CN108380700A - 优化头尾部矫直的辊式矫直工艺参数设定方法 - Google Patents

Abstract

一种优化头尾部矫直的辊式矫直工艺参数设定方法，属于板材矫直领域。特征是：1构建矫直工艺描述空间,包括S₂，S_N‑1，B₁，B_N，2给定S₂，S_N‑1，B₁，B_N,计算每辊压下量。3计算弹跳补偿量K。4矫直板材中部压下量等于理论计算值，根据边辊修正得到残余曲率。5板材咬入过程,上辊系S_j2＝S₂+K…S_j10＝S₁₀，得每辊压下量,修正S₂′、S_N‑1′，得到板头位置残余曲率。6板材尾部甩尾过程S′_j2＝S₂…S′_j10＝S₁₀+K,得每辊压下量，修正S₂′、S_N‑1′,计算板尾残余曲率。7板头、中间、板尾残余曲率比较，取最大值为该工艺设定值下板材矫直后的质量评价残余曲率C_R。8每个工艺计算得到C_R，比较取最小值等于C_F，为板材所有矫直工艺设定下最优残余曲率。

Description

优化头尾部矫直的辊式矫直工艺参数设定方法

技术领域

本发明属于板材矫直技术领域，具体涉及一种优化头尾部矫直的辊式矫直工艺参数设定方法。

背景技术

目前，板材辊式矫直过程是通过纵向交错排布的辊系对板材的反复弯折，达到释放内部应力，改善板型的效果。矫直机机械结构如图1所示，矫直辊是通过辊系盒连接到压下装置，再作用在机架及横梁，辊系结构复杂。在板头进入辊系时的咬入过程，及板尾部离开矫直机的甩尾过程，受力变化，机架产生不同程度弹跳，导致咬入时压下量及甩尾压下量与模型设定工艺存在较大偏差，从而导致板材矫直过程中大量的板型缺陷产生在板材的头部和尾部。矫直工艺的难点就在于板材头尾部的板型缺陷很难消除，矫直质量无法保证。

发明内容

本发明的目的是提供一种优化头尾部矫直的辊式矫直工艺参数设定方法，可以有效的解决现有技术存在的缺点。

如图2、3所示，在辊式矫直机中矫直板材过程中，对产品矫直质量精度评价参数为板材产品的残余曲率，对于N个矫直辊的辊式矫直设备中，影响残余曲率设定的工艺参数是上排第1辊压下量S₂、排最后1辊压下量S_N-1、前边辊位置值B₁和后边辊位置值B_N。

本发明是这样实施的，其特征在于包括以下步骤：

1)构建一个矫直工艺描述空间，该空间包括了所有的可能矫直工艺设定组合值。确定空间的范围：对上排第1辊压下量S₂，取值范围为0～5倍弹性曲率值对应压下量；上排最后1辊压下量S_N-1取值范围为0～1.5倍弹性曲率值对应压下量、前边辊位置值B₁和后边辊位置值B_N，为机械设计的可调整范围值。在确定矫直工艺各个设定值的取值范围后，根据矫直机压下精度，设定四个工艺值每隔定0.1mm确定一个值，为保证矫直工艺设定值可遍历空间内所有的可取工艺组合，构造一个矫直工艺生成器，能够逐一生成矫直工艺，并保证遍历所有的可能工艺组合，其原理如图4所示。

2)在矫直工艺空间内给定矫直工艺设定值：上排第1辊压下量S₂、上排最后1辊压下量S_N-1、和前边辊位置值B₁和后边辊位置值B_N，四个值如果能确定值，根据现有通用矫直设备结构，根据公式可分别得到上排辊系的压下量。上排辊系压下量线性变化，计算公式为下排辊的压下量的计算：N个矫直辊的压下量可以计算确定。

