2020年, 第27卷, 第3期 
刊出日期:2020-03-28
  

  • 全选
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    塑性成形技术与工艺
  • 曹秒艳, 田少杰, 胡晗, 赵长财, 苑亚宁
    塑性工程学报. 2020, 27(3): 1-9. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.03.001
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    为了探究振幅和冲裁间隙对冲裁结果的协同作用规律,以6061铝合金板材为研究对象开展超声振动辅助冲裁试验(振动频率为20 kHz)。超声振动辅助摩擦试验结果表明:超声振动的介入使得摩擦系数显著降低,且在低振幅条件下超声振动对于摩擦系数的影响更为明显。超声振动辅助拉伸试验表明:材料在施加超声振动后,流动应力立即下降,表现为明显的"软化"现象。在Deform-2D超声振动辅助冲裁模拟中将超声振动辅助摩擦试验和超声振动辅助拉伸试验获得的摩擦系数和流动应力随振幅的变化规律赋予板材,间接模拟超声振动对6061铝合金板材冲裁的影响规律。最后结合超声振动辅助冲裁试验得出结论:在不同冲裁间隙下,加入超声振动后,冲裁力的降低程度不同。超声振动幅参数对6061铝合金板材冲裁的影响非常显著;合理的超声振动冲裁参数既能减小冲裁力,又能提高冲裁断面质量。
  • 项志伟, 王成勇, 吴进, 盛小涛, 叶鹏飞, 陈锦洪
    塑性工程学报. 2020, 27(3): 10-15. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.03.002
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    以烘烤硬化钢H220BD制汽车后背门内板为研究对象,基于Hill'48与Hill'90屈服模型,建立了H220BD制件的有限元仿真模型,分别运用两种屈服准则对汽车后背门内板进行冲压仿真模拟。并以Argus非接触式光学应变测量系统所测得的实际试制件的测量结果作为实验对照组,研究了Hill'48与Hill'90两种屈服模型对H220BD制件有限元模拟的适用性,分析了预测结果的可靠性。经过对比分析,发现使用Hill'90屈服模型的有限元仿真结果在缺陷预测、减薄率以及主次应变值的预测中更接近于实际试模件。对于材料塑性流动量的预测精度,Hill'90屈服模型与Hill'48屈服模型差值不大,因此,Hill'90屈服模型更适用于烘烤硬化钢H220BD制件的冲压有限元仿真。
  • 刘强, 俞国燕, 梅端
    塑性工程学报. 2020, 27(3): 16-25. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.03.003
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    为了解决冲压成形工艺多目标优化问题,提出一种基于Dynaform与智能算法融合的多目标优化方法。以空调压缩机壳冲压成形为例,以减小最大减薄率和最大增厚率为优化目标,建立CAD模型并利用有限元分析软件Dynaform进行冲压成形数值仿真,映射其物理过程;采用田口正交试验法进行冲压成形仿真试验安排,并对试验结果进行极差和方差分析,综合评估冲压过程中冲压速度、摩擦系数、压边力、板料厚度和模具间隙对冲压成形质量的影响程度和影响规律;利用仿真试验数据训练径向基函数(RBF)神经网络,结合带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-II)获得Pareto最优解集,进而通过逼近理想解排序法(TOPSIS)评价筛选出最优工艺。利用Dynaform对所得最优工艺进行有限元分析,验证方法的有效性。
  • 周晗琼, 武凯, 孙宇, 常欣, 程国仁, 马正伦
    塑性工程学报. 2020, 27(3): 26-33. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.03.004
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    探讨了四辊卷板机在卷制板材后成形筒体产生棱角度的原因,以弹塑性双线性硬化模型作为基础理论,推导出板材的应力-应变关系。考虑了板材滚弯过程中的夹点偏移与曲率变化,对板材预弯与卷制过程分别建模,得到板材成形半径与侧辊进给量的计算公式。基于预弯模型计算板材的预弯移动距离,在此基础上进行试验,根据试验结果分析了板材的棱角度现象。结果表明:轴辊轧碾方向、侧辊进给量、预弯段距离和上下轴辊直径是影响筒体棱角度的主要因素;通过精确计算预弯时的侧辊进给量并调节预弯移动距离,可以有效控制因板材预弯不准产生的棱角度现象。
  • 郑硕, 查光成, 蒋哲东, 冯星宇, 严阿鑫, 查一凡
