CN102527774A - 一种辊式矫直机压下工艺参数动态调整方法 - Google Patents

Abstract

一种辊式矫直机压下工艺参数动态调整方法，属于金属多辊矫直的技术领域，其具体内容为：把要矫直的金属材料最先进入矫直机的一端的端点设为计算点0点，从计算点0点开始顺序在金属材料上设1、2、3、…、J个计算点，各计算点之间距离为ΔL＝T/2。在矫直开始后，通过求解等式p′_∑＝p_∑，计算得到计算点1～J点的屈服强度σ_sj。在＜(n-2)Δt时，通过等式(S₁，S₂...S_n)＝S(σ_sl，σ_s(l-1)...σ_s(l-n+2))，计算影响矫后质量的压下工艺参数S₂，并通过压下系统动态调整工艺参数进行矫直生产；在＞(n-2)Δt时，通过等式(S₁，S₂...S_n)＝S(σ_sl，σ_s(l-1)...σ_s(l-n+2))，计算影响矫后质量的压下工艺参数S₂、S_n-1，并通过压下系统动态调整工艺参数进行矫直生产。

Description

一种辊式矫直机压下工艺参数动态调整方法

技术领域

本发明属于辊式矫直机矫直技术领域，具体涉及一种辊式矫直机压下工艺参数动态调整方法。

技术背景

对金属材料进行辊式矫直的目的是为了获得高平直度的产品。为此，必须对矫直工艺参数进行精确设定。目前，在辊式矫直机进行矫直生产中是采用在矫直前先对金属材料的屈服强度进行估计，在整个矫直过程中采用单一的屈服强度计算得来的单一的压下工艺参数进行矫直。由于整个金属材料各处的温度、材质不均等原因使金属材料各段的屈服强度是有较大的不同的，采用单一的压下工艺参数进行矫直，使矫后金属材料产品质量存在着一定的差距，大大地影响了矫直的质量。

发明内容

本发明目的是提供一种辊式矫直机压下工艺参数动态调整方法，可以有效地克服现有技术存在的缺点。

本发明目的是这样实现的，如图1、2所示，把要矫直的金属材料最先进入矫直机的一端的端点设为计算点0点，从计算点0点开始按顺序在金属材料上设定1、2、3、…、J个计算点，各计算点之间距离为ΔL＝T/2，T为辊距。

在矫直开始后，以金属材料上计算点0点到达第2号矫直辊垂直中心线时开始计时，设l为计时序号。

当金属材料上计算点1点位于第2号矫直辊垂直中心线上时，计时序号l＝1，时间为Δt＝T/2V，T为矫直机辊距，V为矫直速度，此时，通过下式求解，得出金属材料上计算点1点时的屈服强度σ_s1。

即：p′_∑＝p_∑，p_∑＝∑(P₁，P₂，L P_n)＝∑F(σ_sl，σ_s(l-1)，...σ_s(l-n+2))

式中P₁，P₂，ΛP_n——为各对应矫直辊上的矫直力；

σ_sl，σ_s(l-1)，Λσ_s(l-n+2)——为金属材料各对应计算点的屈服强度，

j——1，2，3……J，

σ_sj——为材料计算点j点屈服强度，

P_∑′——为实测得到设备总矫直力，

P_∑——为计算的总矫直力，

n——矫直辊辊数，

(P₁，P₂，L P_n)＝F(σ_sl，σ_s(l-1)，...σ_s(l-n+2))是计时lΔt时，通过以相关各计算点屈服强度为变量，根据已有理论、工艺参数，列出的矫直力的计算表达式，其具体算法应用的公式如下；

各矫直辊矫直力的计算公式为

$\left.\begin{array}{c}{P}_1=\frac{2}{T}{M}_2\\ P_2=\frac{2}{T}(2M_2+M_3)\\ P_3=\frac{2}{T}(M_2+2M_3+M_4)\\ P_4=\frac{2}{T}(M_3+2M_4+M_5)\\ \mathrm{LL}\\ P_n=\frac{2}{T}(M_{n-1}+2M_n+M_{n+1})\end{array}\right\}---\left(1\right)$ M_i为金属材料在第i号矫直辊处弯曲截面弯矩；

总矫直力计算公式为

P_∑＝P₁+P₂+P₃+L+P_n    …(2)