3)根据矫直机刚度计算该矫直方案下的弹跳补偿量，计算方法为首先进行弯矩的计算：M₁＝M_N＝0

式中M_t为弹性极限弯矩；C_∑为曲率比变化量；为板材的弹性曲率值

由弯矩可得各辊矫直力的计算：

根据矫直力计算弹跳K，计算公式：

式中，G为机架刚度，每一台设备可根据通用理论计算和现场压靠实验得到,本申请中试例取5000KN/mm，F_i上排矫直辊受力，i为矫直辊序号。

4)正常矫直状态下，从板材头部运动到矫直机出口，从板材尾部运动到矫直机入口的整个过程中，所有矫直辊均参与矫直，机架弹跳等于K，经过补偿后实际矫直工艺等于理论计算值，如图5所示，此时矫直机所有辊的压下量就等于理论计算值，不考虑边辊调整对入口、出口的影响。考虑边辊调整仅仅对入口2号辊及出口N-1号辊压下量产生影响，故需重新计算入口压下量S₂′、出口压下量S_N-1′。

对于2号辊考虑边辊的压下量S₂′：

S₁′、S₂′、S₃′为边辊位置改变后1号辊、2号辊和3号辊的压下量

边辊的改变对3号辊压下量无影响：S₃＝S₃′

对于N-1号辊的压下量S_N-1′：

S_N′、S_N-1′、S_N-2′为边辊位置改变N号辊、N-1号辊和N-2号辊后的压下量

边辊的改变对N－2号辊压下量无影响：S_N-2＝S_N-2′

上辊系除2号辊及N-1号辊外，其他的辊压下量保持不变，下辊系每个辊的压下量保持不变，在确定N个矫直辊压下量后，根据相关辊式矫直连续弯曲算法，对特定材料和尺寸的板材可以计算出残余曲率C，具体计算方法如下，由于已知每个辊对应压下量S_i，则可得每个辊对应的弯曲曲率第i号矫直辊处弯曲曲率为：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

式中为第i号矫直辊处原始残余曲率，可得每个矫直辊对应板材的原始残余曲率值而N号辊对应的即为板材的最终残余曲率：

5)在板材咬入过程中如图6所示，由于板头在辊系中运动过程十分复杂，为便于计算，在板头咬入过程中，矫直力线性增加，直到板头达到出口时，矫直力为稳定状态矫直值，压下量为正常值，此时每个辊压下量为正常值加弹跳影响值，由于上辊系线性排布，可得上辊系每个辊的压下量及矫直辊位置。

2号辊的压下量：S_j2＝S₂+K

4号辊的压下量：

6号辊的压下量：

8号辊的压下量：

10号辊的压下量：S_j10＝S₁₀

下辊系的压下量计算：可得下辊系的每个辊的压下量。考虑边辊调整仅仅对入口2号辊及出口N-1号辊压下量产生影响，故需重新计算入口压下量S₂′、出口压下量S_N-1′，计算方法同上。

根据相关辊式矫直连续弯曲算法，对特定材料和尺寸的板材可以确定板材的残余曲率C，即为板头位置的残余曲率。

6)在板材尾部离开矫直机的甩尾过程中如图7所示，由于板尾在辊系中运动，逐渐和矫直辊脱离作用，该过程十分复杂，为便于计算不考虑矫直力跳变则认为在甩尾过程中，矫直力线性减少，直到板尾部达到出口时，矫直力为正常矫直值，压下量为正常值，可得上辊系每个辊的压下量，可得N个矫直辊位置。

S′_j2＝S₂

S′_j10＝S₁₀+K

下辊系的压下量计算：

考虑边辊调整仅仅对入口2号辊及出口N-1号辊压下量产生影响，故需重新计算入口压下量S₂′、出口压下量S_N-1′，计算方法同上。

根据相关辊式矫直连续弯曲算法，对特定材料和尺寸的板材可以确定板材的残余曲率C，该残余曲率即为板尾位置的残余曲率。

7)对于板头部分、正常矫直中间部分、板尾部分所得三个残余曲率进行比较，取其中最大值即为该矫直工艺设定值下板材矫直后的质量评价残余曲率C_R。

8)再通过工艺生成器生成新的工艺设定值，每个工艺下计算得到板材产品的质量评价残余曲率C_R，在比较所有工艺下的质量评价残余曲率C_R后，取其中在最小值等于C_F，即为板材在所有可能矫直工艺设定下的最优残余曲率，而该组设定工艺对应的S₂、S_N-1、B₁、B_N值即为最佳的工艺值。

