双层纯铝板轧制过程的deform模拟研究(附件)【字数：10107】
摘 要摘 要本文研究了使用DEFORM-3D软件模拟双层铝板轧制过程，分析了不同压下率对双层铝板轧合程度的影响。 双层铝板轧制能够细化铝板的晶粒，提升材料的性能，有很大的应用前景。运用数值模拟技术来进行轧制模拟已经是非常常见的方法，本文选用的DEFORM-3D软件能够分析复杂的塑性变形问题。首先，运用DEFORM自带的模块建立模型并调节相互位置关系，获得轧制模型，再完成导入材料，划分网格，生成运动等前处理步骤，之后生成文件，运行文件，获得轧制过程的模拟数据。进行应力应变分析，得到模拟结论。模拟结论显示30%压下率下，双层铝板不能轧合，50%压下率下双层铝板轧合程度较好，70%压下率下轧件表面有较大损伤，轧件在压下率增大情况下，应力应变增加，材料表面损伤增加，所以50%是双层铝板轧制较为理想的压下率。关键词双层铝板；轧制；压下率 ；DEFORM-3D
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究的背景及意义 1
1.2 1100纯铝板的性能及应用 1
1.2.1 1100纯铝板的牌号及化学成分 1
1.2.2 1100纯铝板性能及应用 1
1.3铝板冷轧技术的发展 1
1.3.1 铝板冷轧技术 1
1.3.2 ARB工艺的简介 2
1.3.3 纯铝ARB工艺的研究现状 2
1.4 有限元数值模拟在冷轧中的应用 4
1.4.1 有限元数值模拟简介 4
1.4.2 弹塑性有限元法 4
1.4.3 刚塑性有限元法 5
1.4.4 DEFORM在纯铝板冷轧中的国内外研究现状 7
第二章 建模具体过程和参数设定 9
2.1 轧制模型的建立 9
2.1.1轧件与轧辊的几何模型 9
2.1.2 轧制咬入方式的选择 10
2.2 设置参数 11
2.2.1 材料参数设定 11
2.2.2 物体运动设定 12
2.3 有限元网格分析 13
2.4 接触关系 14
2.5 时间步长的设定 16
2.6 模拟计算方案 16 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
第三章 模拟结果分析 18
3.1 金属流动分析 18
3.2不同压下量对双层铝板轧制结合的影响 18
3.2.1 轧件轧合程度 18
3.2.2 轧件应力状态分析 20
3.2.3轧件应变状态分析 24
3.3 轧制力状态分析 26
3.4 压下量对轧件损伤的影响 27
结 论 30
致 谢 31
参 考 文 献 32
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
现在铝轧制生产的产品一般是单层铝板和铝合金轧制，对于双层铝板轧制的研究较为稀少，铝本身的塑性较好，可以用来加工铝板，甚至铝箔，但是它的强度比较低，在较强的外力作用下会产生极大的变形，而双层铝板轧制一方面会增加其强度，另一方面双层纯铝板通过ARB工艺会轧成更薄的板材从而既不会显得笨重也不会减弱它的塑性，更加符合现代轻量化和节约化的社会要求。数值模拟使材料加工过程在虚拟的环境下再现，模拟出双层铝板在轧制过程中的应力应变，金属流动，温度变化，组织演变，以及轧后的残余应力、性能分布等情况，本次研究运用DEFORM仿真模拟分析双层纯铝板的优势及选择合适的加工流程。
1.2 1100纯铝板的性能及应用
1.2.1 1100纯铝板的牌号及化学成分
1100纯铝旧称L51，牌号是GB/T 36181989，1100纯铝化学成分是99.00%的Almin,1.0%的Simax，0.05%的Fe，0.2%的Cu，0.05Mnmax，0.10Znmax，其他元素含量最高是0.05%，其他元素最大的总含量为0.15%[1]。
1.2.2 1100纯铝板性能及应用
铝板有很好的塑性和很强的耐蚀性但是强度很低。所以一般用于金属薄板的加工，拉拔，印刷版，光反射器，焊接的组件等，在生产生活中有大量的使用。
1.3铝板冷轧技术的发展
1.3.1 铝板冷轧技术