    塑性工程学报. 2020, 27(3): 34-42. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.03.005
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    基于患者原始CT数据,采用渐进成形技术设计了一套完整的修复体数字化设计与成形方案。首先从患者头部CT数据中提取出缺损的颅骨数据并进行三维重构。再从颅骨点云数据中提取出兴趣区域,使用参数化NURBS曲面对缺损区域进行三维反求。根据反求出的曲面模型,利用正向建模软件进行辅助加工面的设计,并生成NC加工代码。最后,采用渐进成形技术进行数字化无模制造,并使用线切割机床精确切除辅助加工面,得到最终的颅骨修复体。该技术解决了传统颅骨修复体设计与制造过程中存在的周期长、成本高且加工精度低等问题,实现了颅骨修复体的数字化设计与无模柔性制造。
  • 吴泽, 张如华, 郭开元, 曾广元
    塑性工程学报. 2020, 27(3): 43-50. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.03.006
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    为解决内齿轮塑性成形工艺中存在的角隅填充困难及成形力大等问题,在已有的扩腔凹模成形柱形齿轮的研究基础上进一步探索直齿圆柱内齿轮的扩隅凹模精密成形工艺。以模数为3 mm,齿数为18,外径为Φ80 mm的直齿圆柱内齿轮为研究对象,利用DEFORM-3D有限元软件和设计制作的试验模具对新成形工艺进行了数值模拟和物理模拟试验研究,初步探讨了扩隅空间几何参数(扩隅斜角α、扩隅空间齿宽方向尺寸b和扩隅空间齿高方向尺寸h)对内齿轮成形效果的影响。研究表明,新工艺成形载荷较闭式模锻工艺可降低约70%;α或(b,h)值越大,镦压成形力越大,而顶出成形力越小,角隅填充更加饱满,当α或(b,h)值过大时,内齿轮下角隅产生废料,当α取8°~14°,b取(1/4~1/2)齿宽B,h取(1/4~1/2)齿高H时,可获得成形质量良好的内齿轮锻件。等效应力分布均匀,无应力集中,且在模具承受范围之内。物理模拟试验得到了齿形饱满、轮廓清晰且无折叠等缺陷的铅制齿轮,与数值模拟结果吻合良好。
  • 胡缤, 张宝红, 魏椿雨, 张治民
    塑性工程学报. 2020, 27(3): 51-57. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.03.007
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    利用Pro-Engineer 3D构建了飞边槽开口角度为50°~110°的辊式成形模型,采用Deform-3D软件对辊式成形纯铝坯料的变形行为进行了有限元数值模拟。结果表明,当飞边槽开口角度从50°增大到110°时,飞边槽内金属变形均匀系数呈现先降低后升高的趋势;当飞边槽开口角度为50°时,产生的飞边最高,飞边槽内金属变形均匀系数最大,即变形最不均匀,第2道次整形后飞边处产生了折叠;随着飞边槽开口角度的增大,飞边的高度逐渐降低,第2道次整形后飞边处的折叠逐渐减少,飞边槽开口角度大于90°后折叠消失;当飞边槽开口角度为100°和110°时,由于飞边槽较宽,第2道次整形过程中部分金属流入整形辊轮飞边槽,造成整形后坯料壁厚不均匀。因此,飞边槽开口角度为90°左右时成形质量最好。
  • 彭孜, 赵鸿金, 董光明, 宋振亚, 张临财, 任衍彪
    塑性工程学报. 2020, 27(3): 58-64. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.03.008
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    利用DEFORM有限元软件对铜铝复合接触线连续挤压包覆成形过程进行了数值模拟,研究了挤压过程中金属的流动规律及等效应力、等效应变和温度分布规律。结果表明,铝合金在流动过程中主要发生镦粗变形,该过程产生的变形热引起铝合金的温度升高。应变主要集中在堵头、靴座通道及模具型腔中,且在模口处易产生应力集中。复合变形区长度过短会导致铜铝界面结合变差,过长会阻碍铜铝包覆产品顺利出模。当变形区长度为3.5~5 mm时,既保证了包覆产品的结合质量又能使产品顺利出模。最后采用试验验证了模拟结果的准确性。
  • 杨程, 牛艳, 王瑞静, 姚杰, 康佳
    塑性工程学报. 2020, 27(3): 65-71. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.03.009
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    为了揭示304不锈钢扁平头半空心厚壁铆钉在翻铆过程中易出现压不到位、空心壁开裂和腰部镦粗等缺陷产生的原因,采用有限元、机理分析和实验的方法分析了半空心厚壁铆钉的制作及翻铆过程,获得了铆钉制作及翻铆时铆钉的应力场、硬度分布和显微组织。结果表明:翻铆时翻卷半径过小,材料在弯角内侧堆积,导致压不到位。铆钉空心壁在铆钉制作和翻铆过程中变形量最大,加工硬化最严重,且有部分马氏体相变,导致铆钉空心壁部分的伸长率大幅下降;翻铆时铆钉空心壁外翻直径过大,超过拉伸极限,则铆钉在硬度最高的空心壁处开裂。铆钉制作和翻铆时腰部变形量最小,硬度最低,当翻铆力大于其抗压缩失稳的能力时,则会在腰部发生镦粗。
