CN108614445A - 基于连轧仿真的自适应、高精度提取轧件轮廓的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及型材全连轧仿真过程中对轧件轮廓进行提取及自适应修正的技术。本发明解决了目前型材全连轧仿真过程中出钢弯曲扭转带来的轮廓提取不准并且孔型对不上的问题，提出了一种基于连轧仿真的自适应、高精度提取轧件轮廓的方法，其技术方案要点为：包括以下步骤：将轧前件中间截面作为轧后提取断面，并对该断面进行轧程跟踪，确定出该断面提取范围，然后对该断面提取范围内的提取位置对应的钢轮廓进行弯曲轮廓修正和/或扭转轮廓修正。本发明的有益效果是：将轧前件中间截面作为轧后提取断面，并对该断面进行轧程跟踪，并在确定的断面提取范围中对出钢进行轮廓修正，适用于轧钢仿真。

Description

基于连轧仿真的自适应、高精度提取轧件轮廓的方法

技术领域

本发明涉及轧钢技术，特别涉及型材全连轧仿真过程中对轧件轮廓进行提取及自适应修正的技术。

背景技术

目前，采用有限元法对型材轧制进行仿真，对于单轧程仿真而言，其仿真可靠性和精度由建模和仿真设定条件所决定，但要进行连轧仿真还要进行轧后件轮廓提取，而在半手工轮廓提取过程中，准确性要通过前处理软件用人工肉眼判断，同时要对提取件做出相应空间位置调整，虽说工作量大、精度低，但起码能满足手工连轧仿真的需求。

但是，半手工式轮廓提取只适用于传统的手工全轧程仿真，而且精度低，尤其在型材轧制过程中，轧件在孔型出口会发生弯曲、扭转，而对于全轧程连轧仿真而言，即轧制过程无需手工干预，这种方法是不适用的，在什么位置提取，如何准确提取出钢弯曲扭转后的断面显得非常重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于连轧仿真的自适应、高精度提取轧件轮廓的方法，解决目前型材全连轧仿真过程中出钢弯曲扭转带来的轮廓提取不准并且孔型对不上的问题。

本发明解决其技术问题，采用的技术方案是：基于连轧仿真的自适应、高精度提取轧件轮廓的方法，其特征在于，包括以下步骤：

将轧前件中间截面作为轧后提取断面，并对该断面进行轧程跟踪，确定出该断面提取范围，然后对该断面提取范围内的提取位置对应的钢轮廓进行弯曲轮廓修正和/或扭转轮廓修正。

具体地，所述确定断面提取范围的具体方法包括以下步骤：

步骤i、以上轧辊或下轧辊的主轴所在直线为X轴，以下轧辊主轴所在直线与上轧辊主轴所在直线之间的垂直线段所在直线为Y轴，以轧制方向的反方向为Z轴，建立空间直角坐标系；

步骤ii、所述断面提取范围确定时，令轧制最低点所在面对应的Z值为零，即轧制最低点所在面为(X，Y，0)，记为A0面，并沿轧制方向取一规定正数值Zs，确定出口最远提取位置，即出口最远提取位置为(X，Y，-Zs)，记为A1面；

步骤iii、以A0面至A1面之间的范围为断面提取范围。

进一步地，步骤ii中，所述Zs在轧程跟踪过程中是可变的。

具体地，所述Zs的初始值由坯料尺寸、轧辊辊径及压下量确定。

再进一步地，步骤ii-iii中，所述A1面和A0面之间存在变形区，所述变形区在断面提取范围内，所述变形区在断面提取范围内的判别依据是：

该断面提取位置对应的钢轮廓在规定轧制时间内轮廓尺寸未发生变化；

如果该断面提取位置对应的钢轮廓在规定轧制时间内运动到A1面位置及下一位置时，轮廓尺寸仍有变化，则将A1面位置沿Z负方向移动相应的距离，由此位置继续跟踪，若轮廓尺寸变化趋势是先小后大，说明出钢发生了弯曲，则将轮廓尺寸变化最小时的-Zs所在面作为提取位置。