本发明的优点及积极效果是：

针对板材矫直过程中存在的头部、尾部压下量偏差导致的板型缺陷，优化了辊式矫直机工艺参数设定方法，将板材的矫直划分为头段、中段、尾段，分别进行计算，形成考虑头尾段板材矫直的矫直方案，再从中选取最优方案，从而很好的解决了板材矫直中头尾部板型缺陷问题，提高了矫直工艺设定的精度和板材头尾部的矫直质量。

附图说明

图1为辊式矫直机示意图。

图2为上、下辊系中矫直辊排列示意图。

图3为下辊系中前、后边辊位置值B₁、B_N示意图。

图4为矫直工艺生成流程示意图。

图5为板材中部矫直过程示意图。

图6板材头部矫直过程示意图.

图7为板材尾部矫直过程示意图。

图中，A—上横梁 B—压下装置 C—机架 D—上辊系盒 E—下辊系盒

1—1号辊，亦前边辊 2—2号辊，亦上排第1辊

3一3号辊 4一4号辊

N-1一N-1号辊，亦上排最后1辊 N一N号辊，亦后边辊

B₁一前边辊位置值 B_N一后边辊位置值。

具体实施方式

现以长、宽、厚分别为10米、2米、0.3米某金属板材为例，说明实施过程。首先通过设置在矫直机前的温度传感器，测量出待矫直板材的温度值为550℃。根据温度值，可得到σ_S，及弹性模量E见下表

1.构建矫直工艺描述空间，确定空间的范围，对上排第1辊压下量S₂，取值范围为0～5倍上排最后1辊压下量S_N-1的取值范围为0～1.5倍前边辊位置值B₁取值范围-25～+25mm和后边辊位置值B_N取值范围-25～+25mm。根据矫直机压下精度，设定四个工艺值每隔0.1mm取值，则可遍历空间内所有的可取工艺组合。

第i号矫直辊处反弯曲率：

弹性极限曲率：

式中，E为弹性模量，h为板厚，T为矫直辊辊距

2号辊下板材的反弯曲率：

由已知条件，得

联立上式:

故2号辊的压下量S₂取值范围为

N-1号辊下板材的反弯曲率：

由已知条件，得

联立上式:故N-1号辊的压下量S_N-1取值范围为

式中σ_s为屈服强度；h为板厚；E为弹性模量；T为辊距。

2.中部正常矫直部分，根据矫直工艺描述空间的边界，由矫直工艺生成器逐一生成矫直工艺设定，当给出一组矫直工艺不考虑边辊的影响，可得上排第1辊压下量S₂，上排最后1辊压下量S_N-1，和前边辊位置值B₁和后边辊位置值B_N，在已知2号辊与N-1号辊的压下量后，根据公式线性递减计算其他上辊系的压下量，下排辊的压下量的计算： 可得矫直机每个辊的压下量。