  • 金旗, 任学平, 李殊霞, 张国庆, 曲海涛, 赵冰, 侯红亮
    塑性工程学报. 2020, 27(3): 72-80. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.03.010
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    针对目前航空航天材料结构轻量化的要求,以连续SiC纤维、Ti箔和Ti2AlNb箔为原材料,基于真空热压技术,采用Foil-Fiber-Foil法,通过优化制备工艺,获得SiCf/Ti/Ti2AlNb叠层复合材料。利用扫描电镜和能谱分析仪对制备的复合材料界面微观组织进行分析,通过密度测试和拉伸试验计算材料的比强度和比刚度。结果表明,在920℃、40 MPa下保温保压1 h,可获得理想的SiCf/Ti/Ti2AlNb叠层复合材料,SiC纤维排布均匀,Ti/Ti2AlNb界面平直。其中,SiC/Ti界面为0.8 μm的TiC,而Ti/Ti2AlNb界面为α+β双相组织和富B2相,均形成良好的冶金结合,有利于载荷传递,保证材料性能。与Ti/Ti2AlNb相比,制备的SiCf/Ti/Ti2AlNb叠层复合材料的比强度和比刚度分别提高了约16%和28%,实现了材料结构的轻量化。
  • 谢晖, 唐泽皓, 王杭燕, 周诗琦, 楚博, 詹兆宇
    塑性工程学报. 2020, 27(3): 81-87. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.03.011
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    汽车保险杠结构的耐撞性与轻量化之间的矛盾是设计保险杠结构主要考虑的问题。针对某型轿车保险杠系统,通过对原钢制保险杠进行有限元仿真分析,发现该钢制保险杠的性能达不到该车型低速碰撞的要求。因此,为了实现耐撞性和轻量化的目标,将6061铝合金应用到该保险杠系统中,并将碰撞力和质量作为约束条件建立最大吸能的优化模型,以保险杠外侧板厚度、中间板厚度、内侧板厚度以及吸能盒上下板壁厚作为设计变量进行最优拉丁超立方设计,利用LS-DYNA有限元分析软件得到不同变量情况下的信息,采用二阶响应面法拟合出近似函数,结合响应面模型和具有模拟退火过程的ASA算法对5个板件厚度进行优化,在整车碰撞中比较优化后的保险杠和原钢制保险杠,结果证明该设计方案是切实可行的。
  • 材料性能与变形理论
  • 高铁军, 矫志辉, 杨踊, 赵天章, 齐林
    塑性工程学报. 2020, 27(3): 88-94. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.03.012
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    针对TC4钛合金板材轧制过程中产生的各向异性问题,在温热条件下通过与轧制方向呈不同角度拉伸试件的有、无超声振动辅助的拉伸实验,分析了超声振动对TC4钛合金板材的屈服强度、断后伸长率及厚向异性系数的影响规律,得到了有助于提高TC4板材成形性能及有效抑制各向异性的超声振动工艺参数;通过对拉伸试件金相组织和断口形貌的分析,得到了超声振动对TC4钛合金板材微观组织和性能的影响。结果表明,TC4钛合金板材在温度400~600℃范围内拉伸时,施加频率为20 kHz、振幅为10 μm的超声振动可以提高材料变形能力,还可以有效抑制板材的各向异性,同时对材料微观组织也不会造成较大影响。
  • 范利锋, 梁培, 王葛, 马静, 张本国
    塑性工程学报. 2020, 27(3): 95-101. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.03.013
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    为了提高预弯回弹的计算精度,考虑管线钢在预弯成形过程中弹性模量的变化和包申格效应对回弹计算的影响,采用能够反映弹性模量变化的弦模量耦合随动强化弹塑性本构模型,利用ABAQUS/Umat子程序将材料本构模型移植到有限元模型中,分析管线钢的预弯成形过程。探讨弹性模量的变化对回弹计算的影响及其内在规律,结果表明考虑弹性模量的变化可以有效提高预弯回弹的计算精度,将回弹角的计算误差由20.76%减小到8.8%。弯曲变形越大,弹性模量衰减越显著。弦模量模型计算所得的残余应力水平偏低,导致弹性应变值偏大。回弹角计算结果更加接近实测值。
  • 朱岩, 郝永刚, 林鹏, 崔晓磊, 池成忠
