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镁合金在室温时的塑性成形能力差,热加工温度范围窄,通常采用热轧、温轧生产镁合金板带。镁合金在轧制变形区温度发生剧烈变化,而轧辊温度又是影响轧制变形区热量分配以及轧辊热辊型的重要因素,因此研究新型轧辊的预热温度场及轧制过程中的冷却温度场对合理提出轧辊冷却措施及调控策略具有十分重要的意义。镁合金板材轧制对工作辊的温度有特殊控制要求,基于目前轧辊预热、冷却环节存在的问题,本课题组提出了一种新型的温控轧辊—内部布有导热油、冷却油流动通道,通过改变流体的温度和流速来控制轧辊温度。为了达到轧辊恒温控制的目的,本文主要从轧辊预热和镁合金板材轧制过程中对轧辊的冷却控制两个方面进行基础研究。在轧辊预热阶段,本文从理论计算、有限元数值模拟两个角度对轧辊在不同导热油温度、流量下的温度分布和温升曲线进行了研究,并且辅以相应的实验验证,为实际的轧辊预热以及轧制过程中轧辊的补温提供理论指导。在镁合金板材轧制阶段,当轧制工艺确定后,单位时间进入轧辊的热量也随之确定,研究轧辊的恒温控制实质是研究内部冷却油对轧辊温度场的影响,即轧辊温度对不同冷却油流速的响应。基于ABAQUS/Explicit有限元分析软件,本文分别建立了热力耦合轧制模型、等效传热模型。轧制模型用来分析不同轧制工艺参数下轧制变形区镁板的温度分布、轧后镁板的平均温度以及轧辊表面温度,并且通过实验验证该模型;等效传热模型主要用来分析轧辊在不同冷却换热系数和轧辊初始温度下的热平衡温度及达到热平衡的时间,并且通过轧制模型验证该仿真模型的有效性。研究结果表明:(1)新型轧辊温控装置加热的轧辊,可以解决轧辊轴向、周向、径向温度分布不均匀的问题;同一流体温度下,轧辊表面温度随着流速的增大而增加,但是增幅不明显,这是因为流速的增加导致对流换热系数的增加,限于流速的增幅较小,故而轧辊表面温度增幅不大;同一流速下,轧辊表面温度随着流体温度的升高有明显增加,这是因为流体温度的升高一方面使对流热系数增大另一方面使流固之间的温差增大,从而增强了流固间的换热效果,表现为轧辊表面温度的明显提升。(2)基于热力耦合轧制模型建立的轧后AZ31镁合金中厚板平均温度与轧辊温度、轧制速度、轧制压下量以及板材厚度的经验公式能很好地预测实际轧后镁板的平均温度。(3)新型轧辊温控装置可以对轧辊起到较好地冷却效果,经该装置冷却的轧辊具有径向温度梯度大的特点,根据温度范围分为三个区域:预调温区、过渡区以及冷却区;轧辊的预热温度越高,轧辊表层的热平衡温度越高,相应达到热平衡温度的时间越短;冷却换热系数的大小直接影响轧辊冷却区的温度及范围,间接影响预调温区的温度及范围;冷却换热系数存在一最优值,即当冷却换热系数小于最优值时,增大对流换热系数可以起到很好地冷却降温效果;当冷却换热系数大于最优值时,冷却换热系数的增大对轧辊冷却降温影响不显著。本文研究结果对镁合金板材轧制前轧辊加热工艺和技术的研发及应用、镁合金板材轧制过程中轧辊的温度控制以及轧后镁板的温度预测有一定的理论指导,作为镁合金板材轧制模型的一部分,利于轧制过程轧辊的“等温控制”,实现“镁合金板材的等温轧制”控制。