大强度小弹性模量金属板带轧制力模型研究

发布时间：2017-08-16 13:16

  本文关键词：大强度小弹性模量金属板带轧制力模型研究

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【摘要】：因为具有强度高、密度小、耐蚀耐热性能优异、无磁性等优点,近年来钛及其合金越来越受到人们的关注。被称为继钢铁和铝之后的“第三金属”和“战略金属”,并被广泛应用于各个工业领域。由于其强度大、弹性模量小、精确轧制成型比较难,目前进行板厚和板形的控制时基本采用“边看边轧,反复擀平”的轧制方式,生产效率很低。轧制力在冷轧生产过程中是一个重要的工艺参数,其设定的精确性直接影响到板带板形和板厚的精度控制,同时也是实际轧制过程控制的基础,因此提高轧制力的预报精度,对于提高板厚板形控制效率与精度具有重要的意义。本文首先以典型的TC4(Ti—6Al—4V)合金为研究对象,用X射线光谱仪测得试件精确化学成分。用电子万能试验机测得应力应变曲线。采用ABAQUS软件建立轧制模型,仿真模拟了不同轧制参数(轧辊半径、摩擦系数、来料厚度、压下率、前张力、后张力)对于变形区的组成、接触弧形状以及轧制压力分布的影响,得到大强度小弹性模量金属板带在冷轧时的基本规律。其次,基于有限元仿真得到的规律和弹塑性变形理论,推导出大强度小弹性模量金属板带轧制过程中入口弹性压缩区、塑性变形区和出口弹性恢复区三区的接触弧形状和轧制压力分布模型。再次,在二辊轧机上进行了TC4轧制实验。采用工程中常用冷轧轧制力公式(M.D.Stone公式与Bland—Ford—Hill公式)计算值与实验值对比,结果相差较远,表明常用的冷轧轧制力公式不适用于大强度小弹性模量金属板带。采用本文推导的轧制力模型求得的轧制力与实验值吻合良好,显著提高了轧制力计算精度。最后,模拟了强度、弹性模量与金属板带出口弹性恢复的关系,从弹跳方程角度考虑反弹对于轧后厚度的影响,给出了考虑轧件出口弹性恢复的空载辊缝值精确设定方程,为提高有限元模拟和实际轧制效率提供了有效工具。
【关键词】：大强度 小弹性模量 金属板带 轧制力 反弹
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG339
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 课题研究背景10-13
• 1.2 课题国内外研究现状及分析13-17
• 1.2.1 钛合金产销量现状分析13-14
• 1.2.2 目前我国钛行业存在的突出问题分析14-16
• 1.2.3 国内外钛合金板材轧制理论研究现状分析16-17
• 1.3 本课题研究意义17-18
• 1.3.1 钛合金应用前景及现状分析17
• 1.3.2 钛合金轧制研究必要性分析17-18
• 1.4 本课题的主要研究内容及方法18-20
• 第2章 钛合金板带轧制过程仿真分析20-38
• 2.1 ABAQUS软件简介20-22
• 2.2 TC4（Ti-6Al-4V)成分验证及室温压缩实验22-25
• 2.2.1 TC4（Ti-6Al-4V)成分验证实验22
• 2.2.2 TC4（Ti-6Al-4V)室温压缩实验22-25
• 2.3 钛合金板带轧制过程有限元模型建立25-27
• 2.3.1 轧制过程平面模型建立25
• 2.3.2 材料属性定义25-26
• 2.3.3 仿真模型网格划分26
• 2.3.4 模拟仿真及结果26-27
• 2.3.5 边界条件定义与设置输出结果27
• 2.4 模拟结果提取及分析研究27-37
• 2.4.1 各个参数对变形区长度的影响分析28-32
• 2.4.2 各个参数对单位轧制压力的影响分析32-37
• 2.5 本章小结37-38
• 第3章 轧制力学模型理论推导38-45
• 3.1 总轧制力理论解析式38-39
• 3.2 接触弧形状分析及理论解析式推导39-40
• 3.3 轧制压力分布理论解析式推导40-41
• 3.4 求解过程41-43
• 3.5 仿真模拟与理论解析结果对比分析43-44
• 3.6 本章小结44-45
• 第4章 TC4轧制试验结果与理论计算值对比分析45-60
• 4.1 实验设备简介45-47
• 4.2 钛合金轧制实验材料准备47
• 4.3 钛合金轧制及参数测量47-52
• 4.3.1 钛合金板带来料厚度检测47-49
• 4.3.2 钛合金板带轧后厚度检测49-50
• 4.3.3 钛合金轧制试验轧制力提取50-51
• 4.3.4 钛合金轧制试验轧制速度测定51-52
• 4.4 钛合金板带轧制力理论解析52-58
• 4.4.1 M.D.Stone公式53
• 4.4.2 Bland—Ford—Hill公式53-54
• 4.4.3 Hitchcock公式54-55
• 4.4.4 轧制力显示化解析55-58
• 4.5 试验结果与传统理论计算结果对比分析58
• 4.6 试验结果与推得理论结果对比分析58-59
• 4.7 本章小结59-60
• 第5章 大强度小弹性模量板带轧制空载辊缝研究60-65
• 5.1 出口弹性恢复大小的影响因素分析60-61
• 5.2 反弹理论公式与仿真模拟对比分析61-63
• 5.3 反弹与空载辊缝设定研究63-64
• 5.4 本章小结64-65
• 结论65-67
• 参考文献67-71
• 致谢71

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本文编号：683488