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铝板带坯连续铸轧技术已成为当今世界上生产铝板带的重要方法之一,目前世界上铝轧材坯料的30%左右,我国的70%以上都是通过铸轧生产的,且所占比例正在迅速增加。90年代以来,世界上从事铸轧生产的各大公司,都在努力挖掘连续铸轧的技术潜力,希望通过提高铸轧速度、降低铸坯厚度来提高生产效率,相应地也进行了一系列的试验和研究工作。由于具有效率高、成本低等优点,数值仿真技术尤其是有限元方法在连续铸轧研究中得到了广泛应用。
本文利用大型有限元分析软件MARC对连续铸轧过程进行热力耦合分析,着力研究了以下问题:
1. 基于刚粘塑性理论和基本传热方程,综合考虑铸轧辊辊套和铸坯的弹塑性变形对温度场和应力场的影响,建立了热力耦合数学和物理模型;
2. 基于纯铝高温流变本构方程和接触热导模型,通过MARC用户子程序接口,对MARc进行了二次开发,并对仿真和数值模型进行了修正,准确的模拟了铸坯从液态到固态直至铸坯出口温度稳定这一整个立板一稳定铸轧过程;
3. 全面、系统地分析了不同工艺参数,主要是铸轧速度、铸坯厚度和辊套材料导热系数,在超薄快速铸轧条件下对铸坯、辊套温度场和应力场分布的影响,为连续铸轧特别是超薄快速铸轧提供工艺参数匹配规律的指导性依据;
4. 根据实地工业实验情况,建立了铸轧过程的连续提速和连续压下有限元分析模型,以更准确的分析铸轧速度和铸坯厚度对温度场和应力场的影响,从而更好的为铸轧工艺提供技术指导;
5. 建立了轧辊和铸坯的三维热力耦合模型,分析了铸坯入口温度场对出口温度场分布的影响,初步探讨了局部热带的形成原因,为后续研究奠定基础;
6. 对铸轧工艺进行了板面温度和轧制力的测试,并采集了相关数据。通过实验研究,验证了模型和相关结论的正确性。