具体地，所述相应的距离是指平行于A0面且沿轧制方向的对应个数网格的距离，所述网格根据仿真精度进行设定。

再进一步地，所述弯曲是指出钢绕X轴和/或Y轴旋转。

具体地，所述提取位置对应的钢轮廓进行弯曲轮廓修正的具体方法包括如下步骤：

步骤a、在确定的断面提取位置提取出轧件轧前中间截面，提取出的断面记为A3(X，Y，Z)；

步骤b、记录A3面的Z轴方向最小坐标值Zmin和最大坐标值Zmax，并做A3面于AO面的投影面，该投影面记为A2(X，Y，Z₀)；

步骤c、将A3面的轮廓边界节点沿顺或逆时针方向在A2面所在片层内只被一个单元格占用的设定，找出A2面的轮廓线，所述A2面所在片层由多个大小相同的单元格组成；

步骤d、计算出A3面和A2面的夹角，该夹角记为θ，其正切值tan(θ)＝|Zmin-Zmax|/H，其中H为出钢轨高或底宽或腰厚；

步骤e、根据夹角θ，利用A2面对应的钢轮廓还原A3面对应的钢轮廓，即利用A2面做A3面的坐标变换：Z＝Z₀+|Ymax-Y|*tan(θ)或Z＝Z₀+|Xmax-X|*tan(θ)，得A3面的节点坐标(X,Y,Z)后，将A3面沿Y或X轴旋转θ，旋转至与A0面平行。

再进一步地，所述扭转是指出钢绕Z轴旋转。

具体地，所述提取位置对应的钢轮廓进行扭转轮廓修正采用斜率变化修正法，具体包括以下步骤：

步骤1、选择轧前件某一稳定中间截面作为考量对象；

步骤2、在该中间截面内记录两条相交线段，记为L1和L2，并分别求出L1和L2的斜率，以及L1和L2之间的夹角；

步骤3、提取轧后件中该断面内与轧前对应的两条相交线段，记为L1'和L2'，并分别求出L1'和L2'的斜率，以及L1'和L2'之间的夹角；

步骤4、分别算出L1至L1'，以及L2至L2'的斜率变化量，并选择斜率变化量较小的作为修正量；

步骤5、计算L1'和L2'之间的夹角相对于L1和L2之间的夹角的变化量，若所述夹角的变化量在一定的小值区间内，则不更改所得修正量，否则按夹角变化趋势来修改修正量，即如果夹角减小则按规定的修正值减小修正量，如果增大则按规定的修正值增大修正量，所述修正值为夹角变化量的一半；

步骤6、将确定的修正量转化为对应的旋转角度，按扭转的反方向绕Z轴旋转轧后件。

本发明的有益效果是，通过上述基于连轧仿真的自适应、高精度提取轧件轮廓的方法，将轧前件中间截面作为轧后提取断面，并对该断面进行轧程跟踪，当出钢发生弯曲和/或扭转时，在确定的断面提取范围中对出钢进行轮廓修正。

附图说明

图1为本发明实施例中出钢断面提取范围确定时的结构示意图。

图2为本发明实施例中出钢出现弯曲修正时的结构示意图。

图3为本发明实施例中出钢出现扭转修正时的结构示意图。

其中，n1为A0面的法向量，n2为A2面的法向量，n3为A3面的法向量。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，详细描述本发明的技术方案。

本发明所述基于连轧仿真的自适应、高精度提取轧件轮廓的方法，由以下步骤组成：

将轧前件中间截面作为轧后提取断面，并对该断面进行轧程跟踪，确定出该断面提取范围，然后对该断面提取范围内的提取位置对应的钢轮廓进行弯曲轮廓修正和/或扭转轮廓修正。这里，可以将轧前件中间截面作为轧后提取断面，并对该断面进行轧程跟踪，当出钢发生弯曲和/或扭转时，在确定的断面提取范围中对出钢进行轮廓修正。

实施例

本发明实施例基于连轧仿真的自适应、高精度提取轧件轮廓的方法，包括以下步骤：

将轧前件中间截面作为轧后提取断面，并对该断面进行轧程跟踪，确定出该断面提取范围，然后对该断面提取范围内的提取位置对应的钢轮廓进行弯曲轮廓修正和/或扭转轮廓修正。

上述方法中，参见图1的出钢断面提取范围确定时的结构示意图，确定断面提取范围的具体方法包括以下步骤：

步骤i、以上轧辊或下轧辊的主轴所在直线为X轴，以下轧辊主轴所在直线与上轧辊主轴所在直线之间的垂直线段所在直线为Y轴，以轧制方向的反方向为Z轴，建立空间直角坐标系；

步骤ii、断面提取范围确定时，可以令轧制最低点所在面对应的Z值为零，即轧制最低点所在面为(X，Y，0)，记为A0面，并沿轧制方向取一规定正数值Zs，确定出口最远提取位置，即出口最远提取位置为(X，Y，-Zs)，记为A1面，其中，Zs在轧程跟踪过程中是可变的，并且，Zs的初始值可以由坯料尺寸、轧辊辊径及压下量等确定；

