CN109821930B - 一种拉伸弯曲矫直机工作参数设定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拉伸弯曲矫直机工作参数设定方法，包括获得参数、设定延伸率目标值ε_T、计算矫直张应力预设定初值σ_L0、计算矫直张应力预设定值σ_L、1#弯曲单元插入量W₁、2#弯曲单元插入量W₂和矫直单元插入量J，将计算出的矫直张应力预设定值σ_L、1#弯曲单元插入量W₁、2#弯曲单元插入量W₂和矫直单元插入量J作为拉伸弯曲矫直机的工作参数，可有效提高延伸率闭环控制的收敛速度，提高了产品质量及成材率。

Description

一种拉伸弯曲矫直机工作参数设定方法

技术领域

本发明属于带钢精整与处理技术领域，尤其涉及一种拉伸弯曲矫直机工作参数设定方法。

背景技术

经冷轧机组轧制后的带钢，必须经过精整处理加工，才能得到高质量的合格产品。精整处理是成品带钢的最后一道工序，因此不得产生新的缺陷，带钢表面不准产生擦划伤和塑形变形。精整机组主要进行剖分、拉矫、重卷、切边、表面检查、涂油等工序。

精整机组在拉矫生产时，多采用拉伸弯曲矫直机，主要用于消除带材的不良板形，例如双边浪、单边浪、中间浪、两肋浪、翘曲及瓢曲和潜在板形不良等，从而使整个带材表面平整、光洁。

拉伸弯曲矫直机多为两弯一矫结构，根据材料的弹塑性延伸理论对带材进行矫直。矫直张力使带材产生一定变形，该变形为弹性变形，带材在矫直张力作用下连续通过两个弯曲单元，使带材沿长度方向产生塑性变形，并形成一定的延伸率，同时矫直单元用来补偿由于张力和弯曲单元共同带来的残余弯曲，从而减少带材内部纵向内应力分布的不均匀性，改善带材的平直度。

通常，拉伸弯曲矫直机都采取延伸率闭环控制，为了提高闭环控制的收敛速度，进而提高拉矫产品质量及成材率，急需研发其工作参数预设定控制模型。

发明内容

本发明的目的是一种拉伸弯曲矫直机工作参数设定方法，通过设定工作参数预设定值，提高延伸率闭环控制的收敛速度，大大提高拉矫产品质量及成材率。

本发明的技术方案是：一种拉伸弯曲矫直机工作参数设定方法，包括以下步骤：

第一步，输入已知参数，包括板带厚度h、开卷张应力σ_P、卷取张应力σ_T、屈服强度σ_s、弹性模量E、弯曲辊半径R、矫直辊半径R₀和板带材料强化系数η；

第二步，设定延伸率目标值ε_T，

第三步，计算矫直张应力预设定初值σ_L0，

第四步，计算矫直张应力预设定值σ_L，

第五步，计算1#弯曲单元插入量W₁，

第六步，计算2#弯曲单元插入量W₂，

第七步，计算矫直单元插入量J，

第八步，将矫直张应力预设定值σ_L、1#弯曲单元插入量W₁、2#弯曲单元插入量W₂和矫直单元插入量J输入拉伸弯曲矫直机中，以计算出的矫直张应力预设定值σ_L、1#弯曲单元插入量W₁、2#弯曲单元插入量W₂和矫直单元插入量J作为拉伸弯曲矫直机的工作参数，使得拉伸弯曲矫直机的延伸率闭环控制的收敛速度提高，从而提高拉伸弯曲矫直机产品质量及成材率。

