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中国机械工程 2024年

作者：张鹏朱学卫于保洋武天枫朱锦州太原理工大学材料科学与工程学院太原理工大学金属成形技术与重型装备全国重点实验室太原理工大学先进金属复合材料成形技术与装备教育部工程研究中心海安太原理工大学先进制造与智能装备产业研究院太原理工大学机械工程学院

气胀成形技术因模具精度要求较低、成形件表面质量高、坯料及模具无磨损等特点有望在微流道成形领域实现应用。本文针对304不锈钢极薄带开展微流道气胀成形实验及数值模拟，构建了微流道气胀成形有限元模型，研究了成形过程中不同阶段... 详细信息

气胀成形技术因模具精度要求较低、成形件表面质量高、坯料及模具无磨损等特点有望在微流道成形领域实现应用。本文针对304不锈钢极薄带开展微流道气胀成形实验及数值模拟，构建了微流道气胀成形有限元模型，研究了成形过程中不同阶段坯料的应力应变分布及不同位置的厚度变化规律，分析了气胀成形试样典型位置微观组织的演变机制，将试验与模拟成形流道轮廓进行对照，验证了数值模拟结果可靠性。结果表明，在成形过程中两侧流道等效应力值更大，但等效应变值较低且成形深度更大，主要原因在于两侧流道有非成形区材料补充，流道成形深度更深但减薄程度较低。针对中部单个流道，其侧壁上圆角处等效应力和等效应变值均最大，在25MPa和常温条件下，上圆角处厚度由100μm减薄至84.05μm，减薄率高达15.95%，是成形易破裂区域，模拟流道深度为619.67μm，实验流道深度为556.34μm，误差率为11.38%，且模拟结果流道各位置的厚度分布与实验结果吻合度较高。流道底部与流道侧壁的减薄率居中且基本相同，流道脊部减薄率最小仅为8.23%。成形后试样晶粒尺寸降低且位错密度增大，小角度晶界占比由58.04%提升至62.61%，加工硬化现象明显。

关键词： 304不锈钢极薄带微流道气胀成形有限元数值模拟材料流动行为

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机理和数据融合的304不锈钢极薄带轧制力模型

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钢铁 2024年第10期59卷 64-76页

作者：任鹏帆王振华贾燚刘元铭王涛太原理工大学机械与运载工程学院山西太原030024 太原理工大学先进金属复合材料成形技术与装备教育部工程研究中心山西太原030024 中国重型机械研究院股份公司金属成形技术与重型装备全国重点实验室陕西西安710018

304不锈钢精密极薄带广泛应用于数码电子、航空航天、医疗设备、汽车制造等高端领域。在冷轧生产过程中,轧制力是一项至关重要的参数,它的设定精度直接影响轧制过程的稳定性以及最终产品的厚度精度。为了提高冷轧304不锈钢极薄带轧制力... 详细信息

304不锈钢精密极薄带广泛应用于数码电子、航空航天、医疗设备、汽车制造等高端领域。在冷轧生产过程中,轧制力是一项至关重要的参数,它的设定精度直接影响轧制过程的稳定性以及最终产品的厚度精度。为了提高冷轧304不锈钢极薄带轧制力的预测精度,在森基米尔轧机上针对304不锈钢极薄带进行轧制试验,并据此建立了适用于超薄规格304不锈钢极薄带的动态变形抗力模型,修正了传统Bland-Ford-Hill轧制力机理模型。将修正的轧制力机理模型与遗传算法(GA)优化XGBoost参数相融合构建了高精度GA-XGBoost轧制力预测模型,该模型不仅考虑了轧制力的非线性问题,还将机理与数据相融合来实现轧制力的精准预测。与相同数据集下其他典型机器学习算法所建立的轧制力预测模型进行对比分析,采用相关系数(R~2)、平均绝对误差(E_(MA))、均方根误差(E_(RMS))和平均绝对百分误差(E_(MAP))多个指标全方位、多角度对模型的泛化性能进行评价,结果表明,所提出的GA-XGBoost轧制力预测模型的预测结果最为精确,其测试集各指标分别为R~2值为0.984,E_(MA)值为3.040,E_(RMS)值为6.410以及E_(MAP)值为0.041%。研究结果证明了所提出的机理和数据双驱动的轧制力预测模型的准确性和优越性。该研究为304不锈钢精密极薄带材轧制力的设定提供了一种新思路。

关键词：冷轧 304不锈钢极薄带轧制力预测集成学习遗传算法

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冷轧态304不锈钢极薄带电处理工艺及性能研究

冷轧态304不锈钢极薄带电处理工艺及性能研究

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作者：刘奇太原理工大学

学位级别：硕士

304不锈钢极薄带凭借优异的机械性能被广泛应用于精密电子、仪器仪表等高精尖领域。微成形技术的快速发展,对精密不锈钢极薄带的尺寸精度、机械性能提出了更高的要求。304不锈钢的变形抗力大,常规轧制生产常采用热处理方式去除残余应力... 详细信息