以A0面至A1面之间的范围为断面提取范围。

本例中，步骤ii-iii中，A1面和A0面之间存在变形区，变形区应该在断面提取范围内，这里，变形区在断面提取范围内的判别依据是：

该断面提取位置对应的钢轮廓在规定轧制时间内轮廓尺寸未发生变化；

如果该断面提取位置对应的钢轮廓在规定轧制时间内运动到A1面位置及下一位置时，轮廓尺寸仍有变化，则将A1面位置沿Z负方向移动相应的距离，由此位置继续跟踪，若轮廓尺寸变化趋势是先小后大，说明出钢发生了弯曲，则优选地将轮廓尺寸变化最小时的-Zs所在面作为提取位置，这里，相应的距离具体是指平行于A0面且沿轧制方向的对应个数网格的距离，其中，网格可以根据仿真精度进行设定。

本例中，弯曲具体是指出钢绕X轴和/或Y轴旋转，在型材轧制仿真过程中，因不同部位单元受力、力矩等的不同，轧件容易发生扭曲变形的情况，最终导致网格变形，参见图2中出钢出现弯曲修正时的结构示意图，其中，A0为轧制最低点所在面,A3为要提取的轮廓面，A2为A3在A0面的投影面，A0的法相量为n1，A3的法相量为n3，A2的法相量为n2，初始纵向网格片层同A0平行，如果不发生弯曲，则n1、n2、n3向量共线，实际轧制过程中，出钢大部分会发生弯曲。这里，提取位置对应的钢轮廓进行弯曲轮廓修正的具体方法包括如下步骤：

步骤a、在确定的断面提取位置提取出轧件轧前中间截面，提取出的断面可以记为A3(X，Y，Z)；

步骤b、记录A3面的Z轴方向最小坐标值Zmin和最大坐标值Zmax，并做A3面于AO面的投影面，该投影面可以记为A2(X，Y，Z₀)；

步骤c、将A3面的轮廓边界节点沿顺或逆时针方向在A2面所在片层内只被一个单元格占用的设定，找出A2面的轮廓线，其中，A2面所在片层由多个大小相同的单元格组成；

步骤d、计算出A3面和A2面的夹角，该夹角记为θ，其正切值tan(θ)＝|Zmin-Zmax|/H，其中H可以为出钢轨高或底宽或腰厚；

步骤e、根据夹角θ，利用A2面对应的钢轮廓还原A3面对应的钢轮廓，即利用A2面做A3面的坐标变换：Z＝Z₀+|Ymax-Y|*tan(θ)或Z＝Z₀+|Xmax-X|*tan(θ)，得A3面的节点坐标(X,Y,Z)后，将A3面沿Y或X轴旋转θ，旋转至与A0面平行。

本例中，由于连轧仿真过程需要将上个孔型的轧后件送入下个孔型轧制，而扭转将导致轧件断面不能准确的以设计的角度进入轧辊，这将影响仿真的效果，所以要对其进行修正。这里，扭转是指出钢绕Z轴旋转，参见图3的出钢出现扭转修正时的结构示意图，提取位置对应的钢轮廓进行扭转轮廓修正优选地采用斜率变化修正法，具体包括以下步骤：

步骤1、选择轧前件某一稳定中间截面作为考量对象；

步骤2、在该中间截面内记录两条相交线段，记为L1和L2，并分别求出L1和L2的斜率，以及L1和L2之间的夹角,为了避免网格变形导致的斜率变化，尽可能选择几何中心点附近的节点；

步骤3、提取轧后件中该断面内与轧前对应的两条相交线段，记为L1'和L2'，并分别求出L1'和L2'的斜率，以及L1'和L2'之间的夹角；

步骤4、分别算出L1至L1'，以及L2至L2'的斜率变化量，并选择斜率变化量较小的作为修正量；

步骤5、计算L1'和L2'之间的夹角相对于L1和L2之间的夹角的变化量，若所述夹角的变化量在一定的小值区间内，则不更改所得修正量，否则按夹角变化趋势来修改修正量，即如果夹角减小则按规定的修正值减小修正量，如果增大则按规定的修正值增大修正量，其中，修正值优选为夹角变化量的一半；

步骤6、将确定的修正量转化为对应的旋转角度，按扭转的反方向绕Z轴旋转轧后件。

Claims (10)

1.基于连轧仿真的自适应、高精度提取轧件轮廓的方法，其特征在于，包括以下步骤：

将轧前件中间截面作为轧后提取断面，并对该断面进行轧程跟踪，确定出该断面提取范围，然后对该断面提取范围内的提取位置对应的钢轮廓进行弯曲轮廓修正和/或扭转轮廓修正。

2.根据权利要求1所述的基于连轧仿真的自适应、高精度提取轧件轮廓的方法，其特征在于，所述确定断面提取范围的具体方法包括以下步骤：

步骤i、以上轧辊或下轧辊的主轴所在直线为X轴，以下轧辊主轴所在直线与上轧辊主轴所在直线之间的垂直线段所在直线为Y轴，以轧制方向的反方向为Z轴，建立空间直角坐标系；

