邱哲生，魯 俐，賈瑞嬌，安 迪，，陳俊宇，，嚴(yán)繼康

(1.云南鋁業(yè)股份有限公司，云南 昆明，650502；2.昆明理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，云南 昆明650093)

鋁板帶材在汽車、建筑、家電工業(yè)及航空航天等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[1-2]。熱軋制因能耗低，金屬材料的加工性能得到改善，生產(chǎn)效率高，所以鋁板帶的生產(chǎn)較多采用熱軋制的方式[3-6]。中國鋁板帶熱軋工業(yè)的大發(fā)展是2000-2017年，這是黃金發(fā)展期。2017年中國熱軋生產(chǎn)能力達(dá)2 1170kt，成為世界最大的鋁板帶熱軋國，約占全球總生產(chǎn)能力的58%[7]。但在熱軋制過程中，鋁板會(huì)不可避免產(chǎn)生缺陷，而應(yīng)變是表示變形體變形大小的物理量，板型的不良來源于變形的不均勻，即在各處有效應(yīng)變的大小不一致[8]。在有效應(yīng)變偏大的地方將產(chǎn)生紋浪，形成板型缺陷，所以在合理范圍內(nèi)，產(chǎn)生紋浪處的有效應(yīng)變?cè)叫?，將?huì)得到更優(yōu)的板型。6061鋁合金屬Al-Mg-Si系合金，中等強(qiáng)度，具有良好的塑性和優(yōu)良的耐蝕性。特別是無應(yīng)力腐蝕開裂傾向，其焊接性優(yōu)良，耐蝕性及加工性好，廣泛應(yīng)用于要求有一定強(qiáng)度和抗蝕性高的各種工業(yè)結(jié)構(gòu)件，如制造卡車、塔式建筑、船舶、電車、鐵道車輛[9-11]。

該項(xiàng)目主工藝以青海東臺(tái)吉乃爾鹽湖富鋰晶間鹵水為原料，采用“離子選擇性遷移技術(shù)”對(duì)老鹵進(jìn)行高效鎂鋰分離，老鹵中鎂鋰比為20∶1左右，鎂鋰分離后鹵水中鎂鋰比降至0.05∶1。分離后得到的富鋰鹵水再經(jīng)過一系列化工單元操作產(chǎn)出電池級(jí)碳酸鋰。該項(xiàng)目工藝能耗低，無廢水和固廢排出，含鋰尾液全部實(shí)現(xiàn)資源化利用。

熱軋工藝對(duì)鋁合金板帶組織和性能有明顯的影響[12]。有限元是研究鋁合金板帶軋制工藝參數(shù)的有效方法之一，根據(jù)相關(guān)理論模型，采用Deform有限元軟件模擬計(jì)算了熱軋、冷軋的溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)，對(duì)于制訂合理的軋制工藝參數(shù)具有較好的參考價(jià)值[13-17]。

1 研究方法

1.1 幾何模型與有限元模型

本文通過DEFORM-3D軟件用實(shí)際尺寸建立三維模型。軋輥尺寸為，寬度2100mm,直徑750mm；軋板長(zhǎng)度為200mm，寬度為1000mm，初始厚度為26mm。為了更加精確地研究軋制溫度，壓下率以及軋輥溫度對(duì)板型的影響，軋輥采用原型1/2建模，軋件采用原型1/4建模，目的是減少計(jì)算量。軋輥和軋件的三維模型如圖1(a)所示。采用網(wǎng)格自動(dòng)重劃分功能，網(wǎng)格采用四面體單元，將軋板坯料劃分成4464個(gè)單元，Deform-3D的有限元模型如圖1(b)所示。在模擬過程中軋輥設(shè)為剛性材料，軋件設(shè)為塑性ALUMINUM-6061材料。