第i号矫直辊处弯曲截面弯矩为

$M_i=[\frac{1-\mathrm{\η}}{2}(3-k_i)+\frac{\mathrm{\η}}{k_i}]\frac{{\mathrm{bh}}^2}{6}{\mathrm{\σ}}_s...\left(3\right)$

i为矫直辊序号i＝1，2Λn；h为材料厚度；b为材料宽度；

其中η为材料加工硬化系数，对于普通碳钢可约取0.01；

k_i为第i号矫直辊处塑性层系数；

$k_i=\left(\frac{1/{\mathrm{\ρ}}_t}{1/{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{si}}+1/{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{wi}}}\right)...\left(4\right)$

1/ρ_t——为金属材料弹性极限曲率；

1/ρ_wi——为第i号矫直辊处弯曲曲率；

1/ρ_si——为第i号矫直辊处原始残余曲率；

$1/{\mathrm{\ρ}}_t=\frac{2{\mathrm{\σ}}_s}{\mathrm{hE}}...\left(5\right)$

E——为金属材料弹性模量；

如该处为特定的σ_sj，那么金属材料弹性极限曲率为

$1/{\mathrm{\ρ}}_t=\frac{2{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{sj}}}{\mathrm{hE}}$

第i号矫直辊处弯曲曲率为

$1/{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{wi}}=\frac{12S_i}{T^2}...\left(6\right)$

S_i为第i号矫直辊处压下量；

第i号矫直辊处原始残余曲率为

$1/{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{si}}=\left\{\begin{array}{cc}0& i=2\\ 1/{\mathrm{\ρ}}_{w(i-1)}-1/{\mathrm{\ρ}}_t& i>2\end{array}\right....\left(7\right)$

因为等式中，不为0的矫直力为P₁，P₂，P₃，只含有一个未知数σ_s1，

通过求解可得到计算点1点处的屈服强度σ_s1。

当时间为2Δt即l＝2时，计算点2点位于第2号矫直辊垂直中心线，通过求解等式

p′_∑＝p_∑，其中，p_∑＝∑(P₁，P₂，L P_n)＝∑F(σ_sl，σ_s(l-1)，...σ_s(l-n+2))

此时，等式中，不为0的矫直力为P₁，P₂，P₃，P₄，并含有已知σ_s1和未知数σ_s2，

通过求解可得到计算点2点屈服强度σ_s2。

当时间为3Δt即l＝3时，计算点3点位于第2号矫直辊垂直中心线，通过求解等式

p′_∑＝p_∑，其中，p_∑＝∑(P₁，P₂，L P_n)＝∑F(σ_sl，σ_s(l-1)，...σ_s(l-n+2))

此时，等式中，不为0的矫直力为P₁，P₂，P₃，P₄，P₅，并含有已知σ_s1，σ_s2和未知数σ_s3，

通过求解可得到计算点3屈服强度σ_s3。

...

以此类推，可计算计算点4～(n-3)点的屈服强度σ_sj

当时间为(n-2)Δt即l＝n-2时，计算点n-2点位于第2号矫直辊垂直中心线，所有矫直辊都受力，通过求解等式

p′_∑＝p_∑，其中，p_∑＝∑(P₁，P₂，L P_n)＝∑F(σ_sl，σ_s(l-1)，...σ_s(l-n+2))

此时，等式中，不为0的矫直力为P₁，P₂，L，P_n，并含有已知σ_s1，σ_s2，L，σ_s(n-3)和未知数σ_s(n-2)，

通过求解可得到计算点n-2屈服强度σ_s(n-2)。

...

以此类推，通过在(n-1)Δt～JΔt时刻计算，可得到后续各计算点(n-1)～J点的屈服强度σ_sj。

在＜(n-2)Δt时，通过等式(S₁，S₂...S_n)＝S(σ_sl，σ_s(l-1)...σ_s(l-n+2)，

式中：

(S₁，S₂...S_n)＝S(σ_sl，σ_s(l-1)...σ_s(l-n+2)——计时lΔt时，通过已有的以相关各计算点点屈服强度为变量的矫直压下工艺参数计算方法得到的压下量工艺参数，具体计算方法为：

根据经验，工艺拟采用第2号矫直辊处弯曲为

1/ρ_w2＝3·1/ρ_t

第2号矫直辊处压下量

$S_2=\frac{1}{4}\frac{T^2}{{\mathrm{\ρ}}_t}$

第n-1号矫直辊处弯曲为

1/ρ_w2＝1·1/ρ_t

第n-1号矫直辊处压下量

$S_{n-1}=\frac{1}{12}\frac{T^2}{{\mathrm{\ρ}}_t}...\left(8\right)$

各矫直辊处压下量呈线性分布的公式为

S_t＝(S_t-1+S_t+1)/2    …(9)

