AZ31镁合金轧制辊系弹性变形及其对板材成形的影响

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镁合金板材轧制是一种可以获得高强度、更好的延展性和多样化力学性能的变形手段,也是镁合金板材实现大规模工业生产最经济有效的方法,因此轧后镁合金板材成形对于其工业化应用极为重要。但是镁合金轧制过程中容易造成各种板材缺陷,且板材成形质量的影响因素有很多。现阶段,板形预测和板形控制是镁合金板材轧制成形研究中最重要的模块,相关研究存在诸多问题,所以仍是镁合工业化应用需要研究的重要方向。本文以板材轧制成形理论和轧辊弹性变形计算理论为基础,阐述了有限元法在轧制中的应用,并根据实际轧制情况,以实验室二辊轧机为参照,将轧辊设置为弹性变形体,建立了AZ31镁合金板材轧制弹塑性有限元模型,通过对模拟结果进行总结分析,得到了轧制力的变化规律,分析了不同轧制工艺参数如压下率、板材宽度、轧制速度和轧制温度等对轧辊弹性变形程度的影响,并利用最小二乘法通过非线性回归,建立不同轧制参数下轧辊弹性挠曲和压扁变形模型,经验证,相关模型具有良好的拟合优度;此外,从轧后镁板的纵横向厚度差变化以及表面残余应力的大小和分布规律这几方面来衡量各轧制工艺参数对板材成形的影响,为准确地判断板材质量影响条件提供了一定的分析依据。为了验证本文所建AZ31镁合金板材轧制弹塑性有限元模型的准确性,采用实验室二辊轧机进行了轧制试验,并将实测结果与模型计算值进行对比验证,吻合情况良好。其中,获得的主要结论有:(1)压下率对工作辊弹性变形的影响较大,工作辊弹性挠曲度和压扁量随压下率的增加而增加;在轧制不同宽度镁板时,工作辊的弹性压扁量沿轧辊轴向长度分布形状均比较一致,变化趋势呈现出“帽檐”状;轧制速度越大,轧辊变形越大;轧制温度越高,轧辊变形越小。(2)压下率不同时,沿轧制方向轧后镁板的纵向厚度偏差波动很大;轧制宽度和轧制速度对纵横向厚度差均有明显的影响,厚度差的波动范围随宽度和速度的增大而增大;轧制温度对轧后镁板横向厚度偏差值的波动范围影响较大,随着轧制温度的升高,轧后镁板中部和边部的厚度差越来越小。(3)轧后镁板表面的残余应力值受轧制速度和温度的影响较为明显,残余应力最大值随速度和温度的增加而减小;残余应力的分布随着轧制温度的增大而变得更加均匀和稳定。
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