轧制界面非稳态润滑动力学特性研究

高速轧制过程中界面润滑液流量偏析，非均匀弹塑性变形以及局部热效应等非稳态量对工作界面的润滑状况有着重要的影响，可能导致严重的轧制失稳和设备损害，研究高速轧机运行过程中轧制界面的非稳态润滑特性及其对系统动力学特性的影响具有较重要的实用价值和理论意义。本项目基于表界面科学、微观接触力学及流体润滑理论建立轧制界面的动力润滑模型，分析轧件表面形貌、环境温度及轧制工艺参数对界面摩擦与润滑特性的影响规律，并讨论考虑介质相含率的多态耦合界面润滑特性和力学性能；综合润滑液流量偏析、局部热效应和接触非均匀弹塑性变形等非稳态因素的耦合作用，对轧制界面非稳态润滑特性进行深入研究。通过理论分析、仿真模拟和实验验证，将轧制界面非稳态润滑引入高速轧制过程的整体动力学建模，应用多尺度分析方法和激变理论研究非稳态润滑条件下系统异常动力学行为与运行失稳的诱导机制，为轧制工艺规程的制定、润滑失稳的预测与控制提供理论依据。

金属冷轧过程中为了达到减少摩擦磨损、降低能耗以及提高轧件表面质量等目的，通常会在其过程中采用适当的润滑。然而在高速轧制过程中，常常会由于轧制界面的非稳态润滑与摩擦状态而引起系统振动。对考虑轧制界面微观特性的轧机宏观振动问题进行分析不仅是对轧制界面润滑状态研究的一个延伸，而且是科学研究的回归和实践。因此，对轧机界面的非稳态润滑特性及轧机的宏观振动特性进行理论研究具有重要的科学意义和工程意义。.本项目根据轧制润滑的实际情况，建立了包括入口区在内的稳态轧制界面流体润滑、混合润滑模型，构建了考虑表面形貌因素影响的包括流体润滑、混合润滑状态在内的非稳态轧制界面润滑模型，并引入流量偏析、非均匀温度场、粗糙峰及非均匀变形等非稳态的干扰因素；以稳态轧制界面润滑模型为基础，提出了非稳态轧制界面评价体系，对非稳态条件下轧制压力、油膜厚度等特性参数波动进行了分析与评价；以二辊实验轧机为平台，进行了铝合金板带材轧制润滑实验，对理论模型及计算结果进行了验证。. 本项目基于对国内外近十年在轧制颤振建模及理论研究的研究进展，考虑轧制界面非线性摩擦系数以及轧机结构模型和动态轧制过程模型之间的相互耦合关系，构建了单机架轧机垂直-扭转-水平整体耦合动力学模型；利用Hopf分岔的Hurwitz判据分析了系统的稳定性，并对不同轧制工艺参数和轧机结构参数对系统稳定域的影响进行了详细的分析；以开卷机的实际开卷速度作为控制量，构造了线性和非线性状态反馈控制器，对系统的振动特性进行了控制，达到了扩大系统稳定域、改变系统Hopf分岔类型以及控制系统极限环振动幅值的目的；考虑机架间的张力波动和时滞传递，建立了多机架连轧机再生颤振模型，并对其稳定性及失稳机理进行了分析。.本项目的研究结果表明，轧制界面的非稳态摩擦润滑问题是影响辊缝性态的关键因素，是引起轧机振动和失稳的主要诱因之一，因此合理的摩擦模型是准确表征动态轧制过程的核心问题。并且在对轧制界面非稳态润滑深刻认识的基础上，本项目又对轧机的单机架多模态耦合振动及多机架再生颤振的动力学特性进行了研究，为生产过程中工艺规程的制定提供了可靠的依据。