计算影响矫后质量的压下工艺参数S₂，并通过压下系统动态调整工艺参数进行矫直生产；在＞(n-2)Δt时，通过等式(S₁，S₂...S_n)＝S(σ_sl，σ_s(l-1)...σ_s(l-n+2))，计算影响矫后质量的压下工艺参数S₂、S_n-1，并通过压下系统动态调整工艺参数进行矫直生产。

根据计算得出的计算点屈服强度σ_sj而确定的压下工艺参数，可得到较好的矫直效果。

附图说明

图1为金属材料上标示的计算点的示意图。

图2为开始进行矫直后时间是Δt时，标示计算点的金属材料矫直情况

图3为标示的计算点的金属材料矫直过程示意图。

图中：I——上排矫直辊、II——标记计算点的金属材料、III——下排矫直辊、k——金属材料进料方向。

具体实施方式

本专利以n＝7为具体实例，说明实施过程。

(一)把被矫材料从端点开始，以T/2间隔记作计算点

0，1，2，3，L，j，L J；

(二)设置矫直机预设压下量，一般如h＜10mm取S₂＝S₆＝3mm

如10＜h＜20mm  取S₂＝S₆＝2mm

如20＜hmm取S₂＝S₆＝1mm

矫直机以v速度运行；

(三)从金属材料端点计算点0点运行至第2号矫直辊垂直中心线开始计时；

(四)在Δt时刻，计算点1点位于第2号矫直辊垂直中心线，

根据等式(3～7)可计算出金属材料各弯曲处的含有未知数σ_s1的1/ρ_t、1/ρ_wi、1/ρ_si、M_i；

根据等式(1)可计算出含有未知数σ_s1的P₁、P₂、P₃；

根据等式(2)和实测总矫直力P_∑′，解出σ_s1；

根据等式(8)计算S₂(采用此时该辊处的金属材料σ_sj)，端点未到达第6号矫直辊，所以未调整S₆；动态调整压下，设置工艺参数S₂、S₆；

(五)在2Δt时刻，计算点2点位于第2号矫直辊垂直中心线，

根据等式(3～7)可计算出材料各弯曲处的含有未知数σ_s2的1/ρ_t、1/ρ_wi、1/ρ_si、M_i；

根据等式(1)可计算出含有未知数σ_s2的P₁、P₂、P₂、P₄；

根据等式(2)和实测总矫直力P_∑′，解出σ_s2；

根据等式(8)计算S₂(采用此时该矫直辊处的金属材料σ_sj)，端点未到达第6号矫直辊，所以未调整S₆；动态调整压下，设置工艺参数S₂、S₆；

(六)在3Δt时刻，计算点3点位于第2号矫直辊垂直中心线，

根据等式(3～7)可计算出材料各弯曲处的含有未知数σ_s3的1/ρ_t、1/ρ_wi、1/ρ_si、M_i；

根据等式(1)可计算出含有未知数σ_s3的P₁、P₂、P₃、P₄、P₅；

根据等式(2)和实测总矫直力P_∑′，解出σ_s3；

根据等式(8)计算S₂(采用此时该矫直辊处的金属材料σ_sj)，端点未到达第6号矫直辊，所以未调整S₆；动态调整压下，设置工艺参数S₂、S₆；

(七)在4Δt时刻，计算点4点位于第2号矫直辊垂直中心线，

根据等式(3～7)可计算出材料各弯曲处的含有未知数σ_s4的1/ρ_t、1/ρ_wi、1/ρ_si、M_i；

根据等式(1)可计算出含有未知数σ_s4的P₁、P₂、P₃、P₄、P₅、P₆；

根据等式(2)和实测总矫直力P_∑′，解出σ_s4；

根据等式(8)计算S₂(采用此时该矫直辊处的金属材料σ_sj)，端点未到达第6号矫直辊，所以未调整S₆；动态调整压下，设置工艺参数S₂、S₆；

(八)在5Δt时刻，计算点5点位于第2号矫直辊垂直中心线，

根据等式(3～7)可计算出金属材料各弯曲处的含有未知数σ_s4的1/ρt、1/ρ_wi、1/ρ_si、M_i；

根据等式(1)可计算出含有未知数σ_s4的P₁、P₂、P₃、P₄、P₅、P₆、P₇；

根据等式(2)和实测总矫直力P_∑′，解出σ_s5；

根据等式(8)计算S₂(采用此时该矫直辊处的金属材料σ_sj)、S₅(采用此时该矫直辊处的金属材料σ_sj)；动态调整压下，设置工艺参数S₂、S₆；

(九)采用与(八)相似方法计算6Δt～(J-1)Δt时刻，动态调整压下，设置工艺参数S₂、S₆；

(十)在JΔt时刻，计算点J点位于第2号矫直辊垂直中心线，

根据等式(3～7)可计算出金属材料各弯曲处的含有未知数σ_sJ的1/ρ_t、1/ρ_wi、1/ρ_si、M_i；

根据等式(1)可计算出含有未知数σ_sJ的P₂、P₃、P₄、P₅、P₆、P₇；

