汽车用5182铝合金双辊连续铸轧温度场模拟

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1、学兔兔www.xuetutu.com汽车用5182铝合金双辊连续铸轧温度场模拟Temperaturefieldnumericalsimulationoftwin-rolIcontinuouscastingprocessof5182aluminumalloy黄旭HUANGXu(辽宁机电职业技术学院，丹东118000)摘要：采用有限体积法，建立了5182铝合金板材的双辊连续铸轧过程的铸轧区模型。通过输出水口入口中心与板材出口中心连线上的等距离点的温度值来表述温度场分布，并分析形成原因。文章考察了不同工况下影响铸轧连续性及成材

2、性的重要因素：板材出口温度和液穴深度。综合分析后得出不同工况下的最佳工艺参数。关键词：双辊连续铸轧；5182铝合金；有限体积法；数值模拟中圈分类号：TG249．7文献标识码：A文章编号：1009—0134(2015)06(下)一01O1—03Ooi：10．3969／J．1ssn．1009-0134．2015．06(下)．290引言1数学建模根据中国汽车协会报告显示，2015年1月汽车产销1．1求解方程分别完成228．70万辆和231．96万辆，比上年同期分别增整个双辊连续铸轧过程(如图1所示)虽为金属液长l1．5％和7．

3、6％。随着汽车产量与销量的增长，带来的由流槽进入水口，并经水口流入铸轧区后铸轧成板，但环境污染问题成为人们必须正视的问题。5182铝合金因过程的核心部分就是铸轧区内金属流动及凝固过程。所其良好的成形性能、耐蚀性能及机械性能成为汽车板材谓铸轧区，即由水口出口端到两轧辊中心线连续的距的目标材料。目前生产5182铝合金板带材主要以热轧生离，该区域由上下两个反向转动的轧辊和防止金属液向产为主，降低生产成本，保证生产质量是生产厂商所追两侧无限制流淌的侧封组成。铸轧区内金属流动及凝固求的目标0]。双辊连续铸轧工艺(Twin．roll

4、Continuous过程涉及传热学、流体力学等学科知识，可由能量方CastingProcess)因其流程短、效率高、能耗低成为铝程、流体动力学方程及连续性方程描述。合金板材生产的重要工艺，而热带、裂纹、缩孔等缺陷其中能量方程如式(1)所示，该方程为直角坐标系一直存在于双辊铸轧工艺所生产的板带材中，可见铸轧下的传热方程。工艺参数对板材生产质量起着至关重要的作用[3~51o对铸轧区的凝固过程进行研究可找出板带材生产缺陷的原Ⅷ0x+u+u：0：az(+享+]cl叙0＆J因，并能够优化工艺参数，避免缺陷产生。本文以5182式qb

5、T为温度，为铸轧时间，U、Uy和U：分别为铝合金为材料，对铸轧过程进行建模，通过ANSYS软X、y~1]z方向上的速度分量，Q为导热系数。～件，研究不同浇注温度、冷却条件及铸轧速度对铸轧区流体动力学方程本实验采用Navier．Stokes方程，其温度场分布的影响，并讨论形成原因，最终获得优化工在直角坐标系下如式(2)～式(4)所示。艺参数。：一望+rV2u(21DfPa一生：j，一竺+，vz⋯utPOy’ks)鲁=一笔+UzDtP8z＼、(4)式中p为密度，r为运动粘度，x、Y、z分别为作用于单位质量流体的体积力沿X、Y

6、、z方向的分量，其余各物理量同上。图1双辊连续铸轧过程假设5182铝合金液在铸轧区内为不可压缩、常物性收稿日期：2015-03-06基盒项目：辽宁省教育厅科学研究计划资助项目(2008322)作者简介：黄旭(1982一)，男，辽宁本溪人，讲师，硕士，研究方向为汽车制造。第37卷第6期2015一OO(下)[1011学兔兔www.xuetutu.com务l生匐出流体的层流，其连续性方程可简化如式(5)所示。表151,82铝合金不同温度比热表塑+：or、+dxOydz、I比热／J(Kg·℃)。l8578638774728496

7、515321567l式中u、u和u含义同上。金属由液态到固态可认为金属由极低的粘度值上升1-2边界条件至极大，即在粘度前方乘以较大的系数。现定义固态时粘度系数为1，液态下粘度系数为0．001，根据插值法求本次模拟的铸轧机轧辊直径为O500mmX~500mm，得金属粘度系数如表2所示。水口入口宽度3mm，板材厚度5mm，铸轧区长度50mm，板材宽度250mm。浇注温度为660℃、670℃、680℃、表25182铝合金不同温度粘性系数表l温度(℃)l0577600620638700l690℃和700~C，对应轧辊转速0．7m

8、／min、1．Om／min~I1．3m／I粘性系数l110．6230．2960．0010．001lmin，并对应两种不同的冷却水通量，折合对流换热系数分别为8000W／(m2．K)和10000W／(mz．K)。2结果及分析1)速度入口边界条件由于考虑到大量计算结果，通过选取距离水口入口水口入口处边界条件为速度入口条件