汽車用5182鋁合金雙輥連續(xù)鑄軋溫度場模擬

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1、學(xué)兔兔www.xuetutu.com汽車用5182鋁合金雙輥連續(xù)鑄軋溫度場模擬Temperaturefieldnumericalsimulationoftwin-rolIcontinuouscastingprocessof5182aluminumalloy黃旭HUANGXu(遼寧機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，丹東118000)摘要：采用有限體積法，建立了5182鋁合金板材的雙輥連續(xù)鑄軋過程的鑄軋區(qū)模型。通過輸出水口入口中心與板材出口中心連線上的等距離點(diǎn)的溫度值來表述溫度場分布，并分析形成原因。文章考察了不同工況下影響鑄軋連續(xù)性及成材

2、性的重要因素：板材出口溫度和液穴深度。綜合分析后得出不同工況下的最佳工藝參數(shù)。關(guān)鍵詞：雙輥連續(xù)鑄軋；5182鋁合金；有限體積法；數(shù)值模擬中圈分類號(hào)：TG249．7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009—0134(2015)06(下)一01O1—03Ooi：10．3969／J．1ssn．1009-0134．2015．06(下)．290引言1數(shù)學(xué)建模根據(jù)中國汽車協(xié)會(huì)報(bào)告顯示，2015年1月汽車產(chǎn)銷1．1求解方程分別完成228．70萬輛和231．96萬輛，比上年同期分別增整個(gè)雙輥連續(xù)鑄軋過程(如圖1所示)雖為金屬液長l1．5％和7．

3、6％。隨著汽車產(chǎn)量與銷量的增長，帶來的由流槽進(jìn)入水口，并經(jīng)水口流入鑄軋區(qū)后鑄軋成板，但環(huán)境污染問題成為人們必須正視的問題。5182鋁合金因過程的核心部分就是鑄軋區(qū)內(nèi)金屬流動(dòng)及凝固過程。所其良好的成形性能、耐蝕性能及機(jī)械性能成為汽車板材謂鑄軋區(qū)，即由水口出口端到兩軋輥中心線連續(xù)的距的目標(biāo)材料。目前生產(chǎn)5182鋁合金板帶材主要以熱軋生離，該區(qū)域由上下兩個(gè)反向轉(zhuǎn)動(dòng)的軋輥和防止金屬液向產(chǎn)為主，降低生產(chǎn)成本，保證生產(chǎn)質(zhì)量是生產(chǎn)廠商所追兩側(cè)無限制流淌的側(cè)封組成。鑄軋區(qū)內(nèi)金屬流動(dòng)及凝固求的目標(biāo)0]。雙輥連續(xù)鑄軋工藝(Twin．roll

4、Continuous過程涉及傳熱學(xué)、流體力學(xué)等學(xué)科知識(shí)，可由能量方CastingProcess)因其流程短、效率高、能耗低成為鋁程、流體動(dòng)力學(xué)方程及連續(xù)性方程描述。合金板材生產(chǎn)的重要工藝，而熱帶、裂紋、縮孔等缺陷其中能量方程如式(1)所示，該方程為直角坐標(biāo)系一直存在于雙輥鑄軋工藝所生產(chǎn)的板帶材中，可見鑄軋下的傳熱方程。工藝參數(shù)對(duì)板材生產(chǎn)質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用[3~51o對(duì)鑄軋區(qū)的凝固過程進(jìn)行研究可找出板帶材生產(chǎn)缺陷的原Ⅷ0x+u+u：0：az(+享+]cl敘0＆J因，并能夠優(yōu)化工藝參數(shù)，避免缺陷產(chǎn)生。本文以5182式qb

5、T為溫度，為鑄軋時(shí)間，U、Uy和U：分別為鋁合金為材料，對(duì)鑄軋過程進(jìn)行建模，通過ANSYS軟X、y~1]z方向上的速度分量，Q為導(dǎo)熱系數(shù)?！?，研究不同澆注溫度、冷卻條件及鑄軋速度對(duì)鑄軋區(qū)流體動(dòng)力學(xué)方程本實(shí)驗(yàn)采用Navier．Stokes方程，其溫度場分布的影響，并討論形成原因，最終獲得優(yōu)化工在直角坐標(biāo)系下如式(2)～式(4)所示。藝參數(shù)。：一望+rV2u(21DfPa一生：j，一竺+，vz?utPOy’ks)魯=一筆+UzDtP8z＼、(4)式中p為密度，r為運(yùn)動(dòng)粘度，x、Y、z分別為作用于單位質(zhì)量流體的體積力沿X、Y

6、、z方向的分量，其余各物理量同上。圖1雙輥連續(xù)鑄軋過程假設(shè)5182鋁合金液在鑄軋區(qū)內(nèi)為不可壓縮、常物性收稿日期：2015-03-06基盒項(xiàng)目：遼寧省教育廳科學(xué)研究計(jì)劃資助項(xiàng)目(2008322)作者簡介：黃旭(1982一)，男，遼寧本溪人，講師，碩士，研究方向?yàn)槠囍圃?。?7卷第6期2015一OO(下)[1011學(xué)兔兔www.xuetutu.com務(wù)l生匐出流體的層流，其連續(xù)性方程可簡化如式(5)所示。表151,82鋁合金不同溫度比熱表塑+：or、+dxOydz、I比熱／J(Kg·℃)。l8578638774728496

7、515321567l式中u、u和u含義同上。金屬由液態(tài)到固態(tài)可認(rèn)為金屬由極低的粘度值上升1-2邊界條件至極大，即在粘度前方乘以較大的系數(shù)?，F(xiàn)定義固態(tài)時(shí)粘度系數(shù)為1，液態(tài)下粘度系數(shù)為0．001，根據(jù)插值法求本次模擬的鑄軋機(jī)軋輥直徑為O500mmX~500mm，得金屬粘度系數(shù)如表2所示。水口入口寬度3mm，板材厚度5mm，鑄軋區(qū)長度50mm，板材寬度250mm。澆注溫度為660℃、670℃、680℃、表25182鋁合金不同溫度粘性系數(shù)表l溫度(℃)l0577600620638700l690℃和700~C，對(duì)應(yīng)軋輥轉(zhuǎn)速0．7m

8、／min、1．Om／min~I1．3m／I粘性系數(shù)l110．6230．2960．0010．001lmin，并對(duì)應(yīng)兩種不同的冷卻水通量，折合對(duì)流換熱系數(shù)分別為8000W／(m2．K)和10000W／(mz．K)。2結(jié)果及分析1)速度入口邊界條件由于考慮到大量計(jì)算結(jié)果，通過選取距離水口入口水口入口處邊界條件為速度入口條件