连轧工艺对电工用铜杆产品质量的影响研究

发布时间：2017-06-17 01:09

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【摘要】：电工用铜杆是生产电线电缆的中间坯料,具有良好的物理性能和机械性能,被广泛应用于生产各种规格的导线和电缆线。近年来,伴随着国民经济的快速增长,科技和工业水平迅速提高,市场对电工用铜杆的性能也提出了越来越高的要求。因此,生产中应对现有工艺流程进行严格控制以保证产品质量。目前,安徽鑫科新材料铜线厂Φ8mm铜杆生产过程中出现了电机载荷分配差异较大、成品铜杆扭转性能较差等问题。针对这种情况,本文以安徽鑫科新材料SCR3000铜杆连铸连轧生产线作为研究对象,对铜杆生产过程中的轧制工艺及其对产品质量的影响进行了深入研究。轧制工艺直接决定着生产设备的工作能力,影响着最终的产品质量。本文采用材料成分试验、有限元仿真分析、现场测试相结合的方法,对铜杆连轧过程机架间载荷分配差异较大的原因和成品铜杆扭转裂纹的形成机理进行研究。1.通过对裂纹铜杆的高倍观察,确定了铜杆因扭转产生裂纹的类型。借助LECO氧氮氢分析仪和EDS能谱分析,排除了氧元素对铜杆扭转后产生裂纹的影响。2.利用MMS-200热/力模拟实验机对低氧纯铜进行了单道次压缩实验,研究了不同变形温度、变形程度、变形速度对低氧纯铜材料变形抗力的影响规律,并建立了适用于高温、大变形、高应变速率的Johnson-Cook本构模型,为有限元纯铜材料模型的构建做准备。3.基于Msc.Marc有限元软件平台建立铜杆的两道次连轧模型。通过改变机架间速度差,研究了不同堆拉关系对轧件宽展、损伤、前滑以及轧制力、轧制力矩的影响,为多道次铜杆连轧模拟的结果分析提供良好的参考依据。4.利用铜杆实际生产过程中的连轧工艺参数,建立起铜杆分阶段连轧的有限元模型。通过对模拟结果温度场、应力应变场、损伤的分析,可以得出铜杆在连轧过程中温度分布差异较大,表面较心部更容易产生损伤破坏。并通过对连轧过程各机架轧制力、轧制力矩的分析,间接可知机架间堆拉关系存在不合理现象。5.借助无线遥感技术对轧机传动轴扭矩进行测试,通过对测试数据的分析验证了有限元模拟结果的准确性。由于机架间堆拉关系的不合理造成了生产过程中机架间电机载荷分配差异较大。另外,机架间的大张力轧制使得铜杆表面塑性较低的部分容易产生微裂纹形成加工缺陷,从而影响成品铜杆的扭转性能。
【关键词】：电工用铜杆 变形抗力 连轧 张力 有限元 扭转裂纹
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG339
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 引言10-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 电工用铜杆生产概述11-16
• 1.1.1 电工用铜杆生产技术发展11-12
• 1.1.2 铜杆连铸连轧生产概况12-16
• 1.2 国内外研究现状16-19
• 1.2.1 铜杆产品质量研究16-17
• 1.2.2 有限元模拟棒、线材连轧研究17-19
• 1.3 课题研究目的内容及意义19-21
• 1.3.1 研究目的19
• 1.3.2 研究内容19-20
• 1.3.3 研究意义20-21
• 第二章 铜杆连轧及韧性损伤理论21-32
• 2.1 连轧阶段堆拉系数的确定21-24
• 2.1.1 连轧常数21-22
• 2.1.2 连轧机的轧制状态22-23
• 2.1.3 堆拉系数的确定与选择23-24
• 2.2 弹塑性有限元理论及基本方程24-28
• 2.2.1 本构方程24-25
• 2.2.2 屈服准则25-27
• 2.2.3 塑性流动法则27
• 2.2.4 塑性硬化法则27-28
• 2.2.5 虚功原理28
• 2.3 韧性损伤有限元分析28-30
• 2.4 热-力耦合过程有限元分析30-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第三章 低氧铜成分控制及热变形行为研究32-48
• 3.1 低氧铜连铸过程成分控制32-34
• 3.1.1 氧含量对铜杆质量的影响32-34
• 3.1.2 连铸过程氧含量的控制34
• 3.2 铜杆扭转裂纹高倍扫描分析34-37
• 3.2.1 扭转裂纹断口形貌分析35-37
• 3.2.2 裂纹铜杆断面扫描结果分析37
• 3.3 低氧铜氧含量测试分析37-39
• 3.3.1 测试设备与方案38-39
• 3.3.2 测试结果与分析39
• 3.4 热模拟实验方案39-41
• 3.5 热模拟实验结果分析41-47
• 3.5.1 变形温度对变形抗力的影响41-42
• 3.5.2 变形程度对变形抗力的影响42-43
• 3.5.3 变形速率对变形抗力的影响43-45
• 3.5.4 变形抗力的数学模型45-47
• 3.6 本章小结47-48
• 第四章 铜杆连轧工艺有限元分析48-69
• 4.1 纯铜材料模型构建48-49
• 4.2 张力对轧制过程的影响分析49-55
• 4.2.1 有限元模型建立49-51
• 4.2.2 张力对宽展的影响51-52
• 4.2.3 张力对损伤的影响52-53
• 4.2.4 张力对前滑的影响53-54
• 4.2.5 张力对轧制力的影响54
• 4.2.6 张力对轧制力矩的影响54-55
• 4.3 连轧过程有限元模型建立55-59
• 4.3.1 生产工艺分析56-57
• 4.3.2 有限元模型建立57-59
• 4.4 连轧过程有限元结果分析59-67
• 4.4.1 等效应变分析59-62
• 4.4.2 温度场分析62-63
• 4.4.3 轧制力分析63-64
• 4.4.4 轧制力矩分析64-65
• 4.4.5 轧件应力损伤分析65-67
• 4.5 本章小结67-69
• 第五章 基于连轧工艺分析的扭转裂纹研究69-78
• 5.1 精轧机传动轴扭矩研究69-73
• 5.1.1 无线扭矩测试原理69-70
• 5.1.2 无线扭矩测试方法70-72
• 5.1.3 扭矩实验数据分析72-73
• 5.2 连轧过程堆拉关系对载荷分布的影响分析73-75
• 5.3 连轧工艺对铜杆扭转裂纹的影响研究75-76
• 5.4 连轧工艺调整对扭转裂纹抑制分析76-77
• 5.5 本章小结77-78
• 结论78-79
• 参考文献79-85
• 致谢85

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本文编号：456949