3.由于边辊的位置调整对除2号辊与N-1号辊以外辊系没有影响，因而其他辊的压下量不变，其中2号辊与N-1号辊压下量计算如下：

对于2号辊的压下量S₂′：

S₁′、S₂′、S₃′为边辊位置改变后1号辊、2号辊和3号辊的压下量

边辊的改变对3号辊压下量无影响：S₃＝S₃′

对于N-1号辊的压下量S_N-1′：

S_N′、S_N-1′、S_N-2′为边辊位置改变N号辊、N-1号辊和N-2号辊后的压下量边辊的改变对N－2号辊压下量无影响：S_N-2＝S_N-2′

4.在确定N个矫直辊压下量后，根据相关辊式矫直连续弯曲算法，对特定材料和尺寸的板材可以计算出残余曲率C_R。

第i号矫直辊处原始残余曲率：

如该温度为特定的σ_Sj，那么金属材料弹性极限曲率为：

第i号矫直辊处原始残余曲率

可得板材的最终残余曲率值，该值为正常矫直

5.计算弹跳补偿：

首先进行弯矩的计算：M₁＝M_N＝0

式中Mt为弹性极限弯矩；C_Σ为曲率比变化量

由弯矩可得各辊矫直力的计算：

得到每个辊的矫直力，可就算矫直机的弹跳K，计算公式：

式中，G为机架刚度，取5000KN/mm。

6.矫直板材头部时考虑弹跳，上辊系各辊的压下量变为：

2号辊的压下量：S_j2＝S₂+K

4号辊的压下量：

6号辊的压下量：

8号辊的压下量：

10号辊的压下量：S_j10＝S₁₀

下辊系的压下量计算：

由于边辊的位置调整对2号辊与N-1号辊以外辊系没有影响，因而其他辊的压下量不变。

考虑边辊的调整，2号辊与N-1号辊压下量计算如下：

对于2号辊的压下量S_j2′：

S_j1′、S_j2′、S_j3′为边辊位置改变后1号辊、2号辊和3号辊的压下量

边辊的改变对3号辊压下量无影响：S_j3＝S_j3′

对于N-1号辊的压下量S_jN-1′：

S_jN′、S_jN-1′、S_jN-2′为边辊位置改变N号辊、N-1号辊和N-2号辊后的压下量边辊的改变对N－2号辊压下量无影响：S_jN-2＝S_jN-2′

可得板材的最终残余曲率值

7.矫直板材尾部时考虑弹跳，上辊系各辊的压下量变为：

S′_j2＝S₂

S′_j10＝S₁₀+K

下辊系的压下量计算：

由于边辊的位置调整对2号辊与N-1号辊以外辊系没有影响，因而其他辊的压下量不变。

考虑边辊的调整，2号辊与N-1号辊压下量计算如下：

对于2号辊的压下量S_j2′：

S_j1′、S_j2′、S_j3′为边辊位置改变后1号辊、2号辊和3号辊的压下量

边辊的改变对3号辊压下量无影响：S_j3＝S_j3′

对于N-1号辊的压下量S_jN-1′：

S_jN′、S_jN-1′、S_jN-2′为边辊位置改变N号辊、N-1号辊和N-2号辊后的压下量边辊的改变对N－2号辊压下量无影响：S_jN-2＝S_jN-2′

可得板材的最终残余曲率值

8.对于同一张板材，比较所得的三个残余曲率，取其中最大值为该矫直设定工艺下的最终残余曲率C_R。

9.设定新的一组矫直工艺，重复以上计算，可得到新的残余曲率C_R，在所有不同的C_R中取最小值，该最小值即为最优工艺下的残余曲率C_F值。C_F值对应的S₂、S_N-1、B₁、B_N值即为最佳的工艺值。

Claims (1)

1.一种优化头尾部矫直的辊式矫直工艺参数设定方法，其特征在于操作步骤如下：1)构建一个矫直工艺描述空间，该空间包括了所有的矫直工艺设定组合值，确定空间的范围，对上排第1辊压下量S₂，取值范围为0～5倍弹性曲率值对应量、压下上排最后1辊压下量S_N-1取值范围为0～1.5倍弹性曲率值对应压下量、前边辊位置值B₁和后边辊位置值B_N，为机械设计的调整范围值；在确定矫直工艺各个设定值的取值范围后，根据矫直机压下精度，设定四个工艺值每隔定0.1mm确定一个值，为保证矫直工艺设定值可遍历空间内所有的可取工艺组合，构造一个矫直工艺生成器，能够逐一生成矫直工艺，并保证遍历所有的可能工艺组合；

2)在矫直工艺空间内给定矫直工艺设定值，上排第1辊压下量S₂、上排最后1辊压下量S_N-1、和前边辊位置值B₁和后边辊位置值B_N，四个值如果能确定值，根据现有通用矫直设备结构，根据公式可分别得到上排辊系的压下量，上排辊系压下量线性变化，计算公式为下排辊的压下量的计算：N个矫直辊的压下量以计算确定；

3)根据矫直机刚度计算该矫直方案下的弹跳补偿量，计算方法为首先进行弯矩的计算：M₁＝M_N＝0

式中M_t为弹性极限弯矩，C_Σ为曲率比变化量，为板材的弹性曲率值由弯矩可得各辊矫直力的计算：

.