1.2 壓下規(guī)程

根據(jù)相關(guān)資料和生產(chǎn)實(shí)際的需要[18-20]，制訂了6061鋁合金板帶軋制的壓下規(guī)程(表1)。

雖然現(xiàn)在很多的企業(yè)已經(jīng)有了豐富市場(chǎng)營(yíng)銷策略和提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的意識(shí)，但是很多企業(yè)的技術(shù)部門卻不具備市場(chǎng)營(yíng)銷的專業(yè)素養(yǎng)，除此之外，很多企業(yè)的管理意識(shí)和制度也十分的匱乏。例如很多的企業(yè)專業(yè)部門不具備整體性的全局式觀念，不注重使用多數(shù)數(shù)字結(jié)合模式的新媒體技術(shù)，團(tuán)隊(duì)的自身素質(zhì)較為單薄，不懂如何合理安排企業(yè)的市場(chǎng)營(yíng)銷策略的實(shí)施秩序等等。

1.3 邊界條件

此前的8月份，我們?cè)诒本﹫D書博覽會(huì)上組織過一次名為“筆尖歲月 紙上光陰”的研討會(huì)，主題即是“文學(xué)中的時(shí)間”。

據(jù)表5中數(shù)據(jù)可知，因素A(壓下率)以第一水平對(duì)應(yīng)的看k1值1.32最小；因素B(軋制溫度)以第二水平對(duì)應(yīng)的k2值1.32最小；因素C(軋輥溫度)以第三水平對(duì)應(yīng)的k3值1.32最小，所以最優(yōu)方案為A1B2C3?？梢钥闯?，第二道次軋制的最優(yōu)方案與2-2號(hào)實(shí)驗(yàn)比較接近，在2-2號(hào)試驗(yàn)中只有軋輥溫度不是最佳水平，而軋輥溫度對(duì)應(yīng)變的影響是3個(gè)因素當(dāng)中最小的，2-2號(hào)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)變平均值是最小的，這說明所找出的最佳方案符合實(shí)際。為了確定上面找出的方案A1B2C2是不是最佳方案，將最優(yōu)方案為A1B2C3定義為實(shí)驗(yàn)2-10，按這個(gè)方案進(jìn)行了一次實(shí)驗(yàn)，得到如表6的有效應(yīng)變結(jié)果。由表6可知，實(shí)驗(yàn)2-10的應(yīng)變平均值小于2-2號(hào)實(shí)驗(yàn)得到的均值，即此方案能得到更好的板型，此方案為最佳方案?？梢姡诙来我詨合侣蕿?6%，軋制溫度為510℃，軋輥溫度為62℃為最佳方案，即實(shí)驗(yàn)2-10。

圖1 幾何模型與網(wǎng)格模型Fig.1 Geometric model and mesh model

各道次初始厚度H/mm壓下量△h/mm軋制速度/(m/min)壓下率/%軋制溫度/℃軋輥溫度/℃第一道次26.011.0604253055第二道次15.07.0864751060第三道次8.03.41244349065

2 結(jié)果與討論

從表4可以看出，最優(yōu)方案與1-1號(hào)實(shí)驗(yàn)比較接近，只有軋輥溫度不是最佳水平，而軋輥溫度對(duì)應(yīng)變的影響是3個(gè)因素當(dāng)中最小的，從實(shí)際做出的結(jié)果中看出1-1號(hào)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)變平均值是最小的，這說明所找出的最佳方案符合實(shí)際。為了確定上面找出的方案A1B1C2是不是最佳方案，將此方案定義為實(shí)驗(yàn)1-10，按這個(gè)方案進(jìn)行了一次實(shí)驗(yàn)，如圖5所示，所得到的應(yīng)變平均值小于實(shí)驗(yàn)1-1得到的均值，即此方案能得到更好的板型?？梢?，第一道次以壓下率為41%，軋制溫度為525℃，軋輥溫度為55℃為最佳方案，即4個(gè)跟蹤點(diǎn)P14～P17的有效應(yīng)變分別為0.609、0.645、0.662和0.646，平均值為0.640。

2.1 第一道次最優(yōu)方案

將壓下率、軋制溫度和軋輥溫度3個(gè)實(shí)驗(yàn)因素按照三水平進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，并用DEFORM-3D軟件按照表2進(jìn)行了9組實(shí)驗(yàn)。模擬第一道次的實(shí)驗(yàn)方案軋制過程后，對(duì)軋件上面表面進(jìn)行點(diǎn)跟蹤分析，獲得不同位置的平均有效應(yīng)變。板坯表面的跟蹤點(diǎn)如圖2所示。

