精密极薄带因其卓越的精度、耐蚀性和表面光洁度等性能,在微制造、微电子等高技术领域的应用需求快速增长。然而,目前极薄带生产中存在成材率低、残余应力大以及局部泡泡浪等问题,亟需通过理论与技术的突破推动生产效率和产品质量的提升。
前期研究中,传统的最小可轧厚度理论存在局限,与实验结果误差较大;压靠现象的分析多局限于简单模型,计算结果缺乏精确性。此外,对于特殊科学问题的研究仍然依赖宏观尺度的理论,无法全面揭示微/介观尺度下的变形行为。
最近,太原理工大学的任忠凯教授及其团队,通过系统研究,提出了针对极薄带轧制的全新理论模型。研究梳理了极薄带轧制力模型、最小可轧厚度理论、金属塑性变形理论以及辊系弹性变形理论的研究现状,并针对现有问题创新性地提出了条件最小可轧厚度理论和板形控制模型。基于赫兹接触理论和有限元模拟分析,该团队揭示了极薄带在轧制过程中复杂的力学行为,并从微/介观尺度研究了晶粒尺寸、形貌等微观组织特性对轧制变形的影响。
相关研究成果以“精密极薄带轧制理论研究进展及展望”为题目发表于《机械工程学报》2020年第56卷第12期。论文作者为:任忠凯,郭雄伟,范婉婉,王涛,熊晓燕。
研究结果和结论:
提出了一种精准的轧制力模型,揭示了极薄带轧制过程中入口和出口区域的塑性压下特性。
推导了条件最小可轧厚度公式,将理论计算误差降低至传统模型的22%。
基于边界积分方程法,改进了轧辊压扁计算模型,显著提高了对轧辊端部压靠现象的计算精度。
从微/介观尺度视角,系统分析了晶粒形貌、取向与轧制变形行为的关系,进一步完善了金属变形理论。
该论文中共有图片9张,部分图片如下:
图1. 精密极薄带的应用领域
图2. 传统轧制力模型
图3. FLECK轧制力模型
图4. 传统压扁模型计算误差示意图
图5. 有限长半无限体模型
图6. 工作辊边缘接触示意图
图7. 轧件在辊缝中的变形
图8. 不锈钢极薄带特殊缺陷
图9. 晶体塑性有限元轧制模型
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