℃,轧辊轧件均加热到300℃及轧辊加热300℃和轧件常温三种不同条件时AZ31镁合金带材轧制过程的温度场、应力应变、速度及接触压力变化规律。结果表明:瞬间热效应使热辊热带轧制过程带材温升约30℃,热辊冷带轧制过程轧件温升约150℃;轧制过程速度和等效应变均呈S型变化,中性点靠近出口端,热辊冷带条件下轧件表面和心部等效应变差值随轧制过程变小,有利于均匀形变。在入口端中心的接触压力先增加后减小,随后接触压力缓慢增加,在中性点附近时,接触压力增加到最大值,然后逐渐减小,热辊热带进入稳态轧制后接触压力持续降低。     

终轧工艺对AM50镁合金轧板力学性能和织构特征的影响

采用不同的轧辊温度和速率制备AM50镁合金轧板,研究终轧工艺对镁板力学性能和织构特征的影响。研究表明：在轧辊温度为200°C和轧辊速率为5 m/min条件下制备的镁板的强度（极限抗拉强度：295 MPa;屈服强度：224 MPa）和伸长率（22.9%）之间达到较优组合;在热轧过程中,轧板的屈服强度主要取决于轧制温度,而织构强度则对轧辊速率更为敏感;提高轧制温度或轧辊速率均可改善AM50镁合金板材力学性能的各性异性。     

热辊轧制AZ31镁合金带材过程变形规律研究

本文利用有限元软件DEFORM分析了初始厚度、轧辊温度、压下率及轧制速度对热辊轧制AZ31镁合金冷带材过程接触压力、速度、等效应力、等效应变及等效应变速率分布规律。结果表明：热辊对轧件起到了显著加热作用,轧件温度明显升高,表面与心部温差先增加后减小。接触压力在刚端与塑性交界面急剧增加然后降低,进入塑性变形区再次增加至前滑区降低,从入口端到出口端速度和等效应变呈近似S型增加,等效应力和等效应变速率整体变化趋势是先增加后降低。稳态轧制力随初始厚度、压下率和轧辊温度变化呈近似线性变化,随轧制速度增加呈指数增加。初始厚度增加加大了表面和心部变形速度差及等效应变和应变速率的不均匀分布。相比压下率较小时的压缩变形,随着压下率增加剪切变形量增大,且轧辊热量更易传递至心部,变形更均匀。当轧制速度较大时,表面和心部等效应力、等效应变与等效应变速率差值显著增加,不利于均匀性变形。     

镁合金板材轧制边裂的预测和流变-损伤分析(英文)

研究镁合金板材轧制过程中的温度变化、边裂和轧制力,建立热-力-损伤耦合有限元模型。采用楔形试样研究压下量对温度、损伤和轧制力的影响。结果表明:随着压下量的增加,轧制力增大,镁板的温度降低;当压下量大于51.6%时,发生边裂,此时损伤值大于0.49;镁板轧制中的塑性?损伤是空洞发展、剪切变形和应变积累综合作用的结果。     

轧辊压下量对铜板带连挤连轧的影响

通过采用DEFORM软件模拟铜板带连挤连轧存在微张力时的成形过程,分析了在不同的轧辊压下量下,板带的温度场、等效应力、挤压轮和轧辊扭矩、腔体在Z轴方向上承受的平均载荷和轧制力分布情况。结果表明,增加轧辊压下量,坯料在挡料块、腔体扩展区、模具出口和轧制变形区的温度下降,坯料在模具出口区的等效应力下降,而在轧制变形区坯料的等效应力值增大,轧辊的平均扭矩和轧制力也增大;当轧辊压下量为4mm和6mm时,挤压轮的最大扭矩和腔体在Z轴方向上承受的平均载荷小于轧辊压下量为2mm和8mm时。连续挤压挤出板带尺寸为120mm×10mm,轧辊的压下量为4mm~6mm时,更适合铜板带的连挤连轧。通过试验验证了数值模拟结果的可靠性。     

热处理对铸造高碳半钢轧辊组织性能的影响

通过对铸造高碳半钢轧辊试样进行热处理,研究了不同的奥氏体化温度和保温时间对轧辊组织和硬度的变化情况.结果表明,在920℃至1 000℃之间正火,其性能可满足高碳半钢轧辊的要求,考虑到轧辊工作层,建议正火温度在940℃至1 000℃之间.实践表明:经1 060℃奥氏体化保温,920℃至1 000℃风冷正火,450～550℃回火,轧辊组织均匀,硬化效果好,肖氏硬度达到了50～55 HS.     

