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基于Abaqus的铜扁线轧制工艺参数优化

刘羽卜继玲刘柏兵姜其斌

株洲时代新材料科技股份有限公司，湖南株洲，412007

摘要：针对铜扁线在轧制过程中出现的质量问题，利用Abaqus/Explicit完成初始工艺条件下的

有限元分析，根据实际生产工艺参数调整情况，建立参数调整方案并进行分析，选择合适的参数

匹配对工艺进行优化。

关键词：Abaqus软件铜扁线轧制工艺优化

Parametersoptimizationofcopperflatwire

rollingprocessbasedonAbaqus

LiuYuBuJiLingLiuBaiBingJiangQiBin

ZHUZHOUTIMESNEWMATERIALTECHNOLOGYCO.,LTD，ZHUZHOUHUNAN，412007

Abstract:Forthequalityproblemofthecopperflatwirerollingprocess,completethefiniteelement

analysisininitialconditionwithAbaqus/Explicit,accordingtothesituationofparametersadjustingin

practicalproductionprocess,then,establishparametersadjustmentschemeandcompletethe

analysis,andchooseappropriatematchingparameters,accomplishtheoptimizationfinal.

Keyword：Abaquscopperflatwirerollingprocessoptimization

引言

铜扁线是指横截面形状为带四个小圆角的矩形的金属线材，它是制造电机绕组、高低压电器、

开关触头以及供（配）电安装用导线等不可缺少的导电材料，其导电性能、尺寸精度和表面质量

直接影响到上述产品的使用性能。采用多道次连轧-退火工艺生产的铜扁线，使用性能可达到铜

扁线标准（GB5584-85）要求，但由于某些原因导致其加工质量存在一些缺陷：毛刺、花印、圆

角填不满等[1-3]。经验表明，金属轧制成形过程中各阶段材料的填充情况、变形趋势、内部的应

力、应变及应变速率主要取决于工艺参数，如压下率、轧制速度等；因此合理的工艺参数匹配能

使加工后的铜扁线尺寸精度更高、表面更加光滑、圆角更加充实，但如果采用反复试验的传统方

法研究，必定会造成大量的人力、物力和时间的浪费[4]

。近年来有限元法作为一种有效的数值方

法已被广泛应用在金属塑性变形过程中，本文借助Abaqus有限元分析软件对铜扁线轧制过程进

行模拟，分析轧辊间隙和铜扁线表面突起情况的关系，寻找较佳的参数匹配，从而为改进和优化

铜扁线轧制工艺提供数据参考。

1轧制过程中金属变形规律

轧制过程中，轧件厚度方向受到轧辊压缩作用，金属将按照最小阻力定律向纵向和横向流动。

由横向移动的体积所引起的轧件宽度的变化称为宽展。一般轧件在宽度方向线尺寸的变化，即绝

对宽展称为宽展。纵轧的目的是为了得到延展，因此除特殊情况外，应尽量避免出现宽展。

影响宽展的因素可归纳为两方面：一是高向移动体积；二是变形区内轧件变形的纵横阻力比。

因此，控制高向移动体积或变形区内轧件变形的纵横阻力比就能达到控制宽展的目的[5]。

1

2结构及有限元分析模型

铜扁线的原材料为直径10.3mm的圆铜线，经五道工序加工后的产品的横截面形状如图1所

示。工序1、3和5的轧辊是直径分别为D1、D2、D3的圆柱形钢辊对；工序2和4的轧辊为带

凹槽的圆柱形钢辊对，其具体形状结构如图2左边所示，凹槽结构则如图2右侧所示[6]。

图1.铜扁线截面形状图2.工序2、4轧辊形状结构

根据实际生产过程，考虑到每经过一道工序后材料性能会有所变化，因而对每道工序后的材

料进行拉伸试验，然后分工序进行有限元分析；又根据载荷及边界条件的对称性，为节省计算资源，故取四分之一模型进行分析。在Abaqus中建立工序1的有限元分析模型，如图3，采用先

预压再轧制的方法进行分析，即先给轧辊一个厚度方向的位移量，到达尺寸要求的位置后，再转

动轧辊进行轧制，这样轧辊与铜线间的接触就直接变成面面接触，从而省去了咬入过程的点面接触，加快了分析效率。将工序1分析结果中，铜扁线变形后的网格以及它的应力应变情况作为初

始条件导入工序2，模型如图4，给该网格模型赋