304不锈钢极薄带凭借优异的机械性能被广泛应用于精密电子、仪器仪表等高精尖领域。微成形技术的快速发展,对精密不锈钢极薄带的尺寸精度、机械性能提出了更高的要求。304不锈钢的变形抗力大,常规轧制生产常采用热处理方式去除残余应力、改善微观组织、提高力学性能,但其所需退火温度高、时间长。电致塑性效应的发现为精密不锈钢极薄带的生产提供了新思路,使用电流处理代替热处理,实现对变形金属的微观组织和性能调控。本文旨在探究冷轧态304不锈钢极薄带的电流处理工艺。使用实验室二十辊轧机对0.07 mm的不锈钢极薄带进行两道次轧冷轧,得到厚度为0.035mm的不锈钢极薄带作为电流处理试验材料。主要研究内容如下:(1)采用恒定电流和脉冲电流进行电流处理对比试验,研究电流类型对冷轧态试样微观组织和力学性能的影响。对比试验分为两组:在相同的平均电流下,比较两种类型电流处理试样的焦耳热温升和组织性能;在相同的焦耳热温升下,比较两种类型电流处理过程中的平均电流和试样的组织性能。结果表明,恒定电流和脉冲电流都能够通过调整平均电流大小,对材料的组织性能产生不同影响,但脉冲电流可以在更小的平均电流下获得良好的组织性能。(2)对脉冲电流的不同参数进行试验研究,包括不同通电时间、不同电流占空比、不同电流频率和不同电流密度,探究电流参数变化对冷轧态试样组织性能的影响规律,分析微观组织和力学性能之间的联系。结果表明,通过调整电流参数,可以使变形试样发生回复、部分再结晶、完全再结晶和新晶粒长大等过程,呈现不同的金相组织形貌和力学性能。试样处于回复阶段时,强度高、塑性差;处于再结晶阶段时,强度显著下降,塑性大幅提升,完全再结晶试样具备良好的塑性;新晶粒长大阶段强度小幅下降,塑性小幅提高。得到最佳的电流处理参数如下,电流为4.8 A,频率为100 Hz,占空比为30%,处理时间为5 min。该参数处理后的试样同时具备了优异的强度和塑性。(3)为了分析电处理的优势和电效应的作用机理,进行了电处理和热处理对比试验。试验分为两组:相同处理温度和时间下,比较两种工艺处理试样的组织性能;处理试样组织性能相同时,比较两种工艺的处理时间和处理温度。比较相同工艺参数下,电处理试样和热处理试样的晶界角度和位错。结果表明,电处理可以在更低的温度和更短的时间下,使试样发生再结晶。电处理试样的大晶界角度占比更高,位错排列更加规则,平均密度更低。电流的电效应对变形试样微观组织的发展过程起到了重要作用。电效应影响了变形试样再结晶过程中的吉布斯自由能变化,降低了再结晶温度,促进了位错运动和原子的扩散过程,提高了再结晶形核率,缩短了再结晶时间。另外,电效应能够提高晶界的迁移能力和速度,促进晶粒生长。

关键词： 304不锈钢极薄带电流处理微观组织力学性能作用机理

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基于非圆弧理论的精密极薄带轧制力快速预测

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钢铁 2023年第10期58卷 85-91,130页

作者：王家琪刘晓张增强王振华王涛太原理工大学机械与运载工程学院山西太原030024 太原理工大学先进成形与智能装备研究院山西太原030024

精密不锈钢极薄带是微电子、微成型等高端领域的重要工业原料,高精度钢带一般使用多辊轧机进行轧制生产。轧制力模型对极薄带的轧制过程控制起着决定性的作用,而轧制力模型的精度主要受到变形抗力和摩擦因数这2个参数的影响。轧制过程... 详细信息

精密不锈钢极薄带是微电子、微成型等高端领域的重要工业原料,高精度钢带一般使用多辊轧机进行轧制生产。轧制力模型对极薄带的轧制过程控制起着决定性的作用,而轧制力模型的精度主要受到变形抗力和摩擦因数这2个参数的影响。轧制过程中极薄带与轧辊接触变形区的弧长一般远大于轧件厚度,轧辊辊型被压扁为非圆弧形轮廓,将轧辊以圆弧轮廓为假设前提的传统轧制力模型不再适用。针对以上问题,以非圆弧理论为基础,通过推导基于Fleck理论的解析方程,结合计算机编程开发出应用于304不锈钢极薄带的轧制力模型。为优化轧制参数提高轧制力模型的计算精度,考虑到极薄带轧制过程工艺特点是采用较大张力轧制,通过轧制-拉伸试验确定轧件的屈服强度变化并拟合得到相应的变形抗力模型。设计了基于Fleck轧制力模型的摩擦因数计算程序,结合现场采集的轧制过程中的数据,反向计算并拟合关于轧制速度变化的摩擦因数模型。数据显示了在极薄带的轧制过程中,一定范围内摩擦因数随着轧制速度的增大而变小,这是因为随着轧制速度的提升,润滑液更容易被带入到变形区,使得变形区的油膜润滑效果增强。通过计算验证表明,模型的计算值与实测值之间的误差为-10%~10%,可以满足生产过程中高效率控制需求。

关键词： 304不锈钢极薄带 Fleck理论变形抗力摩擦因数解析模型

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