步骤ii、所述断面提取范围确定时，令轧制最低点所在面对应的Z值为零，即轧制最低点所在面为(X，Y，0)，记为A0面，并沿轧制方向取一规定正数值Zs，确定出口最远提取位置，即出口最远提取位置为(X，Y，-Zs)，记为A1面；

步骤iii、以A0面至A1面之间的范围为断面提取范围。

3.根据权利要求2所述的基于连轧仿真的自适应、高精度提取轧件轮廓的方法，其特征在于，步骤ii中，所述Zs在轧程跟踪过程中是可变的。

4.根据权利要求3所述的基于连轧仿真的自适应、高精度提取轧件轮廓的方法，其特征在于，所述Zs的初始值由坯料尺寸、轧辊辊径及压下量确定。

5.根据权利要求2所述的基于连轧仿真的自适应、高精度提取轧件轮廓的方法，其特征在于，步骤ii-iii中，所述A1面和A0面之间存在变形区，所述变形区在断面提取范围内，所述变形区在断面提取范围内的判别依据是：

该断面提取位置对应的钢轮廓在规定轧制时间内轮廓尺寸未发生变化；

如果该断面提取位置对应的钢轮廓在规定轧制时间内运动到A1面位置及下一位置时，轮廓尺寸仍有变化，则将A1面位置沿Z负方向移动相应的距离，由此位置继续跟踪，若轮廓尺寸变化趋势是先小后大，说明出钢发生了弯曲，则将轮廓尺寸变化最小时的-Zs所在面作为提取位置。

6.根据权利要求5所述的基于连轧仿真的自适应、高精度提取轧件轮廓的方法，其特征在于，所述相应的距离是指平行于A0面且沿轧制方向的对应个数网格的距离，所述网格根据仿真精度进行设定。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的基于连轧仿真的自适应、高精度提取轧件轮廓的方法，其特征在于，所述弯曲是指出钢绕X轴和/或Y轴旋转。

8.根据权利要求7所述的基于连轧仿真的自适应、高精度提取轧件轮廓的方法，其特征在于，所述提取位置对应的钢轮廓进行弯曲轮廓修正的具体方法包括如下步骤：

步骤a、在确定的断面提取位置提取出轧件轧前中间截面，提取出的断面记为A3(X，Y，Z)；

步骤b、记录A3面的Z轴方向最小坐标值Zmin和最大坐标值Zmax，并做A3面于AO面的投影面，该投影面记为A2(X，Y，Z₀)；

步骤c、将A3面的轮廓边界节点沿顺或逆时针方向在A2面所在片层内只被一个单元格占用的设定，找出A2面的轮廓线，所述A2面所在片层由多个大小相同的单元格组成；

步骤d、计算出A3面和A2面的夹角，该夹角记为θ，其正切值tan(θ)＝|Zmin-Zmax|/H，其中H为出钢轨高或底宽或腰厚；

步骤e、根据夹角θ，利用A2面对应的钢轮廓还原A3面对应的钢轮廓，即利用A2面做A3面的坐标变换：Z＝Z₀+|Ymax-Y|*tan(θ)或Z＝Z₀+|Xmax-X|*tan(θ)，得A3面的节点坐标(X,Y,Z)后，将A3面沿Y或X轴旋转θ，旋转至与A0面平行。

9.根据权利要求1-6任意一项所述的基于连轧仿真的自适应、高精度提取轧件轮廓的方法，其特征在于，所述扭转是指出钢绕Z轴旋转。

10.根据权利要求9所述的基于连轧仿真的自适应、高精度提取轧件轮廓的方法，其特征在于，所述提取位置对应的钢轮廓进行扭转轮廓修正采用斜率变化修正法，具体包括以下步骤：

步骤1、选择轧前件某一稳定中间截面作为考量对象；

步骤2、在该中间截面内记录两条相交线段，记为L1和L2，并分别求出L1和L2的斜率，以及L1和L2之间的夹角；

步骤3、提取轧后件中该断面内与轧前对应的两条相交线段，记为L1'和L2'，并分别求出L1'和L2'的斜率，以及L1'和L2'之间的夹角；

步骤4、分别算出L1至L1'，以及L2至L2'的斜率变化量，并选择斜率变化量较小的作为修正量；

步骤5、计算L1'和L2'之间的夹角相对于L1和L2之间的夹角的变化量，若所述夹角的变化量在一定的小值区间内，则不更改所得修正量，否则按夹角变化趋势来修改修正量，即如果夹角减小则按规定的修正值减小修正量，如果增大则按规定的修正值增大修正量，所述修正值为夹角变化量的一半；

步骤6、将确定的修正量转化为对应的旋转角度，按扭转的反方向绕Z轴旋转轧后件。