CN109408992A - 用于圆钢孔型系统的辅助设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于圆钢孔型系统的辅助设计方法，属于热轧圆钢工程设计及生产技术领域。提供一种操作方便、自动化程度高，既能提高设计精度，还能大大降低劳动强度的孔型系统的辅助设计方法。通过开发一套包含CAD孔型设计模块的辅助设计软件，完成圆钢孔型及孔型系统的精确设计，而且可以灵活的根据工艺和产线需求进行优化计算，最后完成图形CAD输出、轧制表计算、轧制负荷参数计算、轧辊校核及轧辊配辊等。由于上述孔型设计过程完全通过软件完成，既降低了人工计算的劳动强度，简化了操作，而且降低了专业设计的技术门槛，人员经过短时间培训就能掌握。

Description

用于圆钢孔型系统的辅助设计方法

技术领域

本发明涉及一种孔型设计方法，尤其是涉及圆钢孔型系统的辅助设计方法，属于热轧圆钢工程设计与生产技术领域。

背景技术

现阶段圆钢生产孔型设计及孔型系统设计是按以下步骤进行的。

第一步：经验设计孔型，即按经验分配各道次延伸率，然后通过计算、验证，从而而绘制孔型CAD图。目前单个孔型的设计方法是根据产线布置、坯料尺寸、轧制规格等首先分配各道次延伸率，由分配的延伸率得到各等轴孔的尺寸，然后由宽展公式计算出椭圆孔尺寸，最后计算料形尺寸、孔型面积、力能参数等，根据计算的负荷参数对如轧辊、电机、剪机等设备能力进行校核。通过不断的调整孔型来满足设备能力的要求，此过程计算量较大、耗时、且易出错。

第二步：孔型系统设计，即根据第一步设计的若干套孔型合并组合覆盖整个生产线所有规格的全部孔型，以达到最少的更换工装的目的，此过程会成倍的重复第一步计算过程，一旦设计完成，后续优化困难重重。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种操作方便、自动化程度高，既能提高设计精度，还能大大降低劳动强度的圆钢孔型系统的辅助设计方法。

为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种用于圆钢孔型系统的辅助设计方法，包括以下几个模块。

a)箱型孔型设计，适用于连轧生产线的粗轧孔型系统设计，亦可应用于粗轧开坯孔型设计。将箱型孔、变形椭圆孔、圆孔孔型参数同一化，作为宽展计算公式的输入参数，经过连续迭代，而得到一个精确的孔型输出参数。在整个迭代过程会根据咬入条件和稳定轧制条件对孔型进行修改，最终得到满足稳定生产条件的孔型。

b)椭圆-圆孔型设计，包括中间道次孔型设计和成品孔型设计，有椭圆孔、圆孔、成品孔。由于各种孔型的输入、输出参数同一化，方便了不同模块间的数据传递，而且可以根据工艺情况的变化，进行自由的拼接组合计算，以最快的方式计算出全套孔型。对于孔型系统的设计方法是根据来料尺寸参数以及架次，来计算极限条件下若干架次轧机所能轧制的最小及最大规格尺寸，根据一组、两组或者三组等轴孔序列，合并设计出覆盖全部生产规格的轧制孔型系统。

c)轧件形状数学模型和宽展计算数学模型的动态优化，根据不同孔型的轧件料形得到料形面积，从而得到各架次轧件的料形形状系数，轧件的形状可根据实际现场的轧件的形状进行简化后带入宽展迭代公式，进一步提高宽展计算精度。可根据各架次的实际宽展值修正宽展系数，计算更加准确。

d)孔型CAD绘制，CAD绘图系统基于VB绘图和AutoCAD二次开发工具VBA进行开发，VB绘图系统实时绘制孔型形状，便于观察变形规律。VBA程序调用孔型参数批量绘制数据库中保存孔型，实现孔型CAD类型的文件输出，方便数控机床接入。

