铝带坯连续铸轧过程热力耦合有限元分析
湛利华!李晓谦!唐朝阳!钟!掘
中南大学!长沙!,!%%S #
!!摘要"
根据铝带坯连续铸轧过程瞬态凝固#流变成形的特点!同时考虑影响辊套与铸坯传热界面的接触热导问题!建立了铝带坯连续铸轧过程热力耦合有限元分析模型$在对A V N :2:有限元分析软件进行二次开发的基础上!探索了适合于铝带坯连续铸轧这一复杂多重非线性问题热力并存耦合分析的途径!得到了铝带坯连续铸轧过程的温度场及应力J 应变场的分布规律$仿真分析结果与实测结果进行了对比分析!二者基本相符$
关键词!连续铸轧"热力耦合"二次开发"接触热导
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收稿日期!"%%,J %’J !,
基金项目!国家重点基础研究发展计划资助项目#!’’’%&%,’%&
$%!引言
铝带坯连续铸轧是一个十分复杂的金属凝固成形过程%它把传统的铝带成形工艺中的铸造与
热轧过程融为一体&!’%但又并非简单的组合(金
属一方面要完成连续冷却)凝固%另一方面又要在轧制力的作用下产生一定的塑性变形%二者相互影响%
相互制约(铝带坯连续铸轧在大大简化生产流程的基础上%同时也使得其自身的工艺过程与装备变得复杂(
随着我国铝加工工业的快速发展%对连续铸轧技术提出了越来越高的要求(由于传统的铝板带双辊连续铸轧工艺技术的局限性%生产的铝板带已经不能满足国内和国际市场多合金)多品种的需求%需要不断改进现有的常规铸轧工艺(目前%各国都在致力于开发新的铸轧工艺技术%如超薄快速铸轧新技术等(为此%需要深入研究铸轧%尤其是快速铸轧过程中的金属凝固及塑性成形规律"需要对铝带坯铸轧过程进行仿真研究%为铸轧
过程控制)铝带坯快速铸轧的塑性变形和铸轧工艺参数规律等研究工作提供基础"同时%通过对铸轧过程的温度场)应变场和应变速率场的分布与变化规律进行分析%为预测铸轧件轧后金属组织和力学性能提供依据(
连续铸轧过程中%金属从高温熔融状态被瞬态冷却)凝固并轧制成形%在铸轧区内的温度变化很大%平均温度梯度达"%%g *C B 以上"同时%金属在轧制成形过程中承受大的塑性变形%变形程度往往达到-%b %甚至更高(准确分析连续铸轧过程中的温度和应力变化通常不应把温度场的求解和应力场的分析割裂开来%因为除了温度变化对结构变形和材料性质产生影响外%结构变形也会反过来改变热边界条件等%进而影响温度的变化%也就是说%在连续铸轧过程中的温度和变形两种不同场变量之间存在很强的相互作用(许多学者开展了铝带坯连续铸轧过程的理论研究工
作&""R ’
%但由于铸轧过程的复杂性以及现有的有
限元分析软件的局限性%他们在分析过程中往往采取一定的简化%对连续铸轧过程中的温度场和变形场分别进行研究%间接考虑它们之间的相互
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