約束邊界條件通過對(duì)稱邊界條件來實(shí)現(xiàn)，對(duì)于如圖1(b)所示的板坯1/4模型設(shè)置兩個(gè)對(duì)稱面分別為-Z方向上Z=0的XY平面，即圖1(b)中下面的平面，-Y方向上Y=0的XZ平面，即圖1(b)中左邊的平面。根據(jù)加工過程中的實(shí)際轉(zhuǎn)速設(shè)定軋輥的自轉(zhuǎn)角速度為25.48rpm，軋制方向?yàn)?X方向，接觸面上的摩擦采用剪切摩擦模型，摩擦因數(shù)取0.4，熱傳導(dǎo)系數(shù)設(shè)為0.18。

表2 第一道次正交實(shí)驗(yàn)列表

圖2 表面點(diǎn)跟蹤示意圖Fig.2 Surface point tracking schematic

如表5所示，3列的極差大小為,第一列最大，第二列等于第三列。因此實(shí)驗(yàn)因素A(壓下率)的水平改變對(duì)應(yīng)變的影響最大，考慮因素時(shí)應(yīng)該首先考慮壓下率，接下來依次是軋制溫度和軋輥溫度。所以壓下率對(duì)板型的影響最大，而對(duì)于本實(shí)驗(yàn)，應(yīng)變?cè)叫?，將?huì)得到更好的板型，故選擇最優(yōu)方案時(shí)應(yīng)選擇應(yīng)變平均值最小處對(duì)應(yīng)的因素水平。

圖3 第一道次軋件表面跟蹤點(diǎn)有效應(yīng)變Fig.3 Effective strain of surface tracking point of rolling piece’s first pass

位置跟蹤點(diǎn)時(shí)間/s有效應(yīng)變平均應(yīng)變x=0～200m,y=500mm,z=13mmP10.090.552P20.160.617P30.220.633P40.300.621P50.340.558P60.350.6070.607x=0～200m,y=250mm,z=13mmP70.090.573P80.160.644P90.220.655P100.300.656P110.340.607P120.350.5590.641x=0～200m,y=0mm,z=13mmP130.090.570P140.160.645P150.220.633P160.300.657P170.340.609P180.350.5780.645

由圖3可知點(diǎn)P1～P18分別在0.09s、0.160s、0.220s、0.300s、0.340s和0.350s達(dá)到最大有效應(yīng)變，即穩(wěn)態(tài)有效應(yīng)變，穩(wěn)態(tài)有效應(yīng)變的具體數(shù)值見表3。圖3(a)跟蹤點(diǎn)有效應(yīng)變與圖3(b)和圖3(c)跟蹤點(diǎn)有效應(yīng)變數(shù)值有明顯區(qū)別，而圖3(b)和圖3(c)跟蹤點(diǎn)有效應(yīng)變數(shù)值比較接近。這是由于圖3(a)所示的跟蹤點(diǎn)P1～P6位于自由面，而跟蹤點(diǎn)P7～P12在軋件中，跟蹤點(diǎn)P13～P18則在軋件的約束對(duì)稱面上。對(duì)跟蹤點(diǎn)P1～P18的穩(wěn)態(tài)有效應(yīng)變?nèi)コШ宵c(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)后得到波浪紋處的平均有效應(yīng)變分別為0.607、0.641和0.645，本文中第一道次軋制以XZ對(duì)稱面上的4個(gè)跟蹤點(diǎn)P14～P17的有效應(yīng)變的平均值為正交實(shí)驗(yàn)的考核指標(biāo)，第二道次和第三道次也是采用這種方法確定正交實(shí)驗(yàn)的最優(yōu)方案，只是跟蹤點(diǎn)的位置和數(shù)量以及相對(duì)應(yīng)的穩(wěn)態(tài)有效應(yīng)變數(shù)值不同而已。