本发明的有益效果是：通过开发一套包含CAD孔型设计模块的辅助设计软件，完成圆钢孔型及孔型系统的精确设计，而且可以灵活的根据工艺和产线需求进行优化计算，最后完成图形CAD输出、轧制表计算、轧制负荷参数计算、轧辊校核及轧辊配辊等。由于上述孔型设计过程完全通过软件完成，既降低了人工计算的劳动强度，简化了操作，而且降低了专业设计的技术门槛，人员经过短时间培训就能掌握。本软件适用于新建圆钢生产线或线材生产线的中间孔型的工艺设计，由于其灵活方便的特点特别适合生产线的技术改造工艺设计。

附图说明

图1为本发明用于圆钢孔型系统设计程序界面。

图2为本发明的S1模块，即宽展迭代计算过程。β为相对宽展系数；H为来料高度；B为来料宽度；xs₁为来料料形系数；h为孔型高度；xs₂为料形系数；D为轧辊直径；v为轧制速度；λ修正系数，0.75～1.25，可根据测量值回归得到；S为料形面积，是与h和b有关的函数；β_i =f(H,B,xs₁,h,xs_2i ,D ,v_i ,λ)为宽展计算公式。

图2中xs₂₀为椭圆孔初始料形系数，根据不同孔型而选择不同的初始料形系数进行计算。椭圆孔0.74，圆孔0.785，箱型孔0.97，变形椭圆0.74～0.785。

图3为本发明的S2模块，即椭圆-圆孔型设计过程。椭圆孔a_充满度一般设置为92%，可根据不同生产情况进行调整。等轴孔的a_不圆度与等轴孔的d有关，可根据不同产品的尺寸精度要求进行调整。多机架孔型系统设计只需将多个S2模块串联起来就可以迅速完成。

图4为本发明的S3模块，即极限条件下的下一等轴孔的尺寸计算，各孔型处于最大充满度、最大咬入角以及最大孔型宽高比的情况下，从一个等轴孔到下一个等轴孔的尺寸计算过程。此计算过程的意义是在两道次轧制过程中，根据来料的大小可以推算经过两机架以后所能轧制最小料形尺寸。

图5为本发明的S4模块，即自动孔型设计过程，向模块输入来料大小和成品尺寸即可自动完成孔型设计。此过程的特点在于根据S3模块计算出的等轴序列，按比例放大，等轴孔尺寸序列，然后串联输入S2模块，得到孔型。此过程既可以程序自动完成，亦可以人工干预设计。

图5揭示的S4模块，意义在于自动计算等轴孔尺寸序列，实现自动分配延伸率的效果，而且各等轴孔尺寸均是按比例缩放，所设计的孔型具有一致性，即设计的孔型具有相同的宽高比和充满度。S4模块比例分配延伸率的过程用于孔型系统设计显得尤为重要，大大提高的孔型系统的设计效率。

具体实施方式

图1所示的是本发明提供的一种操作方便、自动化程度高，既能提高计算精度，又能避免出错的孔型系统辅助设计方法。所述的方法包括以下步骤。

a)孔型计算模块，用于孔型参数计算，如料形宽度、料形系数、料形面积、孔型面积、孔型高度、轧制速度等。

b)力能计算模块，用于轧制能力计算，如轧制力、轧制功率、轧制扭矩等。

c)轧辊校核模块，用于轧辊强度计算。

d)配辊计算模块，用于轧辊配辊计算。

f)轧制表输出模块,用于轧制表计算输出，可保存为excel格式文件。

g)CAD绘图模块，可动态观察孔型及充满程度变化。

以上实施方式中，根据日常操作习惯，只需点击按扭，即可完成圆钢孔型的设计。采用VB和VBA语言开发，均可以流畅运行于Windows平台。

实施例一

以减径定径机中间孔型系统设计为例，减径定径机要求来料为61、47、36.8、28.8、22.5。本发明只需将（1.2～1.4）×61作为来料尺寸及各等轴孔尺寸输入图3揭示的S2模块，即可自动完成设计。本发明以75mm来料为例，提供表1加以说明。S2模块过程主要特征为根据前后等轴孔尺寸自动设计中间椭圆孔尺寸，而且设计的等轴孔的不圆度较小，精度较高，适用于圆钢生产对尺寸精度的要求。