    塑性工程学报. 2020, 27(3): 102-108. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.03.014
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    通过单向拉伸和压缩实验研究了低温、室温和高温条件下TA1工业纯钛板的屈服和硬化不对称现象。金相实验结果表明,低温条件下,真应变为0.18时,纯钛板激发大量的孪晶,且压缩条件下孪晶数量更多;EBSD测量结果表明,随着变形温度的增加,孪晶数量明显减少。单向拉伸时,有利于{112-2}压缩孪晶萌生,随着变形温度的升高,拉伸变形机制不再以孪生为主;单向压缩时,有利于{101-2}拉伸孪晶开动,在500℃下单向压缩时,仍有少量拉伸孪晶萌生,应变硬化行为显著。变形温度对拉压不对称性的影响与纯钛板孪生行为的温度敏感性密切相关。
  • 庞玉华, 何威威, 刘东, 王建国, 吴威
    塑性工程学报. 2020, 27(3): 109-114. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.03.015
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    为达到控制TC4钛合金锥形辊斜轧穿孔过程的温升、减小穿孔阻力、降低能耗和获得理想微观组织的目的,开展了对锥形辊斜轧穿孔曼内斯曼效应的研究。对比TC4钛合金和45钢的旋转横锻试验,证实了两种材料心部均形成双向拉应力,TC4钛合金相比45钢的宽展方向拉应力大,轴向拉应力小。结合Simufact Forming有限元模拟技术,分析了压缩率与应力应变演化规律,发现当变形量约为4%~6%时,曼内斯曼效应最为明显。采用5%的顶前压下率顺利实现了TC4钛合金管的制备,有效控制了温升,获得了理想的双态组织。
  • 徐星星, 魏立群, 付斌, 董亚军
    塑性工程学报. 2020, 27(3): 115-121. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.03.016
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    将轧件塑性变形轧制压力计算与十二辊轧机辊系弹性变形的MSC.MARC有限元计算相结合,建立了十二辊轧机轧制薄带的板凸度控制的计算方法。通过预设轧件板凸度计算的轧制压力以及在该轧制压力作用下1400 mm十二辊轧机辊系之间的弹性变形迭代计算,确定了轧机中间辊单侧锥度变化对ST12薄带板凸度、辊系之间的压力分布以及工作辊位移影响规律,同时通过优化计算辊系的中间辊单侧锥度变化,使该轧机轧制的ST12薄带产品横向同板差平均下降超过35%,其生产的0.1~0.3 mm厚度薄带产品板形控制达到0.5~1.0 mm/2 m以下,从而有效提高该轧机轧制的薄带板凸度和板形控制能力。
  • 任永峰, 查小琴, 张凌峰
    塑性工程学报. 2020, 27(3): 122-129. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.03.017
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    利用金相显微镜、透射电镜、电化学工作站和拉伸试验机等设备对2205双相不锈钢热轧复合板复层进行了组织分析及性能测试,并与热轧前双相不锈钢2205的组织和性能进行了对比。实验结果表明:2205双相不锈钢复合板复层热轧固溶后,细长的γ相与α相界面处出现波浪状褶皱,且两相界面向γ相迁移;沿奥氏体晶界处分布着大量细小的奥氏体亚晶粒,亚晶粒之间及亚晶粒与奥氏体晶粒界面连接处塞积大量位错,致使试样产生加工硬化现象,因此其强度和硬度均高于2205双相不锈钢;此外,2205双相不锈钢热轧复合板复层的腐蚀电位降低,耐点腐蚀和耐缝隙腐蚀性能降低。
  • 胡成武, 李光, 毛远征, 彭炎荣, 王镇柱
    塑性工程学报. 2020, 27(3): 130-136. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.03.018
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    针对筒形件拉深过程中凸、凹模圆角处包角α对凸缘区应力的影响,运用等面积法建立了包角α与坯料瞬时外缘半径和拉深高度的几何关系;采用主应力法并结合全量理论推导出等效应变,并对凸缘变形区的径向应力进行了修正;综合考虑压边引起的摩擦应力和凹模圆角区双曲度弯曲引起的弯曲附加应力,建立了拉深全过程拉深力与瞬时外缘半径的关系式。基于拉深工艺试验,对比分析了理论与试验的拉深力与凸模行程的关系曲线,结果表明:新计算方法的理论最大拉深力与实际最大拉深力相对偏差小于7%,且拉深全过程的理论力-行程曲线与试验力-行程曲线基本一致。
  • 焦子腾, 胡建良, 金淼, 王欢
    塑性工程学报. 2020, 27(3): 137-145. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.03.019
