【技术实现步骤摘要】
一种环件轧制温度场计算方法
本专利涉及环件轧制
，尤其涉及一种环件轧制温度场计算方法。
技术介绍
环件轧制又称辗环或扩孔，属于回转塑性成形技术，是利用环件辗扩设备中旋转的轧辊对环形毛坯进行连续局部加压，使环坯在回转过程中逐步产生壁厚减小、环径逐渐扩大从而达到整体成形的一种塑性加工工艺。与传统的模锻、自由锻造、火焰切割工艺相比，由于其具有环件精度高、质量好、生产效率高、节能节材、生产成本低等技术经济优势，成为目前生产各种无缝环形锻件的常用方法，被广泛应用于航天航空、造船、原子能工业、建筑机械、矿山机械等各种工业领域。在环件热轧过程中，温度对环件成形质量起着重要的作用。改变轧制温度，就会使变形量及轧制压力发生改变，从而改变变形区的形状与尺寸，最终改变环件的应变分布和温度分布，这对于环件轧制过程中的微观组织演变和成形环件的质量及力学性能有重要的影响。因此研究在环件轧制过程中其温度场分布，分析其变化规律，是能够预报热轧时环件的材质、设计其轧制过程，并对其进行控制的前提。在热轧中温度场不但能定量显示工艺参数影响温度，从而...
【技术保护点】
1.一种环件轧制温度场计算方法，包括以下步骤：/n(a)对环件和各轧辊进行网格划分，得到有限个离散的网格节点，并给定节点的初始温度；/n(b)计算轧制区热量变化量；/n(c)计算非轧制区热量变化量；/n(d)计算轧制区环件等效内热源；/n(e)计算非轧制区环件等效内热源；/n(f)计算轧制区轧辊等效内热源；/n(g)计算非轧制区轧辊等效内热源；/n(h)通过环件温度差分公式计算环件温度；/n(i)通过轧辊温度差分公式计算各轧辊温度；/n(j)计算得到任意时刻环件和各轧辊的温度场分布。/n
【技术特征摘要】
1.一种环件轧制温度场计算方法，包括以下步骤：
(a)对环件和各轧辊进行网格划分，得到有限个离散的网格节点，并给定节点的初始温度；
(b)计算轧制区热量变化量；
(c)计算非轧制区热量变化量；
(d)计算轧制区环件等效内热源；
(e)计算非轧制区环件等效内热源；
(f)计算轧制区轧辊等效内热源；
(g)计算非轧制区轧辊等效内热源；
(h)通过环件温度差分公式计算环件温度；
(i)通过轧辊温度差分公式计算各轧辊温度；
(j)计算得到任意时刻环件和各轧辊的温度场分布。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤(a)中的各轧辊包括：驱动辊、芯辊、左抱辊、右抱辊、上锥辊、下锥辊。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤(b)中轧制区热量变化量包括径向轧制区塑性变形热、驱动辊与环件摩擦热、芯辊与环件摩擦热、驱动辊与环件交换热、芯辊与环件交换热；以及轴向轧制区塑性变形热、上锥辊与环件摩擦热、下锥辊与环件摩擦热、上锥辊与环件交换热、下锥辊与环件交换热；空气热对流损失的热量、热辐射损失的热量。
特别地，本发明假设环件和轧辊内部介质均匀连续，且存在连续的温度场、热流密度矢量场和导热系数场。下同。
特别地，本发明假设轧制过程为稳态轧制，环件全部吸收其塑性变形热，产生的摩擦热按比例传递给环件和轧辊。下同。
特别地，本发明假设在轧辊和轴承基础处认为是绝热的，即二者不发生热量传递。下同。
特别地，本发明所述的热量变化量均为单位时间内单位面积上热量的变化量。下同。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的径向轧制区塑性变形热、轴向轧制区塑性变形热计算公式为：
式中，kq—表示应变能转化为热能的百分比，为无量纲系数，一般kq＝0.9～0.95；
—等效应力(Pa)；
—等效应变速率(s-1)。
h—环件宽度(m)；
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的驱动辊与环件摩擦热、芯辊与环件摩擦热、上锥辊与环件摩擦热、下锥辊与环件摩擦热计算公式为：
qm＝μpεν(2)
式中，μ—摩擦系数；
pε—单位面积作用力(N/m2)；
ν—相对滑动速度(m/s)。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的驱动辊与环件交换热、芯辊与环件交换热、上锥辊与环件交换热、下锥辊与环件交换热计算公式为：
式中，T′—轧辊温度(℃)；
Tb—接触后瞬间接触区轧辊表面温度达到一个完全一定的数值(℃)。
λ—环件与轧辊换热系数[W/(m·℃)]；
ρ—材料密度(kg/m3)；
c—材料比热[J/(kg·℃)]；
τ—瞬态导热穿透时间(s)；
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的空气热对流损失的热量计算公式为：
qd＝α(Tw-T0)(4)
式中，α—对流换热系数[W/(m2·℃)]；
Tw—环件或轧辊的温度(℃)；
T0—空气的温度(℃)。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的热辐射损失的热量计算公式为：
qF＝εσ[(Tw+273)4-(T0+273)4](5)
式中，ε—表面辐射系数，其值在0和1之间，由物体表面性质决定；
σ—斯忒藩-玻耳兹曼常数,σ＝5.67×10-8W/(m2·K4)。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤(c)中非轧制区热量变化量包括左抱辊与环件摩擦热、左抱辊与环件交换热；右抱辊与环件摩擦热、右抱辊与环件交换热；空气热对流损失的热量、热辐射损失的热量。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述的左抱辊与环件摩擦热、右抱辊与环件摩擦热计算公式与公式(2)相同。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述的左抱辊与环件交换热、右抱辊与环件交换热计算公式与公式(3)相同。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述的空气热对流损失的热量计算公式与公式(4)相同。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述的热辐射损失的热量计算公式与公式(5)相同。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤...
【专利技术属性】
技术研发人员：张以都，宋和川，吴琼，高瀚君，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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