根据等式(2)和实测总矫直力P_∑′，解出σ_sJ；

根据等式(8)计算S₆(采用此时该矫直辊处的金属材料σ_sj)、板尾已离开第2号矫直辊，所以未调整S₂；动态调整压下，设置工艺参数S₂、S₆；

(十一)在(J+1)Δt时刻，计算点J点处于位于第3号矫直辊垂直中心线，

根据等式(8)计算S₆(采用此时该矫直辊处的金属材料σ_sj)、板尾已离开第2号矫直辊，所以未调整S₂；动态调整压下，设置工艺参数S₂、S₆；

(十二)在(J+2)Δt时刻，计算点J点处于位于第4号矫直辊垂直中心线，

根据等式(8)计算S₆(采用此时该矫直辊处的金属材料σ_sj)、板尾已离开第2号矫直辊，所以未调整S₂；动态调整压下，设置工艺参数S₂、S₆；

(十三)在(J+3)Δt时刻，计算点J点处于位于第5号矫直辊垂直中心线，

根据等式(8)计算S₆(采用此时该矫直辊处的金属材料σ_sj)、板尾已离开第2号矫直辊，所以未调整S₂；动态调整压下，设置工艺参数S₂、S₆；

(十四)在(J+4)Δt时刻，计算点J点处于位于第6号矫直辊垂直中心线，工艺参数S₂、S₆不在调整；

(十五)金属材料离开矫直机，矫直过程结束。

Claims (1)

1.一种辊式矫直机压下工艺参数动态调整方法，其特征为：

把要矫直的金属材料最先进入矫直机的一端的端点设为计算点0点，从计算点0点开始按顺序在金属材料上设定1、2、3、…、J个计算点，各计算点之间距离为ΔL＝T/2，T为辊距。

在矫直开始后，以金属材料上计算点0点到达第2号矫直辊垂直中心线时开始计时，设l为计时序号。

当金属材料上计算点1点位于第2号矫直辊垂直中心线上时，计时序号l＝1，时间为Δt＝T/2V，T为矫直机辊距，V为矫直速度，此时，通过下式求解，得出金属材料上计算点1点时的屈服强度σ_s1，

即：p′_∑＝p_∑，p_∑＝∑(P₁，P₂，L P_n)＝∑F(σ_sl，σ_s(l-1)，...σ_s(l-n+2))

式中P₁，P₂，Λ P_n——为各对应矫直辊上的矫直力，

σ_sl，σ_s(l-1)，Λσ_s(l-n+2)——为金属材料各对应计算点的屈服强度，

j——1，2，3……J

σ_sl——为材料计算点l点屈服强度，

P_∑′——为实测得到设备总矫直力，

P_∑——为计算的总矫直力，

n——矫直辊辊数，

(P₁，P₂，L P_n)＝F(σ_sl，σ_s(l-1)，...σ_s(l-n+2))是计时lΔt时，通过以相关各计算点屈服强度为变量，根据已有理论、工艺参数，列出的矫直力的计算表达式，其具体算法应用的公式如下：

各矫直辊矫直力的计算公式为

$\left.\begin{array}{c}{P}_1=\frac{2}{T}{M}_2\\ P_2=\frac{2}{T}(2M_2+M_3)\\ P_3=\frac{2}{T}(M_2+2M_3+M_4)\\ P_4=\frac{2}{T}(M_3+2M_4+M_5)\\ \mathrm{LL}\\ P_n=\frac{2}{T}(M_{n-1}+2M_n+M_{n+1})\end{array}\right\}---\left(1\right)$ M_i为金属材料在第i号矫直辊处弯曲截面弯矩；

总矫直力计算公式为

P_∑＝P₁+P₂+P₃+L+P_n    …(2)

第i号矫直辊处弯曲截面弯矩为

$M_i=[\frac{1-\mathrm{\η}}{2}(3-k_i)+\frac{\mathrm{\η}}{k_i}]\frac{{\mathrm{bh}}^2}{6}{\mathrm{\σ}}_s...\left(3\right)$

i为矫直辊序号i＝1，2Λn；h为材料厚度；b为材料宽度；

其中η为材料加工硬化系数，对于普通碳钢可约取0.01；

k_i为第i号矫直辊处塑性层系数；

$k_i=\left(\frac{1/{\mathrm{\ρ}}_t}{1/{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{si}}+1/{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{wi}}}\right)...\left(4\right)$