根据矫直力计算弹跳K，计算公式：

式中，G为机架刚度，每一台设备可根据通用理论计算和现场压靠实验得到,本申请中试例取5000KN/mm，F_i上排矫直辊受力，i为矫直辊序号；

4)正常矫直状态下，从板材头部运动到矫直机出口，从板材尾部运动到矫直机入口的整个过程中，所有矫直辊均参与矫直，机架弹跳等于K，经过补偿后实际矫直工艺等于理论计算值，此时矫直机所有辊的压下量就等于理论计算值，不考虑边辊调整对入口、出口的影响；考虑边辊调整仅仅对入口2号辊及出口N-1号辊压下量产生影响，故需重新计算入口压下量S₂′、出口压下量S_N-1′；

对于2号辊考虑边辊的压下量S₂′：

S₁′、S₂′、S₃′为边辊位置改变后1号辊、2号辊和3号辊的压下量

边辊的改变对3号辊压下量无影响：S₃＝S₃′

对于N-1号辊的压下量S_N-1′：

S_N′、S_N-1′、S_N-2′为边辊位置改变N号辊、N-1号辊和N-2号辊后的压下量

边辊的改变对N－2号辊压下量无影响：S_N-2＝S_N-2′

上辊系除2号辊及N-1号辊外，其他的辊压下量保持不变，下辊系每个辊的压下量保持不变，在确定N个矫直辊压下量后，根据相关辊式矫直连续弯曲算法，对特定材料和尺寸的板材可以计算出残余曲率C，具体计算方法如下，由于已知每个辊对应压下量S_i，则可得每个辊对应的弯曲曲率第i号矫直辊处弯曲曲率为：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

式中为第i号矫直辊处原始残余曲率，可得每个矫直辊对应板材的原始残余曲率值而N号辊对应的即为板材的最终残余曲率：

5)在板材咬入过程中，由于板头在辊系中运动过程十分复杂，为便于计算，在板头咬入过程中，矫直力线性增加，直到板头达到出口时，矫直力为稳定状态矫直值，压下量为正常值，此时每个辊压下量为正常值加弹跳影响值，由于上辊系线性排布，可得上辊系每个辊的压下量及矫直辊位置；

2号辊的压下量：S_j2＝S₂+K

4号辊的压下量：

6号辊的压下量：

8号辊的压下量：

10号辊的压下量：S_j10＝S₁₀

下辊系的压下量计算：可得下辊系的每个辊的压下量；考虑边辊调整仅仅对入口2号辊及出口N-1号辊压下量产生影响，故需重新计算入口压下量S₂′、出口压下量S_N-1′，计算方法同上；

根据相关辊式矫直连续弯曲算法，对特定材料和尺寸的板材可以确定板材的残余曲率C，即为板头位置的残余曲率；

6)在板材尾部离开矫直机的甩尾过程中，由于板尾在辊系中运动，逐渐和矫直辊脱离作用，该过程十分复杂，为便于计算不考虑矫直力跳变则认为在甩尾过程中，矫直力线性减少，直到板尾部达到出口时，矫直力为正常矫直值，压下量为正常值，时可得上辊系每个辊的压下量，可得N个矫直辊位置；

S′_j2＝S₂

S′_j10＝S₁₀+K

下辊系的压下量计算：

考虑边辊调整仅仅对入口2号辊及出口N-1号辊压下量产生影响，故需重新计算入口压下量S₂′、出口压下量S_N-1′，计算方法同上；

根据相关辊式矫直连续弯曲算法，对特定材料和尺寸的板材可以确定板材的残余曲率C，该残余曲率即为板尾位置的残余曲率；

7)对于板头部分、正常矫直中间部分、板尾部分所得三个残余曲率进行比较，取其中最大值即为该矫直工艺设定值下板材矫直后的质量评价残余曲率C_R；

8)再通过工艺生成器生成新的工艺设定值，每个工艺下计算得到板材产品的质量评价残余曲率C_R，在比较所有工艺下的质量评价残余曲率C_R后，取其中在最小值等于C_F，即为板材在所有可能矫直工艺设定下的最优残余曲率，而该组设定工艺对应的S₂、S_N-1、B₁、B_N值即为最佳的工艺值。