圖4為x=0～200mm，y=0，z=13mm對(duì)稱面上的跟蹤點(diǎn)P13～P18在X、Y和Z方向上的應(yīng)變。由圖4可知，跟蹤點(diǎn)P13～P18的有效應(yīng)變主要由X方向上的拉伸應(yīng)變和Z方向的壓縮應(yīng)變構(gòu)成，而Y方向的拉伸應(yīng)變較小，這主要是由軋制工藝參數(shù)和板坯尺寸決定的。經(jīng)過第一道次軋制后，軋件在X方向由原來的200mm伸長(zhǎng)為303mm，形變量超過50%；Y方向由原來的500mm伸長(zhǎng)為510mm，形變量為2%左右；Z方向由原來的13mm壓縮為7.8mm左右，形變量為40%左右與壓下率相近。

圖4 ZX對(duì)稱面上跟蹤點(diǎn)有效應(yīng)變Fig.4 Effective strain of tracking point on ZX symmetry plane

第一道次軋制后的有效應(yīng)變平均值如表4所示。K1為因素A、B、C的第1水平所在實(shí)驗(yàn)中的考察指標(biāo)：應(yīng)變之和；K2為因素A、B、C的第2水平所在實(shí)驗(yàn)中的考察指標(biāo)：應(yīng)變之和；K3為因素A、B、C的第3水平所在實(shí)驗(yàn)中的考察指標(biāo)：應(yīng)變之和；k1，k2，k3為K1，K2，K3的平均值。如表4所示，3列的極差大小為，第一列大于第二列大于第三列，因此實(shí)驗(yàn)因素A(壓下率)的水平改變對(duì)應(yīng)變的影響最大，k1，k2，k3接下來依次是軋制溫度和軋輥溫度。所以壓下率對(duì)板型的影響最大，而對(duì)于本實(shí)驗(yàn)，應(yīng)變?cè)叫?，將?huì)得到更好的板型，故選擇最優(yōu)方案時(shí)應(yīng)選擇應(yīng)變平均值最小處對(duì)應(yīng)的因素水平。據(jù)表4中數(shù)據(jù)可知，因素A(壓下率)以第一水平對(duì)應(yīng)的k1值0.654最小，取其第一水平最好；因素B(軋制溫度)以第一水平對(duì)應(yīng)的k2值0.675最小，取其第一水平最好；因素C(軋輥溫度)以第二水平對(duì)應(yīng)的k3值0.674最小，取其第二水平最好，所以最優(yōu)方案為A1B1C2。

表4 第一道次正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

用正交實(shí)驗(yàn)法對(duì)6061鋁合金進(jìn)行了三個(gè)道次的軋制模擬實(shí)驗(yàn)，以探求所設(shè)定因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響規(guī)律，同時(shí)找出最優(yōu)方案，作為下一道次的初始模型，在此基礎(chǔ)上改變因素水平，進(jìn)入下一道次的實(shí)驗(yàn)。

圖5 實(shí)驗(yàn)1-10的有效應(yīng)變?cè)茍DFig.5 Effective strain cloud diagram of experiment 1-10

2.2 第二道次最優(yōu)方案

由圖8可見，整體上板型趨于良好，沒有太大的軋制缺陷，有12處紋浪，取各個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果中位于對(duì)ZX稱面上表面紋浪底部的12個(gè)點(diǎn)，將其定義為P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8、P9、P10、P11和P12，該處的有效應(yīng)變值如圖9所示，取穩(wěn)態(tài)平均有效應(yīng)變作為正交實(shí)驗(yàn)的考核指標(biāo)。第二道次的平均有效應(yīng)變?nèi)绫?所示。

師：課文中的生字詞都認(rèn)識(shí)了。老師寫一個(gè)字，繁體字的“匆”，上面表示木格子的窗戶，加心字底表示心情。形容人的心情也表示時(shí)間過得快。再寫一個(gè)字——加心字底的匆。一個(gè)字讀匆，兩個(gè)字讀匆匆。有什么感覺？

圖6 第二道次軋件表面有效應(yīng)變?cè)茍D和跟蹤點(diǎn)示意圖Fig.6 Surface effective strain cloud diagram and trace point diagram of rolling piece’s second pass

