CN106552963B - 一种适用于重卷机组圆盘剪的带钢切边毛刺控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于重卷机组圆盘剪的带钢切边毛刺控制方法，其通过控制圆盘剪的重叠量S、间隙量Δ、和剪切张力σ来控制带钢的切边毛刺，其特征在于，通过一组带钢的最优重叠量影响系数最优间隙量影响系数θ、和最优剪切张力影响系数λ，来计算该一组带钢中第i种钢种、第j种厚度的带钢的最优重叠量S_ij、最优间隙量Δ_ij和最优剪切张力σ_ij。该方法综合考虑圆盘剪的重叠量、间隙量、剪切张力三个因素对带钢的切边毛刺的影响，实现对带钢切边毛刺的控制。

Description

一种适用于重卷机组圆盘剪的带钢切边毛刺控制方法

技术领域

本发明涉及一种适用于重卷机组圆盘剪的带钢切边毛刺控制方法。

背景技术

如图1A和1B所示，在重卷机组的生产过程中，带钢1在一定的张力作用下通过圆盘剪进行切边处理，去除轧制过程中产生的带钢边部裂口并达到产品要求的宽度。重卷机组的圆盘剪由两片上下错位的、处于悬臂端的圆形上刀片2和下刀片3组合而成。在切边过程中，圆盘剪刀片做圆周运动，形成一对无端点的剪刃。带钢1在剪切张力σ的作用下，通过重叠量为S和间隙量为Δ的圆盘剪的上刀片2和下刀片3之间进行切边，刀片给带钢1施以一定的剪切力，使带钢1与刀片接触区域产生弹塑性变形，并且刀片切入材料。随着塑性变形的增加，材料内部应力状态发生改变，同时出现加工硬化，从而在材料内部引发微裂纹，并逐步汇成主裂纹，进一步扩展直至受压部分发生断裂分离。

如图2所示，带钢在一定的张力作用下，经圆盘剪剪切后，剪切断口由变形区、剪切区、撕裂区组成，并且在断裂面根部形成毛刺。毛刺主要分布在带钢两侧的下边缘，分布状态无明显规律，高度参差不齐，多集中在10-30μm之间。毛刺的存在不但影响着板材的使用性能，同时还会降低成材率，而且造成重卷机组的后续辊系表面的严重划伤，形成表面纵向沟壑锐性突起，反过来继续划伤后续运动的带钢，造成严重的表面质量问题，最终导致产品等级下降甚至报废，给企业带来了巨大的经济损失。

带钢在重卷机组经圆盘剪切边后，其边部毛刺的高度主要取决于重卷机组圆盘剪的剪切工艺参数的设定，即圆盘剪的重叠量、间隙量和剪切张力的设定。

现有专利申请CN201110164846.5和CN201210021953.7对圆盘剪的上述参数设定提出了优化方案，但只是分别对圆盘剪的重叠量、间隙量和剪切张力进行单独的优化设定，没有考虑到重叠量、间隙量和剪切张力之间的相互影响。但在重卷机组圆盘剪的切边过程中，圆盘剪的重叠量、间隙量的设定和剪切张力的设定对带钢剪切后切边毛刺高度的影响是相互耦合的，重叠量和间隙量设定值的改变将导致最优剪切张力的变化，而剪切张力的变化同样会导致最优重叠量和间隙量的变化。

发明内容

为此，本发明提供了一种适用于重卷机组圆盘剪的带钢切边毛刺控制方法，其通过控制圆盘剪的重叠量S、间隙量Δ、和剪切张力σ来控制带钢的切边毛刺，其特征在于，通过一组带钢的最优重叠量影响系数最优间隙量影响系数θ、和最优剪切张力影响系数λ，来计算该一组带钢中第i种钢种、第j种厚度的带钢的最优重叠量S_ij、最优间隙量Δ_ij和最优剪切张力σ_ij。

