CN108256133B - 铝合金复合铸锭的动态轧制模拟方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种铝合金复合铸锭的动态轧制模拟方法，以及结晶装置和芯材扁锭。所述方法包括：现场实时收集轧机轧制过程的各项工艺参数；将复合铸锭划分单元网格；利用有限元仿真软件基于各项工艺参数进行三维有限元分析，根据单元网格的划分规则建立有限元三维动态轧制模型；结合复合铸锭轧制特性模拟在热轧条件下金属的流变；获取不同层金属在轧制结束后的厚度比例，得出复合率的分布情况；改变复合铸锭中芯材扁锭的尺寸参数，模拟在热轧条件下金属的流变以得出不同情况下的复合率分布。本发明通过建立动态轧制模型得到的尺寸参数改进结晶装置来调整芯材扁锭的形状，避免复合铸锭在轧制完成后边部区域的复合层厚度与其他部位的差异。

Description

铝合金复合铸锭的动态轧制模拟方法及其应用
技术领域
本发明总的涉及铝合金铸造加工技术领域，尤其涉及一种铝合金复合铸锭的动态轧制模拟方法，以及该模拟方法在芯材扁锭及其结晶装置的构造中的应用，适用于复合铝材特别是热交换器复合铝材加工过程中使用到的芯材扁锭。
背景技术
铝合金复合铸锭是指具有两层或者两层以上功能不同的结构层的铝材，其是制造散热器、热交换器的重要材料，广泛应用于汽车、空调等行业。热交换器用的复合铝材需要钎焊，所以复合层中一般有适用于钎焊的硅料复合层，另外还有与热交换介质接触的所谓触水层。芯层为复合铝材主体层，其起到的主要作用是材料强度支撑和耐腐蚀。芯材和复合材都是使用半连续铸造的扁锭，复合层扁锭经过热轧后成为复合板，将复合板按要求堆叠到芯材扁锭上后便成为复合铸锭。
复合率是指复合层厚度在材料总厚度中的比例，是复合材料一个重要的质量指标。从铸锭状态到成品状态，复合铸锭经历轧制过程，然而在这个过程中随着轧制道次的增加，每一层的金属都会发生流变，在流变过程中边部金属的流动最大，所以边部复合率的变化较其他区域更大。因而，复合铸锭在轧制完成后存在不同区域复合层厚度的差异。
发明内容
本发明旨在克服现有技术中的上述缺陷，针对铝合金复合铸锭的芯材扁锭的形状进行改进，减少成品复合铸锭材料边部的复合率状况，提高利用率。
为此，根据本发明的一个方面，提供一种铝合金复合铸锭的芯材扁锭的动态轧制模拟方法，其中，所述模拟方法包括以下步骤：现场实时收集轧机轧制过程的各项工艺参数；将复合铸锭划分单元网格；利用有限元仿真软件基于各项工艺参数进行三维有限元分析，根据单元网格的划分规则建立有限元三维动态轧制模型；结合复合铸锭轧制特性模拟在热轧条件下金属的流变；获取不同层金属在轧制结束后的厚度比例，得出复合率的分布情况；改变复合铸锭中芯材扁锭的尺寸参数，模拟在热轧条件下金属的流变以得出不同情况下的复合率分布。
通过上述动态轧制模拟方法，针对具有不同尺寸参数的芯材扁锭模拟复合率分布情况从而得到芯材扁锭的最优化的尺寸参数，由此改善了复合铸锭在轧制完成后边部区域的复合层厚度，减少了该区域复合层厚度与其他部位的差异。
在某些优选实施方式中，所述复合铸锭轧制特性包括复合铸锭的材料特性、接触摩擦特性，以及轧机孔型与铸锭之间的相对运动特性。
在某些优选实施方式中，所述芯材扁锭的尺寸参数包括芯材扁锭的宽度和芯材扁锭的边缘区域的倾斜角度，通过模拟而得的复合率分布确定芯材扁锭的边缘区域的斜面参数。以这种方式，通过调整复合铸锭中芯材扁锭的形状，尤其是芯材扁锭的边缘区域的形状，可以减少成品材料边部的复合率状况，提高利用率。
结晶装置是铝合金铸锭设备中关键的部件，结晶装置的性能对于提高铝合金扁锭生产率，以及保证扁锭质量都起到至关重要的作用。
根据本发明的另一方面，还提供了一种铝合金复合铸锭的芯材扁锭的结晶装置，其中，所述结晶装置具有矩形本体和成形芯材扁锭的成型孔，其中所述成型孔根据上述动态轧制模拟方法获得的复合率的分布来构造。
在某些优选实施方式中，所述成型孔的边缘具有倒角。
优选地，所述倒角为5至10°。
在某些优选实施方式中，所述倒角通过设置楔形块来构成。
根据本发明的另一方面，还提供了一种铝合金复合铸锭的芯材扁锭，其中，所述芯材扁锭由根据上述的铝合金复合铸锭的芯材扁锭的结晶装置来成型，其中所述芯材扁锭的边缘区域具有倾斜表面。
优选地，所述边缘区域的倾斜表面的倾斜角度为5至10°。
相比于现有技术，本发明至少具有如下优点：
1.通过建立三维动态轧制模型，大大减少了实物验证的成本；
2.通过调整结晶装置的成型孔形状来改变铸锭形状，适合大批量生产；
3.改善了复合铸锭在轧制完成后边部区域的复合层厚度，减少了该区域复合层厚度与其他部位的差异；
4.易于实现，对现有铸造过程没有影响，可广泛应用于现有的热交换器材料的生产，包括板料，管料，翅片类合金。
附图说明
本发明将通过以下参照附图仅以示例方式列出的具体实施方案的描述得到更好的理解，其中：
图1是根据本发明一种实施方式的芯材扁锭的示意图；
图2是根据本发明一种实施方式的芯材扁锭的结晶装置的示意图。
具体实施方式
下面详细讨论实施例的实施和使用。然而，应当理解，所讨论的具体实施例仅仅示范性地说明实施和使用本发明的特定方式，而非限制本发明的范围。
为了最优化芯材扁锭的尺寸参数，避免成型后的复合铸锭的形状存在不同区域复合层厚度的差异，本发明提供了一种使用轧制模型确定芯材扁锭的参数的设计过程。在本发明的铝合金复合铸锭的芯材扁锭的动态轧制模拟方法中，依据生产现场所收集的轧机轧制过程的各项工艺参数，分别考虑多层复合铝材的材料特性、接触摩擦特性以及轧机孔型与铝材轧件之间的相对运动特性，针对复合铸锭单元网格的划分规则对轧制结果的影响建立有限元三维动态轧制模型。通过模拟在热轧条件下金属的流变，获取不同层金属的在轧制结束后的厚度比例，得出复合率的分布情况，并用该模型模拟不同斜面角度和宽度情况下芯材扁锭的复合率分布从而得到芯材扁锭的最优化的斜面参数。从而，根据优化的斜面参数构造结晶装置并获得的芯材扁锭能够有效避免边部区域复合层厚度与其他部位的差异。
图1示出了根据本发明的一种实施方式的铝合金复合铸锭的芯材扁锭，图2示出了成型图1中芯材扁锭的结晶装置。
结晶装置20具有矩形本体和用于成形芯材扁锭10的成型孔21，芯材扁锭10的芯层金属经由该成型孔21热轧成型，通过结晶装置20内壁的一次冷却作用首先凝固成形，然后接触到二次冷却水，在冷却水的作用下凝固成芯材扁锭。根据本发明，无需更改现有复合铸锭的铸造过程，通过三维动态轧制模拟的结果，将结晶装置改进为在成型孔21的边缘具有倒角，使得铸造出的芯材扁锭10的边缘区域具有沿芯材扁锭10的纵向方向延伸布置的倾斜表面11。根据不同尺寸规格的芯材扁锭，其倾斜表面的倾斜角度为5至10°。在优选实施方式中，如图2所示的，根据本发明的结晶装置20中成型孔21的倒角能够通过设置楔形块22来构成。该楔形块22优选为可拆卸的替换部件。以这种方式，本发明能够在现有结晶装置的基础上仅需在成型孔的边角部分添加符合所需扁锭形状的楔形块，即可改变铸锭形状，进而改善复合铸锭在轧制完成后边部区域的复合层厚度。因此，本发明的结晶装置能够根据需要铸造不同规格的芯材扁锭，大大提高了铸造产量和效率，节约铸造成本。
本发明通过建立三维动态轧制模型，结合复合率分布情况得到芯材扁锭的最优化的尺寸参数，进而改进现有结晶装置来调整复合铸锭中芯材扁锭的形状，从而减少成品材料边部的复合率状况，提高利用率。本发明无需更改现有铸造过程，可广泛应用于现有的热交换器材料的生产，包括板料，管料，翅片类合金。
以上已揭示和描述了本发明的基本原理、主要特征及技术特点，然而可以理解，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本领域的技术人员可以对上述公开的技术特征和实施例作各种变化和改进，但都落入本发明的保护范围。上述实施方式的描述是例示性的而不是限制性的，本发明的保护范围由权利要求所确定。