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    研究了7A85铝合金在应变速率为0.001~1 s-1、变形温度为250~450℃条件下热压缩变形过程中的微观组织演变规律。结果表明,7A85铝合金在低温条件下主要发生动态回复,高温条件下主要发生动态再结晶。在动态再结晶过程中,连续动态再结晶和非连续动态再结晶现象同时存在,350~400℃是动态回复向动态再结晶的转变温度区间。7A85铝合金组织演变对于温度的敏感性较高,随着温度的升高,平均取向差角θc显著增加,增加范围为0.93°~7.13°。350℃变形温度下的小角度晶界比例fLAGBs较400℃时有所提高,最高增幅为27.9%。在450℃变形温度下,应变速率对材料再结晶行为的影响显著,再结晶晶粒随着应变速率降低发生了明显长大。最后,采用线性回归方法建立了450℃变形温度条件下7A85铝合金的动态再结晶晶粒尺寸演化模型。
  • 朱海华, 张俐, 余宁
    塑性工程学报. 2020, 27(3): 146-153. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.03.020
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    在复合材料零件固化成型过程中,由于复合材料传热各向异性以及复合材料固化反应的复杂性,导致复合材料零件在成型完成后产生设计以外的变形。针对树脂基复合材料热压罐成型后所产生的变形问题,以两种不同复合材料薄壁件为研究对象,通过综合分析零件外部受热以及固化反应内部产热,以Fourier热传导方程为基础给出热传导控制方程,利用ABAQUS软件和用户子程序,建立固化过程的有限元仿真模型,得到复合材料零件固化成型后的变形仿真结果。对仿真结果与实际测量结果进行分析比较,验证了仿真变形结果的合理性。以变形结果为依据,指出关键补偿区域与模具补偿意见,并且给出了初步补偿后的变形数据,证明了补偿方式的合理性。
  • 刘亚红, 尹冠生, 李轩, 姚如洋
    塑性工程学报. 2020, 27(3): 154-162. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.03.021
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    采用数值模拟方法研究了捻角和摩擦系数对钢丝绳圈面内压缩行为的影响,分析了钢丝绳圈的能量吸收情况。结果表明:捻角越小,钢丝绳圈在变形过程中出现的股松散现象越明显,稳定性越差;绳圈产生的内能与捻角成反比关系;当捻角为15.9°时,绳圈在压缩过程中比吸能达到最大值,说明捻角是影响钢丝绳圈耐撞性的一个重要因素。改变摩擦系数对绳圈变形模式的影响不大;钢丝绳圈的摩擦耗散能与内能之比在0.6%~2.6%之间变化,且比值随摩擦系数的增大有所增加。
  • 成形装备与智能制造
  • 郭贺松, 姬会爽, 刘洋, 邓烁, 孙建亮, 高佳欢, 彭艳
    塑性工程学报. 2020, 27(3): 163-170. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.03.022
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    针对SCR3000铜杆连铸连轧生产线10#轧辊辊役周期短、轧辊失效导致铜杆表面质量低等问题,分析了造成10#轧辊失效的主要原因并提出改进措施。结果表明,引起10#轧辊失效的主要原因为润滑工艺存在缺陷。通过分析不同润滑状态下压下率与轧制压力的关系,确定了小压下率下润滑的重要作用。利用热轧轧制润滑原理,通过对轧制界面润滑的理论计算改进了喷淋装置,从而提高了喷淋装置的喷咀压力、喷淋流量及喷淋状态,改善了轧制界面润滑工艺。确定了喷淋装置对10#轧辊的主要作用为润滑。有效地改善了辊槽的摩擦磨损问题和铜杆的表面质量,提高了轧辊利用率和轧制周期内的生产力。
  • 雷彤, 赵圳, 翟乾俊, 姚利辉, 夏益伟, 白振华, 郭丽涛
    塑性工程学报. 2020, 27(3): 171-177. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.03.023
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    针对以往现场对于连退机组RCS段带钢与风箱间距、循环风机转速以及冷却气体中H2含量与带钢冷却速度之间的关系仅仅停留在定性分析阶段、无法实现定量调整的问题,结合连退机组RCS段的设备与工艺特点,考虑到气体导热系数和比热等气体物性参数随着所接触带钢温度的变化而变化的特性,建立了一套连退机组RCS段带钢冷却速度的预报模型,给出了相应的模型计算方法,定量分析了带钢与风箱间距、循环风机转速以及冷却气体中H2含量等可优化参数对带钢冷却速度的影响。并将模型应用到现场冷却速度的预报与可优化参数的定量调整,取得了良好的使用效果。