铜板带连挤连轧成形机理及模拟研究

高精度铜板带是电子、信息、汽车等领域的重要构件，现有加工方法存在能耗高、含氧量高、材料利用率低等困扰学术和工程界的问题。为此，本项目提出一种节能、节材、环保的铜板带加工新方法──连挤连轧技术。目前，国内外对连挤连轧成形机理尚不清楚，对如何准确制定连挤连轧变形工艺条件、提高成形极限还缺少可靠的理论指导。本项目通过计算与模拟研究，分析变形工艺参数间的逻辑关系，建立连续挤压杆坯孔型咬入条件、板带塑性失稳极限条件；研究变形工艺参数对流动的影响规律，提出通过阻流环实现流动阻力均衡化的观点，解决大扩展比连续挤压变形不均匀流动问题。分析连续挤压扩展成形与热轧成形的交互作用，优化变形流道设计，建立稳定、均匀的流动模型；通过微观组织表征，揭示连挤连轧成形的组织演变规律。研究结果将为高精度铜板带材连挤连轧加工工艺和工程应用提供理论基础和可行的技术方法。

铜加工业是我国国民经济发展与国防建设的重要支柱产业之一，随着电子、信息、汽车工业的发展，铜及铜合金板带尤其是高精度铜板带的需求日益旺盛。高精度铜板带的关键品种为电子材料、接插件、汽车端子、同轴电缆带、变压器带、引线框架用铜板等。针对铜板带传统生产方法存在能耗高、含氧量高、材料利用率低等问题，本课题提出了采用连挤连轧方法作为节能、节材、环保的铜板带加工技术。围绕连挤连轧成形机理开展了理论分析、模拟和实验研究。确定了连续挤压的异径单辊初始咬入条件，建立了连续挤压一次和两次扩展成形的力学模型，得到了以连续挤压板带成形极限为目标的单位挤压力与工模具结构的关系；构建了连接连轧变形速度模型，确定了连挤与连轧间的恒张力条件，建立了轧辊转速与坯料尺寸、挤压轮转速、压实轮压下量、轧辊压下量、板带尺寸等参数之间的协调方程，得到了连挤连轧塑性失稳的极限条件；建立了连挤连轧过程的有限元模型，通过数值模拟确定了不同阻流环及模具结构、扩展腔二次扩展角及坯料尺寸下的金属流动规律、流速均方差，实现了通过阻流环、模具结构改善金属流动，解决大扩展比连续挤压变形不均匀流动问题。建立了连挤连轧全变形过程的变形、速度、温度变化模型，得到连挤连轧成形过程各个阶段的温度分布规律以及挤压轮转速、腔体局部加热对变形温度的影响，研究了轧制压下量对温度、挤压轮扭矩、腔体载荷、轧制扭矩、轧制力的影响规律；提出了一种模拟连续挤压变形条件的高温摩擦系数的双动式摩擦系数测定装置及其测定方法，利用高温模拟实验机研究了不同压力、温度下的摩擦系数；利用连挤连轧速度协调方程，开发了连挤连轧速度控制系统；通过实验研究，分析了变形组织特征和演变规律，揭示了连挤连轧变形微观机理，研究了连续挤压变形、轧制温度及轧制变形量对铜板带组织、性能的影响规律。上述研究结果为铜板带连挤连轧变形提供了工艺基础。发表学术论文13篇，相关成果获国家发明专利1项、实用新型专利1项，培养7名硕士生毕业，一名博士生在读。