水雾化淬火对35CrMnSiA薄钢板的影响

设计了一套水雾化喷淬试验装置研究了立置状态下35CrMnSiA薄钢板在喷淬过程中不同位置的降温变化曲线,还使用DEFORM软件中的Inverse Heat Transfer模块对试验钢板表面的综合换热系数进行了求解。结果表明,当试验钢板在喷口尺寸为5 mm,喷口到表面距离为300 mm,喷口压力分别为0.1、0.2和0.3 MPa的条件下,在450 ℃以上的高温段和200 ℃以下的低温段,钢板的表面换热系数较低,而在中温段可获得较高的表面换热系数。相对于0.1 MPa的喷口压力,0.2 MPa的喷口压力下试验钢板的冷却能力有着明显的提高,而继续增加喷口压力至0.3 MPa,冷却能力提升却不明显。     

非晶制带冷却辊热流与温度场数值模拟

冷却辊温度是影响非晶带材质量的关键因素, 为此应用流体动力学软件FLUENT模拟了冷却辊外壁面沿圆周方向的热流分布,以此为边界条件,采用有限元分析法对冷却辊进行了稳态温度场分析,获得了冷却辊内外壁温度场分布,讨论了冷却辊辊厚和冷却水通道高度对冷却辊温度场的影响规律。结果表明：减小冷却辊厚度可降低冷却辊外表面温度,提高内表面温度;减小冷却水通道高度可以降低冷却辊内外表面温度。通过综合分析,得到冷却辊内外表面温度在一定范围内的最优化设计方案,为非晶带材冷却辊的设计及优化提供理论支持。     

大型船用卷板机卷板成形过程的数值模拟

首先对卷板成形过程进行了理论分析;然后用有限元分析软件ABAQUS对某大型船用卷板机板料滚弯成形及回弹的过程进行模拟,得到了成形件的应力分布与应变分布;研究了上辊不同下压量对其成形过程的影响,分析了滚弯过程中辊子和板料间的法向接触正压力,并将仿真值和理论计算值进行了比较,分析了产生误差的原因.同时,分析了辊子对板料的切...     

非晶带材成形用冷却铜辊内流道传热数值模拟

非晶带材成形采用急速冷却方法,其中冷却铜辊内流道设计是非晶带材成形装备研究中的关键问题。根据带材成形的冷却工艺要求,提出了冷却铜辊内流道设计准则。在此基础上,设计出4种典型的冷却铜辊内流道结构。采用流-固耦合传热方法对所设计的4种不同的冷却铜辊内流道流场进行数值模拟分析,得到了不同流道结构所对应的压力场、温度场随进水流量的变化规律。为了评价内流道的换热能力,提出了内流道综合换热系数作为量化换热能力的指标。分析表明:散射肋形流道进出口压降较小,且其换热能力优于其他3种结构,适用于冷却铜辊内流道结构。     

Prediction model for surface temperature of roller and densification of iron powder during hot roll pressing

The hot roll pressing of iron powder with several rotating speeds was carried out on a pilot-plant scale. From these experiments, it was confirmed that the surface temperature of roller was increased with increasing its rotating speed. It was also known that the heat transfer coefficient between the iron powder and the roller surface is closely related with the rotating speed of roller. These results were quantitatively described by using a mathematical model which was derived based on the steady-state heat transfer during hot roll pressing. In addition, the densification behavior of iron powder during the hot roll pressing was simulated by a finite element model based on the arbitrary Lagrangian and Eulerian (ALE) method and a yield criterion for metal powder. From these models, the maximum critical rotating speed of roller during the hot roll pressing, in which the roller could hold out against the thermal fracture, could be determined.     