圖7 第二道次軋件表面跟蹤點(diǎn)有效應(yīng)變Fig.7 Effective strain of tracking point on surface of rolling piece’s second pass

圖2(a)為未進(jìn)入軋輥的板坯表面的跟蹤點(diǎn)，圖中，P1～P6為y=500m，z=13mm，x=0～200mm的板坯上表面的跟蹤點(diǎn)；P7～P12為y=250m，z=13mm，x=0～200mm的板坯上表面的跟蹤點(diǎn)；P13～P18為y=0m，z=13mm，x=0～200mm的板坯上表面的跟蹤點(diǎn)。跟蹤點(diǎn)在X方向的取值是根據(jù)第一道次軋件的最大有效應(yīng)變的節(jié)點(diǎn)來確定。圖2(b)為第一道次軋件表面與圖2(a)相對(duì)應(yīng)的跟蹤點(diǎn)P1～P18示意圖。由圖2(b)可以看出，P1、P7和P13為咬入點(diǎn)，P6、P12和P18為軋制結(jié)束點(diǎn)，其它跟蹤點(diǎn)都位于波浪紋的最低處，即有效應(yīng)變最大處。跟蹤點(diǎn)P1～P18的有效應(yīng)變具體見圖3和表3。

表5 第二道次正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

倒是在一邊旁觀者清的葉總有些好奇，便出聲詢問王祥整個(gè)事件的來龍去脈。王祥開始還遮遮掩掩，不過當(dāng)著兩位老板的面也編不出什么高明的謊話，便把事情經(jīng)過避輕就重地給兩位老總說了一遍。從他們從老家偶得玉石到城里擺攤巧遇老道，最后一起說服胖子成交，再到如何和老道分道揚(yáng)鑣，王祥都如實(shí)講了出來。最后，王祥還向葉、錢兩位老總展示了自己留作紀(jì)念的玉墜，證明確有其事。

表6 實(shí)驗(yàn)2-10的均值

2.3 第三道次最優(yōu)方案

以實(shí)驗(yàn)2-10的軋制結(jié)果為基礎(chǔ)繼續(xù)進(jìn)行第三道次的9次軋制實(shí)驗(yàn)，根據(jù)表1的壓下規(guī)程進(jìn)行三因素三水平正交實(shí)驗(yàn)進(jìn)行第三道次的軋制實(shí)驗(yàn)，得到如圖8所示的有效應(yīng)變?cè)茍D。

圖8 第三道次軋件表面有效應(yīng)變?cè)茍D和跟蹤點(diǎn)示意圖Fig.8 Surface effective strain cloud diagram and trace point diagram of rolling piece’s third pass

以第一道次實(shí)驗(yàn)1-10的軋制結(jié)果為基礎(chǔ)繼續(xù)進(jìn)行第二道次的9次軋制實(shí)驗(yàn)，根據(jù)表1的壓下規(guī)程進(jìn)行三因素三水平正交實(shí)驗(yàn)，得到如圖6所示的有效應(yīng)變結(jié)果。由圖6可見，整體上板型趨于良好，沒有太大的軋制缺陷，但有7處應(yīng)變偏大，進(jìn)而產(chǎn)生了紋浪。取各個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果中位于對(duì)ZX稱面上表面紋浪底部的7個(gè)點(diǎn)，分別將其定義為P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7，讀出它們的應(yīng)變值如圖7所示，即該處的有效應(yīng)變值，取平均值后作為正交實(shí)驗(yàn)考核指標(biāo)，第二道次的平均有效應(yīng)變?nèi)绫?所示。

圖9 第三道軋件表面次跟蹤點(diǎn)有效應(yīng)變Fig.9 Effective strain of tracking point on surface of rolling piece’s third pass