国内铝板冷轧起源于1919年9月上海的益泰信记铝器厂，而当代的铝轧制产业是在1956年东北轻合金有限责任公司建立而开始的，从华铝钢精厂的可逆式二辊铝带冷轧机到1983年西南铝业的四辊可逆式冷轧机[2]再到2006年西南铝业的冷连轧生产线是我国第一条具有国际先进水平的高精铝板带材生产线，由中国铝业股份有限公司全额投资组建，位于重庆西彭铝工业区，年产铝和铝合金带材25万吨。产品广泛应用于包装（食品、饮料）、电子家电、印刷、建筑装饰及航空航天等领域，中国已经发展成第二大铝板带生产大国，据金属行业分析机构CRU的研究主管称未来中国将成为“重要的”铝罐生产国，中国铝制易拉罐库存料在2019年增加至190万吨，高于之前的55万吨，预计在2020年左右，大约有80万吨/年的铝制易拉罐产能转为生产汽车部件，北美汽车用铝板的产量料在2019年增至100万吨，高于2014年的14.8万吨，同时纯铝产品由于不添加其他合金元素回收性强，符合现在环保的社会要求。所以，铝在未来的生产中有着非常重要地位和光明的前景，对铝板的研究是很有意义的，在这之后，除了持续加强四辊轧机的能力外，还要开拓出适合新型材料轧制需要的轧机，比如航空工业需要的抛光板材、纯拉伸矫直用的PS版基带材，等等。ARB工艺能有效细化铝制品的晶粒，从而提升铝制品的性能，如果进行深入研究，具有投入生产的可能。
1.3.2 ARB工艺的简介
一般而言，金属材料在细化晶粒后都会获更高的强度和硬度，抗腐蚀性能也会提高，同时在低温和很高的变形速率下会产生超塑性。累积目前剧烈塑性变形方式有累积复合轧制[3]、等通道挤压[4]、高压扭转[5]、往复挤压[6]等。这种方法可以使材料产生较大的应变，让材料的组织结构得到细化，使材料的组织结构和力学性能得到显著提升。而ARB工艺可以被用作制造超细晶薄板超细晶复合材料。ARB是由日本学者satio等人研究的一种塑性变形方式，这种变形程度很大，能有效的细化晶粒，现在这种方法已经适用于纯铝和铝合金了。其轧制后不会改变原料的断面尺寸，多次轧制后会产生很大的变形，是材料晶粒变细，提升材料的强度，其工艺原理如图11所示。ARB工艺是将两块金属薄板外面实行脱脂及加工硬化，再在预定温度下叠轧并让他主动焊结合到一起，再反复进行此步，从而细化晶粒，提升性能，一般随着材料厚度的减小，材料的应变总量会有一定限制，然而ARB改变了这一情况，并可持续制备薄板类的超细晶金属材料，因此，超细晶金属材料通过这一方式能够实现大批量的生产，将这种方式能应用在工业化生产中，已经变得越来越有希望，很多公司都在进行这方面的研究。
1.3.3 纯铝ARB工艺的研究现状
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究的背景及意义 1
1.2 1100纯铝板的性能及应用 1
1.2.1 1100纯铝板的牌号及化学成分 1
1.2.2 1100纯铝板性能及应用 1
1.3铝板冷轧技术的发展 1
1.3.1 铝板冷轧技术 1
1.3.2 ARB工艺的简介 2
1.3.3 纯铝ARB工艺的研究现状 2
1.4 有限元数值模拟在冷轧中的应用 4
1.4.1 有限元数值模拟简介 4
1.4.2 弹塑性有限元法 4
1.4.3 刚塑性有限元法 5
1.4.4 DEFORM在纯铝板冷轧中的国内外研究现状 7
第二章 建模具体过程和参数设定 9
2.1 轧制模型的建立 9
2.1.1轧件与轧辊的几何模型 9
2.1.2 轧制咬入方式的选择 10
2.2 设置参数 11
2.2.1 材料参数设定 11
2.2.2 物体运动设定 12
2.3 有限元网格分析 13
2.4 接触关系 14
2.5 时间步长的设定 16
2.6 模拟计算方案 16 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
第三章 模拟结果分析 18
3.1 金属流动分析 18
3.2不同压下量对双层铝板轧制结合的影响 18
3.2.1 轧件轧合程度 18
3.2.2 轧件应力状态分析 20
3.2.3轧件应变状态分析 24
3.3 轧制力状态分析 26
3.4 压下量对轧件损伤的影响 27
结 论 30
致 谢 31
参 考 文 献 32
