高强铝合金板轧制过程中应力分布规律的有限元分析

王甲骏， 王 婧

（机械工业技术发展基金会， 北京 100053）

0 引言

Al-Zn-Mg-Cu 系高强铝合金具有优异的强度、韧性和良好的耐腐蚀性能， 已成为航空航天和交通运输领域重要结构材料之一[1]。然而高强铝合金板材在轧制过程中变形难度较大，导致后续加工困难。因此进行板材轧制过程中应力分布的影响因素及规律的探究， 对轧制过程中工艺规范的制定具有重要的工程意义[2]。

目前国内外专家学者进行了合金轧制过程的有限元模拟研究，分析了轧制过程的下压量、轧制速率、工作温度、辊径等工艺参数对合金板温度场、应力场、应变场分布以及微观组织的影响，研究结果对建立中厚板轧制过程的有限元数值模拟提供了参考[3]。针对高强铝合金具有的成分、组织及性能特征，采用有限元数值模拟技术进行轧制过程模拟， 分析合金变形过程中的应力、应变、温度分布规律，为制定合理的轧制工艺参数提供指导原则，通过优化工艺，提高产品质量及效率，降低成本具有非常重要的意义。

1 研究方案

1.1 材料成分及样品。

本实验采用Al-Zn-Mg-Cu 系铝合金，成分见表1。

表1 铝合金化学成分（质量分数%）

待轧制毛坯尺寸设定为长度：65mm；宽度：20mm； 厚度：10mm。

1.2 研究方案制定

分析应力为等效应力和剪切应力。

（1）轧制温度对应力分布的影响。 设定终轧厚度为7.5mm，分别在300℃，350℃，400℃，450℃下进行单道次轧制，分析铝合金板中应力分布规律，确定最佳轧制温度。

（2）轧制道次对应力分布影响。 设定轧制温度为300℃，由10mm 厚压制到终厚度7mm，30%的变形量，分别采用1，2，3，4 道次完成， 研究轧制道次对板材应力分布的影响规律。……