进一步地，所述通过一组带钢的最优重叠量影响系数最优间隙量影响系数θ、和最优剪切张力影响系数λ，来计算该一组带钢中第i种钢种、第j种厚度的带钢的最优重叠量S_ij、最优间隙量Δ_ij和最优剪切张力σ_ij的公式为：

其中，α为重叠量工况系数，β为间隙量工况系数，γ为剪切张力工况系数，σ_sij为第i种钢种、第j种厚度的带钢的屈服强度，h_ij为第i种钢种、第j种厚度的带钢的厚度，为该一组带钢的平均屈服强度。

进一步地，该一组带钢的平均屈服强度通过如下公式计算：其中，M为该一组带钢中钢种的个数，N为每种钢种中厚度的种数，η_ij为第i种钢种的第j种厚度的带钢在该一组带钢中所占的比例，并且

优选地，所述重叠量工况系数α＝0.32～0.45，所述间隙量工况系数β＝0.085～0.125，所述剪切张力工况系数γ＝0.085～0.11。所述最优重叠量影响系数的最小值的取值范围为0.3～0.7、最大值的取值范围为1.2～1.8，所述最优间隙量影响系数θ的最小值θ_min的取值范围为0.3～0.7、最大值θ_max的取值范围为1.2～1.8，所述最优剪切张力影响系数λ的最小值λ_min的取值范围为0.1～0.4、最大值λ_max的取值范围为0.6～0.9。

进一步地，获得一组带钢的最优重叠量影响系数最优间隙量影响系数θ、和最优剪切张力影响系数λ的方法为：选取所述最优重叠量影响系数的最小值和最大值所述最优间隙量影响系数θ的最小值θ_min和最大值θ_max、所述最优剪切张力影响系数λ的最小值λ_min和最大值λ_max；对于所述最优重叠量影响系数的最小值和最大值之间的每一个重叠量影响系数所述最优间隙量影响系数θ的最小值θ_min和最大值θ_max之间的每一个间隙量影响系数θ_y、所述最优剪切张力影响系数λ的最小值λ_min和最大值λ_max之间的每一个剪切张力影响系数λ_z的每种排列组合，均对该一组带钢中的每个钢种的每种厚度的带钢进行现场剪切，并对剪切后的毛刺高度进行测量；选取剪切效果最好的一次剪切对应的重叠量影响系数间隙量影响系数θ_y、以及剪切张力影响系数λ_z，作为该一组带钢的最优重叠量影响系数最优间隙量影响系数θ、和最优剪切张力影响系数λ。

进一步地，所述对该一组带钢中的每个钢种的每种厚度的带钢进行现场剪切时， 圆盘剪的设置参数根据如下公式计算：剪切第i种钢种、第j种厚度的带钢时的重叠量为间隙量为剪切张力为

进一步地，所述剪切效果最好的判断标准为毛刺高度控制的目标函数F(x,y,z)的 值最小，目标函数F(x,y,z)根据如下公式计算：

其中：ξ为加权系数，0＜ξ＜1；为毛刺的平均高度，H_ij(x,y,z)为第i种钢种、第j种厚度的带钢剪切后的毛刺高度。

本发明的一种适用于重卷机组圆盘剪的带钢切边毛刺控制方法，针对重卷机组生产的所有带钢的钢种和厚度规格，考虑到圆盘剪重叠量、间隙量和剪切张力的定的相互影响，建立圆盘剪重叠量、间隙量和剪切张力的综合设定模型，给出一种适用于重卷机组圆盘剪的带钢切边毛刺控制方法。按照本发明给出的方法，根据现场工况、带钢钢种、带钢厚度的不同，对圆盘剪的重叠量、间隙量和剪切张力做出综合优化设定，能使产品大纲中各钢种和厚度规格的产品切边后带钢边部毛刺高度的平均值和峰值均最小，所有规格和钢种的带钢边部毛刺高度的控制在产品要求的范围内，解决带钢切边毛刺对重卷机组后续辊系表面的划伤问题，满足后续生产对切边质量的要求，提高产品的市场竞争力，给企业带来效益。