如表7所示，3列的極差大小為，第一列最大，第二列等于第三列，因此實(shí)驗(yàn)因素A(壓下率)的水平改變對(duì)應(yīng)變的影響最大，考慮因素時(shí)應(yīng)該首先考慮壓下率，接下來依次是軋制溫度和軋輥溫度。所以壓下率對(duì)板型的影響最大，而對(duì)于本實(shí)驗(yàn)，應(yīng)變?cè)叫?，將?huì)得到更好的板型，故選擇最優(yōu)方案時(shí)應(yīng)選擇應(yīng)變平均值最小處對(duì)應(yīng)的因素水平。據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，因素A(壓下率)以第一水平對(duì)應(yīng)的k1值2.22最小，取其第一水平最好；因素B(軋制溫度)以第一水平對(duì)應(yīng)的k2值2.24最小，取其第一水平最好；因素C(軋輥溫度)以第一水平對(duì)應(yīng)的k3值2.24最小，取其第一水平最好。所以最優(yōu)方案為A1B1C1。

個(gè)人哲學(xué)是教師在教學(xué)情境中思考自身的方式，包含教師個(gè)人心智中的信念和價(jià)值觀，作為一種無意識(shí)的經(jīng)驗(yàn)假設(shè)支配著教師的行為。從個(gè)人角度來看，哲學(xué)是一種讓人認(rèn)識(shí)世界、了解世界的工具。由于每位教師的性格、成長(zhǎng)環(huán)境、經(jīng)驗(yàn)不同，其個(gè)人哲學(xué)也迥然不同，但相似的是，教師的個(gè)人哲學(xué)往往貫穿于生活和工作中，統(tǒng)領(lǐng)著他們的信念與價(jià)值觀，指揮著他們的行為方式，使教師成為獨(dú)特的個(gè)體。它通常包涵著個(gè)體的信念、價(jià)值觀和行動(dòng)原則，透過信念和價(jià)值觀的外在表現(xiàn)，深入到經(jīng)驗(yàn)中，成為教師實(shí)踐性知識(shí)的個(gè)性化表征。

表7 第三道次正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

可以看出，最優(yōu)方案在已經(jīng)做過的實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)出現(xiàn)，就是方案3-1。從實(shí)際做出的結(jié)果中看出3-1號(hào)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)變平均值是最小的，這說明所找出的最佳方案符合實(shí)際，即第三道次以壓下率為42%，軋制溫度為485℃，軋輥溫度為63℃，即方案3-1為最佳方案。

3 結(jié)論

通過模擬仿真計(jì)算了壓下率、軋制溫度、軋輥溫度對(duì)鋁板材熱軋后的板型的影響。從以上板材熱軋數(shù)值模擬橫截面應(yīng)變?cè)茍D和數(shù)據(jù)分析表中可以看出，壓下率對(duì)熱軋應(yīng)變的影響相對(duì)較大，而軋制溫度和軋輥溫度對(duì)軋制應(yīng)變也有不同程度的影響。即在板型控制過程中，首先應(yīng)該考慮隨軋制壓下率的逐漸增大，應(yīng)變逐漸增大，紋浪的起伏將增大，從而影響板型質(zhì)量；反之隨著壓下率的減小，發(fā)生紋浪處的應(yīng)變將逐漸減小，從而得到更好的板型質(zhì)量。

軋件出現(xiàn)波浪的區(qū)域在Z方向上厚度比較薄，而在X方向上長(zhǎng)度明顯增加，Y方向上長(zhǎng)度略有增加，因此，軋件X、Y和Z方向的延伸率不一致。軋件產(chǎn)生波浪紋的主要原因是軋件變形區(qū)橫斷面金屬整體流動(dòng)的均勻性仍不十分理想，還有軋件兩端散熱較快，中間散熱較慢，因此，在軋件寬向上出現(xiàn)了溫度差。在軋件的波浪處變形較大，摩擦力較大，產(chǎn)生較多的變形熱和摩擦熱，因此產(chǎn)生波浪紋[21-23]。

研究結(jié)果表明，第一道次以壓下率41%、軋制溫度525℃、軋輥溫度53℃為最佳方案，得到了最優(yōu)板型，有效應(yīng)變的平均值為0.640；第二道次以壓下率46%，軋制溫度510℃，軋輥溫度62℃為最佳方案，得到了最優(yōu)板型，有效應(yīng)變的平均值為1.31；第三道次以壓下率42%，軋制溫度485℃，軋輥溫度63℃為最佳方案，得到了最優(yōu)板型，有效應(yīng)變的平均值為2.20。