大型轧辊喷雾淬火过程温度场数值模拟系统的开发

利用Visual Basic软件开发了大型轧辊喷雾淬火过程温度场模拟软件,并利用此模拟系统对复合轧辊差温加热后的淬火过程的温度场进行模拟计算来验证此系统的准确性,模拟得到了油淬冷却过程中的温度场分布云图以及轧辊不同深度处的冷却曲线,并对其进行了分析;将轧辊的实测温度数据与该系统模拟计算结果进行了比较,结果二者基本吻合,从而可以利用该系统的模拟温度评估淬火热处理工艺的合理性,能够为实际生产提供定量的参考依据.     

镁合金温控轧辊的温度场研究

镁合金板材轧制对工作辊的温度有特殊控制要求,本文采用导热油循环流动传热的方式对轧辊进行温度控制,基于有限差分法建立了轧辊、导热油传热过程的差分模型,利用FLUENT建立了导热油加热轧辊的流固耦合传热模型,并辅以相应的实验验证,给出了其传热过程中轧辊的温升曲线、辊身表面及横截面温度分布。结果表明：在不同的加热条件下,其表面温度分布呈现操作侧温度高、驱动侧温度低的特点,两端的温差范围在5-12℃,且流体温度与速度对其影响较小;轧辊内壁与外壁的最大温差6℃,可近似认为径向温度分布均匀;随着加热时间的增加,轧辊表面温度均呈速率减小的趋势上升,流体温度升高及速度增大时,轧辊温升变快;轧辊停止加热后,其表面温度不会立即下降且持续增长一段时间,这段时间约为5-8分钟,流体的温度和速度对延长的时间影响较小;轧辊表面平均温度的计算值与实验值吻合较好,最大相对误差为8.3%,表明该模型可正确预测轧辊表面的平均温度,作为镁合金板材轧制模型的一部分,利于轧制过程中轧辊的“等温”控制,实现“镁合金板材的等温轧制”控制。     

Temperature and Thermal Expansion Analysis of the Cooling Roller Based on the Variable Heat Flux Boundary Condition

Planar flow casting (PFC) is a primary method for preparing an amorphous ribbon. The qualities of the amorphous ribbon are significantly influenced by the temperature and thermal expansion of the cooling roller. This study proposes a new approach to analyze the three-dimensional temperature and thermal expansion of the cooling roller using variable heat flux that acted on the cooling roller as a boundary condition. First, a simplified two-dimensional model of the PFC is developed to simulate the distribution of the heat flux in the circumferential direction with the software FLUENT. The resulting heat flux is extended to be three-dimensional in the ribbon’s width direction. Then, the extended heat flux is imported as the boundary condition by the CFX Expression Language, and the transient temperature of the cooling roller is analyzed in the CFX software. Next, the transient thermal expansion of the cooling roller is simulated through the thermal–structural coupling method. Simulation results show that the roller’s temperature and expansion are unevenly distributed, reach the peak value in the middle width direction, and the quasi-steady state of the maximum temperature and thermal expansion are achieved after approximately 50 s and 150 s of casting, respectively. The minimum values of the temperature and expansion are achieved when the roller has a thickness of 45 mm. Finally, the reliability of the approach proposed is verified by measuring the roller’s thermal expansion on the spot. This study provides theoretical guidance for the roller’s thermal expansion prediction and the gap adjustment in the PFC.     

模内自驱动跳步冲孔模设计

针对高精度多排孔冲压件,设计了一种新型模内自驱动跳步冲孔模,该模具结构包含:上模的楔块,下模凹模板的驱动机构、同步机构及防翘机构,上模和下模的浮动滚轮机构。设计及优化了板材周边斜齿结构,分析了多排孔分布规律,提出了跳步冲孔的工艺方案。结果表明:上模楔块推动驱动机构的滑块,滑块内的齿形推杆推动事先冲好的板材周边斜齿,在同步机构、防翘机构和浮动滚轮机构共同作用下,实现了等间距跳步冲孔;斜齿的齿顶角和齿根角的优化值均为60°;上、下模的浮动滚轮机构迫使板材在上滚轮和下滚轮之间滚动,将滑动摩擦变为滚动摩擦,极大地减少了零件表面的划痕缺陷。