附图说明

图1A为重卷机组圆盘剪的工作示意图；

图1B为图1A中圆盘剪的侧视图；

图2为带钢剪切断面的示意图；

图3为本发明的一种适用于重卷机组圆盘剪的带钢切边毛刺控制方法的流程图；

图4为图3中步骤h的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的一种适用于重卷机组圆盘剪的带钢切边毛刺控制方法作进一步的详细描述，但不作为对本发明的限定。

如图3、4所示，本发明的一种适用于重卷机组圆盘剪的带钢切边毛刺控制方法包括依次进行的如下步骤：

(a)收集现场工艺参数，包括：收集现场产品大纲(即上文所述的一组带钢)中的钢种数量M、厚度规格种类数量N；收集第i种钢种、第j种厚度规格产品的屈服强度σ_sij、厚度h_ij、该钢种和厚度规格在产品大纲中的所占比例η_ij；其中，i为钢种参数，i＝1、2、3……M；j为厚度规格参数，j＝1、2、3……N；η_ij为第i种钢种的第j种厚度规格产品在产品大纲中的所占比例，并且

(b)计算机组产品大纲中所有的M种钢种、N种厚度规格对应的M×N种产品的平均屈服强度

(c)重叠量、间隙量和剪切张力相关参数的定义和初始化：

(c1)定义重叠量钢种影响系数的搜索参数x并初始化x＝1，定义重叠量钢种影响系数的搜索参数x对应的重叠量钢种影响系数为给出重叠量钢种影响系数搜索起点搜索终点其中，根据经验数据总结出来的搜索起点和搜索终点的优选的范围为：给定重叠量钢种影响系数搜索步长定义最优重叠量钢种影响系数为

(c2)定义间隙量钢种影响系数的搜索参数y并初始化y＝1，定义间隙量钢种影响系数的搜索参数y对应的间隙量钢种影响系数θ_y，给出间隙量钢种影响系数搜索起点θ_min、搜索终点θ_max，其中，根据经验数据总结出来的搜索起点θ_min和搜索终点θ_max的优选的范围为：θ_min＝0.3～0.7、θ_max＝1.2～1.8；给定间隙量钢种影响系数搜索步长Δθ，定义最优间隙量钢种影响系数为θ。

(c3)定义剪切张力钢种影响系数的搜索参数z并初始化z＝1，定义剪切张力钢种影响系数的搜索参数z对应的剪切张力钢种影响系数λ_z，给出剪切张力钢种影响系数搜索起点λ_min、搜索终点λ_max，其中，根据经验数据总结出来的搜索起点λ_min和搜索终点λ_max的优选的范围为：λ_min＝0.1～0.4、λ_max＝0.6～0.9；给定剪切张力钢种影响系数的搜索步长Δλ，定义最优剪切张力钢种影响系数为λ。

(d)初始化目标函数最小值F_min(x,y,z)，可以使目标函数最小值等于一个较大的值，例如1000000。

(e)计算重叠量钢种影响系数的搜索参数x对应的重叠量钢种影响系数

(f)计算间隙量钢种影响系数的搜索参数y对应的间隙量钢种影响系数θ_y＝θ_min+(y-1)Δθ。

(g)计算剪切张力钢种影响系数的搜索参数z对应的剪切张力钢种影响系数λ_z＝λ_min+(z-1)Δλ。

(h)根据圆盘剪重叠量钢种影响系数间隙量钢种影响系数θ_y和剪切张力钢种影响系数λ_z，分别设定产品大纲中所有的M种钢种、N种厚度规格对应的M×N种产品的重叠量、间隙量和剪切张力，在现场进行切边，取样，测量所有的M种钢种、N种厚度规格对应的M×N种产品切边后的毛刺高度，记录为H_ij(x,y,z)：

