金属固态剪切挤压连接塑性变形机理、关键参数及其动态装置关键技术研究

There are many problems with connect intermediate billet of endless rolling by welding method that affect use. The project research a high temperature, rapid (<1second) shearing extrusion method to achieve connection of soild state sheet metal, which realize the connection of two metal blank by plastic deformation, shearing and extrusion. It is high temperature, high strain rate deformation that connection sheet metal by solid state bonding. So to research Stress-Strain Constitutive Model of high temperatures, high strain rate to determine force-energy relationship, research the relationship between shear tool structural parameters, overlap amount, the temperature and velocity with deformation morphology, surface quality and connection strength of sheet metal in order to smoothly enter the next rolling sequence after connecting, research shears tool motion parameters and blank motion parameters based on the theory of multi-rigid-body dynamics to match the key rolling parameters of rolling line, design dynamic connecting device with linkage of shear chin up and down relative motion and horizontal motion ( matching motion of rolling line ). The above research will establish the theoretical foundation for sheet metal connect ion technology by high temperature solid-stat shearing extrusion, lay a theoretical and technical foundation for application of intermediate billet endless rolling technology.

无头轧制技术中中间坯采用焊接方法连接存在诸多问题，影响使用。本项目研究一种在高温下、通过快速（<1秒）剪切挤压的方法以实现金属板料的固态连接，即两金属坯料通过塑性变形、剪切、挤压而实现结合。 在固态连接中金属板料为高温、高应变速率变形，需研究金属板料在高温、高应变速率下的应力应变本构模型，确定力能关系；研究剪具结构参数、搭接量、温度、速度等主要参数与金属板料的变形形态、表面质量及连接强度的关系，以便实现连接后顺利进入下一道轧序；研究基于多刚体动力学理论的剪具运动参数、坯料运动参数及匹配线上轧制关键参数，设计出具有上下剪刃的相对运动与水平方向运动（与轧线的运动相匹配）联动的动态连接装置。 以上研究可为金属板料通过高温固态剪切挤压实现连接的技术奠定理论基础，这些关键技术的研究将为中间坯无头轧制技术的应用打下理论与技术基础。

无头轧制是实现板材、带材连续生产主要技术之一，其现有中间坯连接技术存在诸多问题，制约了无头轧制技术的发展和应用。本项目针对无头轧制中间坯连接，开发了一种基于剪切挤压变形的金属固态快速连接方法，对提升板料精确剪切能力和连接强度、开发新型金属板料的固态连接技术、研发高效的动态连接装置和无头轧制中间坯固态连接技术的开发与应用奠定了理论基础，为中间坯的无头轧制提出了更为精确的方法。具体工作如下：.1、理论结合实验构建了Q345钢高温、高应变率下的J-C本构关系，确定了其高温流变应力Arrhenius本构方程及再结晶动力学模型，基于上限法-基元矩形技术建立了连接过程的力学求解数学模型和回归方程。.2、数值模拟结合实验定量描述了剪切速度、剪切温度、变形程度、搭接量等主要参数对板料变形和表面质量的交互影响关系及规律，优化了参数组合。实验研究了剪切连接过程微观组织演变、连接区力学性能，揭示了变形过程对变形区组织和力学性能的影响规律。.3、通过有限元软件的二次开发，编译及嵌入Q345钢动态再结晶模型，对连接界面组织动态再结晶行为实施了预测分析，并结合实验验证了组织模拟的正确性。.4、采用连续称重法对Q345钢空气中的恒温氧化行为进行了研究，根据单位面积氧化增重曲线，得到了Q345钢氧化前期和氧化中后期的增重规律，建立了Q345钢的高温氧化动力学方程。.5、理论结合实验研究了关键参数对板料接头力学性能的影响规律，通过轧制实验探究了齿型结构、轧制压下率对轧后板料连接带分布情况、组织形态的影响，进而研究了剪切连接工艺对轧后板料性能的影响规律。.6、开发了一种6杆1滑块机构用于实现中间坯的快速剪切挤压运动，建立了机构的多体动力学模型，并对机构进行了运动学仿真，推导了其运动学方程，并基于遗传算法对机构进行了优化设计。设计了剪切挤压连接装置，并对其进行了模态分析，运动学仿真和强度计算，结果表明该装置振动平稳，满足强度设计要求。