铜管坯三辊行星轧制塑性变形机理与组织预测
文献类型：学位论文
| 作者 | 李冰 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2007-02-05 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 金属研究所 |
| 导师 | 张士宏 |
| 关键词 | 铜管坯 三辊行星轧制 有限元（FEM） 温度场 变形机理 组织预测 |
| 其他题名 | Plastic Deformation Mechanism and Microstructure Prediction of Copper Tube Billet during Three-roll Planetary Rolling |
| 学位专业 | 材料加工工程 |
| 中文摘要 | 随着铜管材应用范围的扩大和对铜管质量要求的不断提高，对铜管加工技术进行深入的理论研究具有重大的实际意义。水平连铸－行星轧制法是铜管材生产的关键技术，三辊行星轧制成形又是该技术在铸轧加工成形中的关键工序。三辊行星轧制成形是单道次大变形成形过程，变形量大、温升快、组织演变剧烈，因此对该轧制过程变形场、温度场和组织场都需要深入研究，具有重要的理论意义和实用价值。本文拟对连铸铜管坯三辊行星轧制整个变形过程进行系统而深入的研究。 首先建立了三辊行星轧制的运动学理论模型。对旋轧成形坐标变换、轧辊建模和定位进行理论推导，提出空间轧辊和管坯接触点的计算方法，推导出轧辊接触点的速度计算公式。在此基础上开发出三辊行星轧机的参数化设计和有限元空间结构建模软件，为工程设计、理论计算和模拟分析提供基础模型。 为确保模拟分析的准确性，对铜管坯的力学性能、物性参数和铜管坯与模具间接触换热系数进行了测定与分析，建立了铜管坯高温塑性变形本构方程，为有限元模拟提供了准确的材料性能参数。对旋轧成形有限元建模的关键问题提出了解决方案，实现了旋轧成形过程的数值模拟分析。 针对旋轧成形时间短、形变大、升温快的特点进行深入分析，提出了塑性变形热和摩擦热内热源计算方法，给出了合理的热边界条件模型，建立了旋轧成形温度计算理论体系。对旋轧成形过程中温度场进行耦合模拟分析，掌握了旋轧成形接触区变形量大、塑性变形热累积，同时摩擦热聚集、变形坯料升温快，使铜坯料在短时间内温度快速升高的规律性。通过温度场分析为准确预测旋轧成形的变形特征和组织演变提供了理论分析基础。 重点对旋轧变形特点进行了分析总结。对有限元模拟结果进行分析，揭示了旋轧成形断面三角形效应：由初始的圆形至中间的圆三角形最后又归于圆形，由此掌握了材料变形流动特点和应力状态。通过神经网络系统预测了旋轧轧制力，建立了一套新型的轧制力预测方法，开发出旋轧轧制力计算分析系统软件。 基于热模拟实验结果分析获得了铜管坯的组织演变规律，建立了三辊行星轧制动态再结晶和晶粒长大数学模型。将该模型应用到大型非线性有限元软件MSC.Marc进行了组织模拟子程序二次开发。通过模拟计算预测出旋轧组织演变规律。通过神经网络方法对组织模拟结果进行分析预测，优化了旋轧成形加工工艺。对旋轧组织演变进行金相观测，验证了铜管坯旋轧成形的组织模拟模型。通过硬度和轧辊速度场的观测和计算进一步验证了金相观测和组织模拟预测结果。生产实际应用证明了组织模拟预测在提高铜管材的加工性能方面的重要作用。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 121 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/16959]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 李冰. 铜管坯三辊行星轧制塑性变形机理与组织预测[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2007. |
入库方式： OAI收割
来源：金属研究所
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