铝合金中厚板热轧过程中“翘曲—应变”耦合预测与控制

发布时间：2020-06-18 00:28

【摘要】：铝合金以强度高、韧性好、价格低廉等优点广泛的应用在各个工程结构中。蛇形轧制为一种新型轧制加工厚板技术手段,不仅可以使厚板中心部位发生充分变形,同时破碎铸造状态下的粗大晶粒,实现板材从铸造组织完全转化为加工组织。另一方面,蛇形热轧的工艺特点的原因,会将造成板材发生翘曲现象,这样会阻碍轧件进入下一个道次,严重情况下还有可能导致轧件撞向轧机,造成严重的工业事故。由于其发展属于初级阶段,大多数研究只对单一工艺参数的规律探索,因此综合考虑各个工艺参数,控制厚板板形,并改善轧件沿厚度方向上变形,对蛇形轧制的发展进步很有必要。本文以7075铝合金为研究目标,运用ABAQUS仿真软件,研究蛇形轧制数值模拟技术,并借助神经网络的非线性映射能力和遗传算法优化能力对厚度方向上平均等效应变和厚板翘曲因子的耦合预测和控制。本课题研究结果如下:(1)通过蛇形热轧模拟仿真,研究了初始厚度、异速比和压下量分别对翘曲因子的影响。(2)通过研究材料本构模型、摩擦模型、热边界条件等关键技术,构建铝合金厚板蛇形轧制的有限元模型,以便获取神经网络的训练样本,翘曲因子测量实验表明有限元仿真值与测量数据较为吻合,两者之间仅存在13%左右的误差。(3)利用正交实验设计方法选择输入样本,借助神经网络的非线性映射能力,通过有限个训练样本构建平均等效应变和翘曲因子的耦合预测模型,预测值与相应的有限元仿真值比较结果表明预测误差不超过7.2%。(4)在翘曲因子不超过一定阈值的情况下,建立使平均等效应变达到最大的轧制工艺参数优化模型,通过板件平均等效应变构造个体适应度函数,提出轧制工艺参数优化模型的遗传算法求解技术。提出的“有限元分析-神经网络预测-遗传算法优化”一体化控制方法,不仅能够提高板材轧制过程仿真的计算效率,而且能够实现铝合金厚板轧制工艺参数的合理设计与选择。
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG339
【图文】：

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图 1-1 铝合金厚板产品合金及其板材工艺简介7075 铝合金业中，因为纯铝的强度很低，所以纯铝不适合被制成一些用于工业中械零件。为提高改善铝制材料的力学性能，通常情况下可以在纯铝中融金属或金属元素，形成铝金属合金，使铝的性能和组织结构发生变化强铝材料的综合性能和强度。常规合金元素有磷、镁、铁、碳、铅等。合金生产过程中，大部分国家工业标准都是按铝合金中主要掺杂金属元对其进行区分命名，它分为工业纯铝（1XXX 系），Al-Cu 合金(2XXX 合金（3XXX 系），Al- Si 合金（4XXX 系），Al- Mg 合金（5XXX 系）合金(6XXX 系)，Al- Zn- Mg- Cu 合金（7XXX 系）,Al- Li 合金（8XXX

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B、Zr 和 Ti 等元素。在铸锭均一化退火处理的时候，Cr 元素和弥散的质点，弥散的质点可以有效地阻碍晶界的位移及位错，可以抑制结晶晶粒的增长，这样不仅增加材料的强度的同时依良好的抗应力和耐腐蚀性。Zr 元素在对铝合金有显著的影响，了再结晶温度，使通过热处理的铝合金经历低温和高温形变，晶组织，还增强了铝合金的可焊性、抗应力、耐腐蚀性、断裂 Ti 元素对铝合金的再结晶温进行了大幅度提升，铝合金在铸粒尺寸，抑制了晶粒的增长。7075 铝铝合金各类材料性能指标总结得出，7075 铝合金是强度温强度和塑性方面较低的金属材料。7075 铝合金适用于工下的受力结构工件[5]。7075 铝合金在航空飞行器制造中使用较的结构金属材料。7075 铝合金通常制造飞行器内部结构和要力强的结构工件，例如飞行器机翼面壁板，桁架等[6]。图 1-2 行器结构中的具体应用实例。

【参考文献】