(h1)初始化钢种参数i＝1和厚度规格参数j＝1。

(h2)计算重叠量钢种影响系数为对应的圆盘剪重叠量设定值其中，α为重叠量工况系数，随机组的不同而变化，优选地，α＝0.32～0.45。

(h3)计算间隙量钢种影响系数θ_y对应的圆盘剪间隙量设定值其中，β为间隙量工况系数，随机组的不同而变化，优选地，β＝0.085～0.125。

(h4)计算剪切张力钢种影响系数λ_z对应的圆盘剪剪切张力设定值其中，γ为剪切张力工况系数，随机组的不同而变化，优选地，γ＝0.085～0.11。

(h5)选取第i种钢种的第j种厚度规格，设定机组的圆盘剪重叠量为S_ij(x)、间隙量为Δ_ik(y)、剪切张力为σ_ij(z)，在现场进行切边，取样，测量毛刺高度，记录为H_ij(x,y,z)。

(h6)判断j＜N是否成立？若成立，则令j＝j+1，转入步骤(h2)；若不成立，则令j＝1，转入步骤(h7)。

(h7)判断i＜M是否成立？若成立，则令i＝i+1，转入步骤(h2)；若不成立，转入步骤(i)。

(i)计算产品大纲中所有的M种钢种、N种厚度规格对应的M×N种产品，在重卷机组 圆盘剪重叠量为S_ij(x)、间隙量为Δ_ij(y)、剪切张力为σ_ij(z)设定下的带钢边部毛刺高度控 制目标函数其中，ξ为 加权系数，0＜ξ＜1；为带钢边部毛刺平均高度，

(j)判断F(x,y,z)≤F_min(x,y,z)是否成立？若成立，令F_min(x,y,z)＝F(x,y,z)，θ＝θ_y，λ＝λ_z；若不成立，直接转入步骤(k)。

(k)判断λ_z+Δλ≤λ_max是否成立？若成立，令z＝z+1，返回步骤(g)；若不成立，令z＝1，进入步骤(l)。

(l)判断θ_y+Δθ≤θ_max是否成立？若成立，令y＝y+1，返回步骤(f)；若不成立，令y＝1，进入步骤(m)。

(m)判断是否成立？若成立，令x＝x+1，返回步骤(e)；若不成立，进入步骤(n)。

(n)输出圆盘剪最优重叠量钢种影响系数最优间隙量钢种影响系数θ和最优剪切张力钢种影响系数λ，对应的带钢边部毛刺高度控制目标函数最小值F_min(x,y,z)，圆盘剪最优重叠量S_ij、最优间隙量Δ_ij和最优剪切张力σ_ij的设定公式：

(o)根据圆盘剪最优重叠量S_ij、最优间隙量Δ_ij和最优剪切张力σ_ij的设定公式，设定重卷机组圆盘剪的重叠量、间隙量和剪切张力，使产品大纲中的所有钢种和厚度规格的产品在重卷机组切边后带钢边部毛刺高度的平均值和峰值均最小，实现在重卷机组圆盘剪切边时带钢边部毛刺的有效控制。

本发明的一种适用于重卷机组圆盘剪的带钢切边毛刺控制方法的有益效果在于：

1)综合考虑圆盘剪的重叠量、间隙量、剪切张力三个因素对带钢的切边毛刺的影响，实现对带钢切边毛刺的控制。

2)综合考虑一组带钢中各种钢种、各种厚度规格的带钢所占的比例，对一组带钢的剪切效果进行综合最优化的控制，即对该一组带钢找出最合适的影响系数(最优重叠量钢种影响系数最优间隙量钢种影响系数θ和最优剪切张力钢种影响系数λ)，从而针对该组带钢中每种带钢进行剪切时，只需要根据该组带钢的最合适的影响系数计算出针对该种带钢的圆盘剪的设定参数即可。即本发明的方法只需要针对一组带钢进行剪切前的一次实验找到最合适的影响系数，之后每次对该组带钢中的任何带钢进行剪切时都可以直接通过简单计算得到圆盘剪的设定参数，特别适合实际的生产过程。