表1 某减径定径机的中间孔型轧制表 。

实例实施二

以钢坯开坯孔型设计为例， 以280×320、220×260矩形坯为来料，开坯为180×180、150×150方坯，粗轧开坯孔型系统设计以表2加以说明。K3孔型兼顾两种来料，实现两种来料的快速切换，减少工装更换和停机时间。

表2 某开坯孔型系统设计 。

实例实施三

以某新建圆钢生产线孔型系统设计为例，来料180×180×9000方坯，20架次轧机，规格范围：Φ16-Φ70 mm圆钢。表3从第6架次开始设计两组等轴孔序列，完成大部分规格尺寸的覆盖。本发明揭示的S4模块即可自动完成等轴孔尺寸计算。以18等轴孔序列为例，20架等轴孔尺寸18mm，兼容Φ18、Φ19的规格，18架等轴孔尺寸22.5mm，兼容Φ22、Φ23的规格。

表3 等轴孔型序列尺寸及覆盖成品尺寸。

以上所述仅为本发明较佳实例而已，不能用以限制本发明。本发明所设计的孔型系统及在本发明思想指导下设计的孔型，皆是本发明的有效实施，而且涉及本发明的任何修改、等效、替换等，皆应涵盖在权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.用于圆钢孔型系统的辅助设计方法，其特征在于包括一下几个步骤：

a)箱型孔型设计，适用于连轧生产线的粗轧孔型系统设计，亦可应用于粗轧开坯孔型设计，

将箱型孔、变形椭圆孔、圆孔孔型参数同一化，作为宽展计算公式的输入参数，经过连续迭代，而得到一个精确的孔型输出参数，在整个迭代过程会根据咬入条件和稳定轧制条件对孔型进行修改，最终得到满足稳定生产条件的孔型；

b)椭圆-圆孔型设计，包括中间道次孔型设计和成品孔型设计，有椭圆孔、圆孔、成品孔，

由于各种孔型的输入、输出参数同一化，方便了不同模块间的数据传递，而且可以根据工艺情况的变化，进行自由的拼接组合计算，以最快的方式计算出全套孔型，对于孔型系统的设计方法是根据来料尺寸参数以及架次，来计算极限条件下若干架次轧机所能轧制的最小及最大规格尺寸，根据一组、两组或者三组等轴孔序列，合并设计出覆盖全部生产规格的轧制孔型系统；

c)轧件形状数学模型和宽展计算数学模型的动态优化，根据不同孔型的轧件料形得到料形面积，从而得到各架次轧件的料形形状系数，轧件的形状可根据实际现场的轧件的形状进行简化后带入宽展迭代公式，进一步提高宽展计算精度，可根据各架次的实际宽展值修正宽展系数，计算更加准确；

d)孔型CAD绘制，CAD绘图系统基于VB绘图和AutoCAD二次开发工具VBA进行开发，VB绘图系统实时绘制孔型形状，便于观察变形规律，VBA程序调用孔型参数批量绘制数据库中保存孔型，实现孔型CAD类型的文件输出，方便数控机床接入。

2.根据权利要求1所述的用于圆钢孔型系统的辅助设计方法，其特征在于：步骤b中，自动分配各架次延伸率以及根据等轴孔尺寸自动设计椭圆孔尺寸。

3.根据权利要求1所述的用于圆钢孔型系统的辅助设计方法，其特征在于：步骤c中，箱型孔、椭圆孔、圆孔、变形椭圆孔等孔型参数统一，带入β_i =f(H,B,xs₁,h,xs_2i ,D,v_i,λ)宽展迭代公式中，λ修正系数可根据测量值进行修正。

4.根据权利要求1所述的用于圆钢孔型系统的辅助设计方法，其特征在于：步骤d中，基于VB绘图系统可以根据计算的宽展值以及轧件模型实时绘制轧件形状，AutoCAD二次开发工具VBA工具可以批量自动绘制数据库中储存孔型值，输出为CAD类型文件。