1/ρ_t——为弹性极限曲率，

1/ρ_wi——为第i号矫直辊处弯曲曲率，

1/ρ_si——为第i号矫直辊处原始残余曲率，

金属材料弹性极限曲率

$1/{\mathrm{\ρ}}_t=\frac{2{\mathrm{\σ}}_s}{\mathrm{hE}}...\left(5\right)$

E——为材料弹性模量；

如该处为特定的σ_sj，那么金属材料弹性极限曲率为

p′_∑＝p_∑，其中，p_∑＝∑(P₁，P₂，L P_n)＝∑F(σ_sl，σ_s(l-1)，...σ_s(l-n+2))

此时，等式中，不为0的矫直力为P₁，P₂，L，P_n，并含有已知σ_s1，σ_s2，L，σ_s(n-3)和未知数σ_s(n-2)，

通过求解可得到计算点n-2屈服强度σ_s(n-2)，

...

以此类推，通过在(n-1)Δt～JΔt时刻计算，可得到后续各计算点(n-1)～J点的屈服强度σ_sj，

在＜(n-2)Δt时，通过等式(S₁，S₂...S_n)＝S(σ_sl，σ_s(l-1)...σ_s(l-n+2))，

式中：

(S₁，S₂...S_n)＝S(σ_sl，σ_s(l-1)...σ_s(l-n+2))——计时lΔt时，通过已有的以相关各计算点点屈服强度为变量的矫直压下工艺参数计算方法得到的压下量工艺参数，具体计算方法为：

根据经验，工艺拟采用第2号矫直辊处弯曲为

1/ρ_w2＝3·1/ρ_t

第2号矫直辊处压下量

$S_2=\frac{1}{4}\frac{T^2}{{\mathrm{\ρ}}_t}$

第n-1号矫直辊处弯曲为

1/ρ_w2＝1·1/ρ_t

第n-1号矫直辊处压下量

$S_{n-1}=\frac{1}{12}\frac{T^2}{{\mathrm{\ρ}}_t}...\left(8\right)$

各矫直辊处压下量呈线性分布的公式为

$1/{\mathrm{\ρ}}_t=\frac{2{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{sj}}}{\mathrm{hE}}$

第i号矫直辊处弯曲曲率为

$1/{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{wi}}=\frac{12S_i}{T^2}...\left(6\right)$

S_i为第i号矫直辊处压下量；

第i号矫直辊处原始残余曲率

$1/{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{si}}=\left\{\begin{array}{cc}0& i=2\\ 1/{\mathrm{\ρ}}_{w(i-1)}-1/{\mathrm{\ρ}}_t& i>2\end{array}\right....\left(7\right)$

因为等式中，不为0的矫直力为P₁，P₂，P₃，只含有一个未知数σ_s1，

通过求解可得到计算点1点处的屈服强度σ_s1，

当时间为2Δt即l＝2时，计算点2点位于第2号矫直辊垂直中心线，通过求解等式

p′_∑＝p_∑，其中，p_∑＝∑(P₁，P₂，L P_n)＝∑F(σ_sl，σ_s(l-1)，...σ_s(l-n+2))

此时，等式中，不为0的矫直力为P₁，P₂，P₃，P₄，并含有已知σ_s1和未知数σ_s2，

通过求解可得到计算点2点屈服强度σ_s2，

当时间为3Δt即l＝3时，计算点3点位于第2号矫直辊垂直中心线，通过求解等式

p′_∑＝p_∑，其中，p_∑＝∑(P₁，P₂，L P_n)＝∑F(σ_sl，σ_s(l-1)，...σ_s(l-n+2))

此时，等式中，不为0的矫直力为P₁，P₂，P₃，P₄，P₅，并含有已知σ_s1，σ_s2和未知数σ_s3，

通过求解可得到计算点3屈服强度σ_s3，

...

以此类推，可计算计算点4～(n-3)点的屈服强度σ_sj

当时间为(n-2)Δt即l＝n-2时，计算点n-2点位于第2号矫直辊垂直中心线，所有矫直辊都受力，通过求解等式

S_i＝(S_i-1+S_i+1)/2    …(9)

计算影响矫后质量的压下工艺参数S₂，并通过压下系统动态调整工艺参数进行矫直生产；在＞(n-2)Δt时，通过等式(S₁，S₂...S_n)＝S(σ_sl，σ_s(l-1)...σ_s(l-n+2))，计算影响矫后质量的压下工艺参数S₂、S_n-1，并通过压下系统动态调整工艺参数进行矫直生产。

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