[发明专利]一种超厚板坯多道次轧制工艺的数值模拟方法

说明书

本发明公开了一种超厚板坯多道次轧制工艺的数值模拟方法，包括：建立数值模拟系统；向数值模拟系统输入边界条件、材料参数、工艺参数和模拟控制参数；数值模拟超厚板坯经过各道次的轧制过程，其中：采用有限元法分步数值模拟板坯接触上、下轧辊进入咬入非稳态变形轧制阶段，采用Euler网格的有限体积法数值模拟板坯进入稳态变形轧制阶段；数值模拟完成。本发明可对超厚板坯的整个轧制过程进行准确模拟，模拟精度高、模拟运算时间短，为制订最优、合理的轧制工艺方案提供了可靠的数值依据。

技术领域

本发明涉及一种超厚板坯多道次轧制工艺的数值模拟方法，属于有色金属加工工艺模拟技术领域。

背景技术

高强高韧铝合金厚板是现代航空、航天、船舶制造及交通运输等领域中极为重要的结构材料。热轧是制造高强高韧铝合金厚板工艺中最关键的工序，即变形手段。通过热轧可实现板材的大变形，消除铸造缺陷、细化晶粒，从而增强板材的整体性能。但是，由于受现有轧机开口度及坯料原始厚度的限制，同步轧制难以实现大厚度铝合金板材的充分和均匀变形，造成轧板表面和中心的变形、组织和性能的不均一，产品残余应力过高等问题，成为高强高韧铝合金厚板制造技术中迫切需要解决的难题。

试验表明，错位异步轧制可实现在不增加压下量的前提下，增加被轧制板材的变形量，有利于增加轧板的中心变形，提高轧板变形和组织的均匀性。

如图1所示，错位异步轧制工艺的原理是将异步轧机一侧的慢速轧辊沿轧制传送方向调整一错位量S。由于在异步轧制过程中板坯上、下应变量不同，板坯会向慢速轧辊一侧弯曲，将慢速轧辊向轧制传送方向错位，将会对板坯施加一个与板坯弯曲方向相反的作用力，从而有助于减小板坯的弯曲。

与异步轧制相比，错位异步轧制不仅具备异步轧制的优点，如降低轧制压力、增加了剪切变形、提高轧制精度，同时还能克服异步轧制在厚板生产中板坯弯曲严重的难题。但是只进行单道次的错位异步轧制，铝合金厚板依然会出现弯曲的现象，因此，高强高韧铝合金超厚板的制备必须经过多道次的热轧过程，才能完全消除板坯的弯曲。轧制时的初轧温度、压下量、道次数量、停留时间、异速比等各个因素的改变都会导致板坯最终性能的变化。因此，制订合理、最优的轧制工艺方案是必需的，但这需要清晰、准确地认识各个工艺参数对轧板成形性能有何影响，需要综合衡量出多道次轧制过程中各个工艺参数对最终板坯质量的影响规律。而早期的轧制工艺制定中多采用试错法，但试错法具有实验周期长，浪费人力和物力等诸多缺点。通过数值模拟方法可以快速地对轧制过程进行仿真分析，预测不同轧制工艺下的轧制质量，为工艺优化提供详尽的参考数据，成为金属轧制研究及工艺优化最有力的工具。但是由于错位异步轧制变形过程复杂且属于塑性大变形过程，采用传统的有限元法模拟多道次错位异步过程，计算耗时较长、模拟精度低，急需发展新的数值模拟技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超厚板坯多道次轧制工艺的数值模拟方法，其可对超厚板坯的整个轧制过程进行准确模拟，模拟精度高、模拟运算时间短，为制订最优、合理的轧制工艺方案提供了可靠的数值依据。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种超厚板坯多道次轧制工艺的数值模拟方法，其特征在于，它包括步骤：

1)建立数值模拟系统，数值模拟系统包括传热模型、材料模型、摩擦模型、本构方程、组织演变模型，以及采用CAD软件建立的上、下轧辊和超厚板坯的几何模型；

2)向数值模拟系统输入边界条件、材料参数、工艺参数；

3)数值模拟超厚板坯经过第N道次的轧制过程：

3-1)基于数值模拟系统，采用有限元法分步数值模拟板坯接触上、下轧辊进入咬入非稳态变形轧制阶段；

3-2)基于插值公式实现有限元法模拟向有限体积法模拟转换的各物理场量数据的传递；