基于有限元模拟的大型环件轧制条件优化及试验研究

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具有良好综合性能的大型铝合金环件为航空航天、能源电力等重要领域急需。但大型环件采用的径、轴向轧制过程极其复杂,受到多种因素的共同影响,是多场、非稳态、非对称的非线性问题,很难使用实验法对其轧制过程进行完整评估。本文在有限元软件平台上,建立2219铝合金大型环件径、轴向轧制有限元模型,改变进给方式、轧辊尺寸、轧制温度等轧制条件,对环件径、轴向轧制工艺参数进行优化;根据优化工艺参数现场试生产,分析、对比2219铝合金环件轧制前后的组织和性能。主要研究内容如下所示:(1)有限元模拟了不同的轧制条件下2219铝合金大型环件径、轴向轧成形过程。模拟结果表明,轧制成形的效果随着轧辊尺寸的增大而变好,轧制过程中的轧制力也随着轧辊尺寸的变大而增加;随着轧制温度的升高,环件的轧制成形效果先变好后变差;而环件以直径增长速度控制进给量的进给方式进行轧制时,其轧制效果最好。通过对轧制过程中影响因素的讨论,确定环件的最佳轧制参数为:芯辊尺寸为φ600,主辊尺寸为φ1350,轧制温度为440℃,进给方式为以直径增长速度控制进给量。(2)采用优化后的轧制参数进行现场试生产,分析了2219铝合金环件在轧制前后性能及组织的变化。通过对轧制前后的2219铝合金大型环件进行金相、XRD、SEM表征分析以及拉伸性能和显微硬度等力学性能测试,我们发现2219铝合金大型环件在轧制后其晶粒组织得到明显细化并有大量Cu Al2第二相生成,其硬度和塑性在轧制后得到明显提高。表明有限元模拟结果可用于指导实际生产,具有较高的应用价值。
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