Claims (8)

1.一种铝合金复合铸锭的动态轧制模拟方法，其特征在于，所述模拟方法包括以下步骤：
现场实时收集轧机轧制过程的各项工艺参数；
将复合铸锭划分单元网格；
利用有限元仿真软件基于各项工艺参数进行三维有限元分析，根据单元网格的划分规则建立有限元三维动态轧制模型；
结合复合铸锭轧制特性模拟在热轧条件下金属的流变；
获取不同层金属在轧制结束后的厚度比例，得出复合率的分布情况；
改变复合铸锭中芯材扁锭的尺寸参数，模拟在热轧条件下金属的流变以得出不同情况下的复合率分布，所述芯材扁锭的尺寸参数包括芯材扁锭的宽度和芯材扁锭的边缘区域的倾斜角度，通过模拟而得的复合率分布确定芯材扁锭的边缘区域的斜面参数。
2.根据权利要求1所述的铝合金复合铸锭的动态轧制模拟方法，其特征在于，所述复合铸锭轧制特性包括复合铸锭的材料特性、接触摩擦特性，以及轧机孔型与铸锭之间的相对运动特性。
3.一种铝合金复合铸锭的芯材扁锭的结晶装置，其特征在于，所述结晶装置具有矩形本体和成形芯材扁锭的成型孔，其中所述成型孔根据权利要求1或2所述的动态轧制模拟方法获得的复合率的分布来构造。
4.根据权利要求3所述的铝合金复合铸锭的芯材扁锭的结晶装置，其特征在于，所述成型孔的边缘具有倒角。
5.根据权利要求4所述的铝合金复合铸锭的芯材扁锭的结晶装置，其特征在于，所述倒角为5至10°。
6.根据权利要求5所述的铝合金复合铸锭的芯材扁锭的结晶装置，其特征在于，所述倒角通过设置楔形块来构成。
7.一种铝合金复合铸锭的芯材扁锭，其特征在于，所述芯材扁锭由根据权利要求3至6中任一项所述的铝合金复合铸锭的芯材扁锭的结晶装置来成型，其中所述芯材扁锭的边缘区域具有倾斜表面。
8.根据权利要求7所述的铝合金复合铸锭的芯材扁锭，其特征在于，所述边缘区域的倾斜表面的倾斜角度为5至10°。
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