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
现在铝轧制生产的产品一般是单层铝板和铝合金轧制，对于双层铝板轧制的研究较为稀少，铝本身的塑性较好，可以用来加工铝板，甚至铝箔，但是它的强度比较低，在较强的外力作用下会产生极大的变形，而双层铝板轧制一方面会增加其强度，另一方面双层纯铝板通过ARB工艺会轧成更薄的板材从而既不会显得笨重也不会减弱它的塑性，更加符合现代轻量化和节约化的社会要求。数值模拟使材料加工过程在虚拟的环境下再现，模拟出双层铝板在轧制过程中的应力应变，金属流动，温度变化，组织演变，以及轧后的残余应力、性能分布等情况，本次研究运用DEFORM仿真模拟分析双层纯铝板的优势及选择合适的加工流程。
1.2 1100纯铝板的性能及应用
1.2.1 1100纯铝板的牌号及化学成分
1100纯铝旧称L51，牌号是GB/T 36181989，1100纯铝化学成分是99.00%的Almin,1.0%的Simax，0.05%的Fe，0.2%的Cu，0.05Mnmax，0.10Znmax，其他元素含量最高是0.05%，其他元素最大的总含量为0.15%[1]。
1.2.2 1100纯铝板性能及应用
铝板有很好的塑性和很强的耐蚀性但是强度很低。所以一般用于金属薄板的加工，拉拔，印刷版，光反射器，焊接的组件等，在生产生活中有大量的使用。
1.3铝板冷轧技术的发展
1.3.1 铝板冷轧技术
国内铝板冷轧起源于1919年9月上海的益泰信记铝器厂，而当代的铝轧制产业是在1956年东北轻合金有限责任公司建立而开始的，从华铝钢精厂的可逆式二辊铝带冷轧机到1983年西南铝业的四辊可逆式冷轧机[2]再到2006年西南铝业的冷连轧生产线是我国第一条具有国际先进水平的高精铝板带材生产线，由中国铝业股份有限公司全额投资组建，位于重庆西彭铝工业区，年产铝和铝合金带材25万吨。产品广泛应用于包装（食品、饮料）、电子家电、印刷、建筑装饰及航空航天等领域，中国已经发展成第二大铝板带生产大国，据金属行业分析机构CRU的研究主管称未来中国将成为“重要的”铝罐生产国，中国铝制易拉罐库存料在2019年增加至190万吨，高于之前的55万吨，预计在2020年左右，大约有80万吨/年的铝制易拉罐产能转为生产汽车部件，北美汽车用铝板的产量料在2019年增至100万吨，高于2014年的14.8万吨，同时纯铝产品由于不添加其他合金元素回收性强，符合现在环保的社会要求。所以，铝在未来的生产中有着非常重要地位和光明的前景，对铝板的研究是很有意义的，在这之后，除了持续加强四辊轧机的能力外，还要开拓出适合新型材料轧制需要的轧机，比如航空工业需要的抛光板材、纯拉伸矫直用的PS版基带材，等等。ARB工艺能有效细化铝制品的晶粒，从而提升铝制品的性能，如果进行深入研究，具有投入生产的可能。
1.3.2 ARB工艺的简介
一般而言，金属材料在细化晶粒后都会获更高的强度和硬度，抗腐蚀性能也会提高，同时在低温和很高的变形速率下会产生超塑性。累积目前剧烈塑性变形方式有累积复合轧制[3]、等通道挤压[4]、高压扭转[5]、往复挤压[6]等。这种方法可以使材料产生较大的应变，让材料的组织结构得到细化，使材料的组织结构和力学性能得到显著提升。而ARB工艺可以被用作制造超细晶薄板超细晶复合材料。ARB是由日本学者satio等人研究的一种塑性变形方式，这种变形程度很大，能有效的细化晶粒，现在这种方法已经适用于纯铝和铝合金了。其轧制后不会改变原料的断面尺寸，多次轧制后会产生很大的变形，是材料晶粒变细，提升材料的强度，其工艺原理如图11所示。ARB工艺是将两块金属薄板外面实行脱脂及加工硬化，再在预定温度下叠轧并让他主动焊结合到一起，再反复进行此步，从而细化晶粒，提升性能，一般随着材料厚度的减小，材料的应变总量会有一定限制，然而ARB改变了这一情况，并可持续制备薄板类的超细晶金属材料，因此，超细晶金属材料通过这一方式能够实现大批量的生产，将这种方式能应用在工业化生产中，已经变得越来越有希望，很多公司都在进行这方面的研究。
1.3.3 纯铝ARB工艺的研究现状
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