【摘 要】
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材料加工技术的研究方法主要分为传统物理实验方法、有限元方法以及解析法。依靠解析法为主,同时传统物理实验法和有限元法作为辅助,能够很好的提供验证和支撑。材料在变形区域经过分块微分求解,整体积分计算,最终得到解析计算结果。该结果能够很好的分析材料的变形过程,为研究变形机理,总结归纳加工解析模型提供有力依据。由于解析模型能够适用于工业自动化生产中,因此对于加工技术有着直接和关键的推动作用。本文基于材料自
【基金项目】
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国家重点研发计划项目“扁平材全流程智能化制备关键技术”； 国家自然科学基金重点项目“基于大规模数据驱动的轧钢过程故障诊断及自愈控制”； 国家自然科学基金面上项目“薄带材冷连轧非稳态耦合过程的在线感知与多机架动态协调优化”；
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材料加工技术的研究方法主要分为传统物理实验方法、有限元方法以及解析法。依靠解析法为主,同时传统物理实验法和有限元法作为辅助,能够很好的提供验证和支撑。材料在变形区域经过分块微分求解,整体积分计算,最终得到解析计算结果。该结果能够很好的分析材料的变形过程,为研究变形机理,总结归纳加工解析模型提供有力依据。由于解析模型能够适用于工业自动化生产中,因此对于加工技术有着直接和关键的推动作用。本文基于材料自身和加工方式的对称与非对称性质创新性地将材料加工过程分为:对称材料的对称加工,对称材料的非对称加工,非对称材料的对称加工和非对称材料的非对称加工等四种不同过程。并针对实际生产问题,选取对称厚板使用对称差温和蛇形异步轧制改善心部铸态组织,选取非对称三明治材料和偏心芯棒,使用对称轧制和非对称等径角挤压手段调整材料初始非对称性质。以差温轧制为例研究对称材料的对称加工过程。通过表面对称温度处理形成厚向对称温度梯度,进而产生对称变形抗力梯度。在厚度方向上划分待定的2m个厚度单元层,同时对于该m的取值也给出相应解析限定。根据中性面位置与m值关系分类讨论,使模型适用性更加广泛。使用迭代方式计算各单元层终轧厚度值,并使用对称差温轧制和对称铆接试样进一步验证解析结果的精确性。以蛇形轧制为例研究对称材料的非对称加工过程。基于非对称加工手段预设水平间隔距离,由此产生空间倾角改善建模非对称性质。首次建立6区蛇形轧制模型,并使用精确等效半径在计算中取代非对称辊径。得到蛇形轧制过程厚度变化规律,并给出相应表达形式。使用有限元结果和轧制实验结果验证本文模型精确性。以三明治外层异厚复合轧制为例研究非对称材料的对称加工过程。基于材料非对称属性,分别讨论软硬软和硬软硬两种不同材料的排列顺序。不同非对称材料复合后,最终成品非对称性质各不相同。当外层为软质中间硬质时,材料的非对称性将保存在成品中,当外层为硬质中间为软质时,材料的非对称性将会由对称加工过程削弱。使用铜铝钢三种材料两两组合进行非对称三明治复合轧制实验,由实验测量结果验证解析结论。以偏心芯棒复合等径角挤压为例研究非对称材料的非对称成形过程。当复合芯棒出现偏心时,材料也出现了非对称性。在解析中,注意分析了材料的偏心正负性和内外金属软硬排列的不同,同时考虑到模具的通道转角等影响加工手段的非对称性因素。当软管硬棒复合时,材料的偏心程度减小,当硬棒软管复合时,材料的偏心程度增大。使用非对称的等径角挤压过程来加工非对称的偏心芯棒,达到双重非对称性的耦合。最终通过铜铝挤压实验的测量结果完成对于解析模型计算值的验证。基于对称与非对称性质的解析模型能够更加精确的分析材料最终的变形,随着本文模型在现场的实际应用,将会为材料的加工生产提供更为可靠的理论基础。
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