3)采用遍历搜索的方法对一组带钢中的每种带钢进行计算和实验，并考虑每种带钢在该一组带钢中所占的比例，最终对这一组带钢找到最合适的影响系数，方便以后对这一组带钢的切边毛刺的控制。

以上具体实施方式仅为本发明的示例性实施方式，不能用于限定本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这些修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种适用于重卷机组圆盘剪的带钢切边毛刺控制方法，其通过控制圆盘剪的重叠量S、间隙量Δ、和剪切张力σ来控制带钢的切边毛刺，其特征在于，通过一组带钢的最优重叠量影响系数最优间隙量影响系数θ、和最优剪切张力影响系数λ，来计算该一组带钢中第i种钢种、第j种厚度的带钢的最优重叠量S_ij、最优间隙量Δ_ij和最优剪切张力σ_ij；

所述通过一组带钢的最优重叠量影响系数最优间隙量影响系数θ、和最优剪切张力影响系数λ，来计算该一组带钢中第i种钢种、第j种厚度的带钢的最优重叠量S_ij、最优间隙量Δ_ij和最优剪切张力σ_ij的公式为：

其中，α为重叠量工况系数，β为间隙量工况系数，γ为剪切张力工况系数，σ_sij为第i种钢种、第j种厚度的带钢的屈服强度，h_ij为第i种钢种、第j种厚度的带钢的厚度，为该一组带钢的平均屈服强度；

所述该一组带钢的平均屈服强度通过如下公式计算：

其中，M为该一组带钢中钢种的个数，N为每种钢种中厚度的种数，η_ij为第i种钢种的第j种厚度的带钢在该一组带钢中所占的比例，并且

所述重叠量工况系数α＝0.32～0.45，所述间隙量工况系数β＝0.085～0.125，所述剪切张力工况系数γ＝0.085～0.11；

所述最优重叠量影响系数的最小值的取值范围为0.3～0.7、最大值的取值范围为1.2～1.8，所述最优间隙量影响系数θ的最小值θ_min的取值范围为0.3～0.7、最大值θ_max的取值范围为1.2～1.8，所述最优剪切张力影响系数λ的最小值λ_min的取值范围为0.1～0.4、最大值λ_max的取值范围为0.6～0.9；

获得一组带钢的最优重叠量影响系数最优间隙量影响系数θ、和最优剪切张力影响系数λ的方法为：

选取所述最优重叠量影响系数的最小值和最大值所述最优间隙量影响系数θ的最小值θ_min和最大值θ_max、所述最优剪切张力影响系数λ的最小值λ_min和最大值λ_max；

对于所述最优重叠量影响系数的最小值和最大值之间的每一个重叠量影响系数所述最优间隙量影响系数θ的最小值θ_min和最大值θ_max之间的每一个间隙量影响系数θ_y、所述最优剪切张力影响系数λ的最小值λ_min和最大值λ_max之间的每一个剪切张力影响系数λ_z的每种排列组合，均对该一组带钢中的每个钢种的每种厚度的带钢进行现场剪切，并对剪切后的毛刺高度进行测量；

选取剪切效果最好的一次剪切对应的重叠量影响系数间隙量影响系数θ_y和剪切张力影响系数λ_z，作为该一组带钢的最优重叠量影响系数最优间隙量影响系数θ和最优剪切张力影响系数λ；

所述对该一组带钢中的每个钢种的每种厚度的带钢进行现场剪切时，圆盘剪的设置参数根据如下公式计算：剪切第i种钢种、第j种厚度的带钢时的重叠量为间隙量为剪切张力为

所述剪切效果最好的判断标准为毛刺高度控制的目标函数F(x,y,z)的值最小，目标函数F(x,y,z)根据如下公式计算：

其中：

ξ为加权系数，0＜ξ＜1；

为毛刺的平均高度，

H_ij(x,y,z)为第i种钢种、第j种厚度的带钢剪切后的毛刺高度。