LS-DYNA 熱機耦合模擬於金屬鋼胚熱軋製程開發之應用
金屬鋼胚在熱軋過程中，會受到軋下量、軋製道次、加工溫度與冷卻時間等多項製程參數影響，而這些條件彼此交互作用，也會進一步改變材料的變形行為、應力分布與溫度變化，使製程結果的預測與掌控更為複雜。因此，如何在兼顧產品品質與製程穩定性的前提下，快速建立合適的熱軋製程方案，並有效掌握各項參數對加工結果的影響，是金屬鋼胚熱軋製程開發中的重要課題。透過熱－機耦合數值模擬技術，可在實際試作前完整掌握鋼胚於熱軋過程中的變形行為與溫度演變，協助工程團隊評估不同製程條件對最終加工結果的影響，進而降低試錯風險、縮短開發時間，並提升熱軋製程方案開發的可靠性與穩健性。
熱軋製程開發解決方案：LS-DYNA 熱機耦合模擬技術
為因應上述製程開發挑戰，本文採用 Ansys LS-DYNA 進行熱－機耦合模擬，針對熱軋製程各階段建立完整的分析架構。透過數值模擬，可同步掌握鋼胚在變形過程中的力學響應與溫度變化，並追蹤不同軋製道次下材料狀態的演變，進一步評估製程參數對熱軋結果的影響，為製程方案設計提供分析依據。其主要技術特色包括：
- 全製程步驟模擬
可涵蓋熱軋製程中的多個軋製道次，追蹤鋼胚在各階段的變形行為與溫度分布變化，協助掌握不同製程方案下的整體加工狀態。 - 高溫材料行為建模
針對鋼材在熱加工過程中的材料行為，考量加工硬化、動態軟化與靜態回復等機制，使模擬能更貼近實際熱軋過程中的材料反應。 - 熱－機耦合分析
同時考量材料變形與溫度變化之間的交互影響，分析加工過程中溫度變化對材料變形行為的影響，進一步掌握不同製程條件下的材料狀態。
金屬扁鋼胚熱軋實體製程
有限元熱-力學模擬結果圖
透過上述模擬分析架構，可在製程開發初期即建立符合變形與溫度需求的熱軋製程方案，有效降低現場試作次數，縮短開發時程並提升製程穩健性。此外，模擬所得之變形與溫度歷程數據，亦可作為微觀力學模型的輸入條件，進一步支援晶粒演變與內部組織的深入分析，為後續材料性能優化提供更完整的技術基礎。整體而言，此分析方法能協助工程團隊在兼顧品質與效率的前提下，更快速且可靠地完成熱軋製程開發。
資料參考：ANSYS 簡報內容
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