进一步的，所述第二步中，设定延伸率目标值ε_T的具体方法为

首先设定延伸率目标值ε_T，然后计算1#弯曲单元产生的延伸率ε_T1，2#弯曲单元产生的延伸率ε_T2,

ε_T1＝ξε_T,

ε_T2＝(1-ξ)ε_T,

ξ，分配系数；0≤ξ≤1。

进一步的，所述第三步中，计算矫直张应力预设定初值σ_L0的具体方法为，σ_L0＝α(σ_P+σ_T)，其中0＜α＜1。

进一步的，所述第四步中，计算矫直张应力预设定值σ_L的具体方法为σ_L＝σ_L0。

进一步的，所述第五步中，计算1#弯曲单元插入量W₁的具体方法为，

①，计算板带在1#弯曲单元产生的反弯曲率

其中ε_T1＝ξε_T,

ξ，分配系数；0≤ξ≤1；

②，若

则进入③，

否则令σ_L＝λσ_L，返回①，其中1＜λ＜1.5；

③，计算1#弯曲单元插入量W₁，

其中t₁为1#弯曲单元中，两辊辊心间距的两倍。

进一步的，所述第六步中，计算2#弯曲单元插入量W₂的具体方法为，

①，计算板带在2#弯曲单元产生的反弯曲率

其中ε_T2＝(1-ξ)ε_T，

ξ，分配系数；0≤ξ≤1；

②，若

则进入③，

否则，令

转到③，

③，计算2#弯曲单元插入量W₂，

其中t₂为2#弯曲单元中，两辊辊心间距的两倍。

进一步的，所述第七步中，计算矫直单元插入量J的具体方法为，

①，计算矫直单元的反向弯曲曲率

为弹性弯曲曲率的极限值，

其中ε_T2＝(1-ξ)ε_T，

ξ，分配系数；0≤ξ≤1；

②，若

则进入③，

否则，令

进入③，

③，计算矫直单元插入量J，

t₃为矫直单元中，两支撑辊辊心的间距。

本发明的有益效果在于：通过计算出的矫直张应力预设定值σ_L、1#弯曲单元插入量W₁、2#弯曲单元插入量W₂和矫直单元插入量J作为拉伸弯曲矫直机工作参数预设定值，可以有效提高延伸率闭环控制的收敛速度，大大提高拉矫产品质量及成材率。

附图说明

图1是本发明工作参数预设定控制流程图；

图2是板带平分层变形量计算简图；

图3是拉伸弯曲矫直机辊系简图；

图4是1#弯曲单元计算模型图；

图5是2#弯曲单元计算模型图；

图6是弯曲单元插入量计算流程图；

图7是矫直单元计算模型图；

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明；

具体实施方式

【实施例1】

如图1至7所示，一种拉伸弯曲矫直机工作参数设定方法，包括以下步骤：

第一步，输入已知参数，包括板带厚度h、开卷张应力σ_P、卷取张应力σ_T、屈服强度σ_s、弹性模量E、弯曲辊半径R、矫直辊半径R₀和板带材料强化系数η；

第二步，设定延伸率目标值ε_T，

第三步，计算矫直张应力预设定初值σ_L0，

第四步，计算矫直张应力预设定值σ_L，

第五步，计算1#弯曲单元插入量W₁，

第六步，计算2#弯曲单元插入量W₂，

第七步，计算矫直单元插入量J，

第八步，将矫直张应力预设定值σ_L、1#弯曲单元插入量W₁、2#弯曲单元插入量W₂和矫直单元插入量J输入拉伸弯曲矫直机中，以计算出的矫直张应力预设定值σ_L、1#弯曲单元插入量W₁、2#弯曲单元插入量W₂和矫直单元插入量J作为拉伸弯曲矫直机的工作参数，使得拉伸弯曲矫直机的延伸率闭环控制的收敛速度提高，从而提高拉伸弯曲矫直机产品质量及成材率。

所述第二步中，设定延伸率目标值ε_T的具体方法为

首先设定延伸率目标值ε_T，然后计算1#弯曲单元产生的延伸率ε_T1，2#弯曲单元产生的延伸率ε_T2,

ε_T1＝ξε_T,

ε_T2＝(1-ξ)ε_T,

ξ，分配系数；0≤ξ≤1。

所述第三步中，计算矫直张应力预设定初值σ_L0的具体方法为，σ_L0＝α(σ_P+σ_T)，其中0＜α＜1。

所述第四步中，计算矫直张应力预设定值σ_L的具体方法为σ_L＝σ_L0。

所述第五步中，计算1#弯曲单元插入量W₁的具体方法为，

①，计算板带在1#弯曲单元产生的反弯曲率

其中

ε_T1＝ξε_T,

ξ，分配系数；0≤ξ≤1；

②，若

则进入③，

否则令σ_L＝λσ_L，返回①，其中1＜λ＜1.5；

③，计算1#弯曲单元插入量W₁，

其中t₁为1#弯曲单元中，两辊辊心间距的两倍。

所述第六步中，计算2#弯曲单元插入量W₂的具体方法为，

①，计算板带在2#弯曲单元产生的反弯曲率

其中ε_T2＝(1-ξ)ε_T，

ξ，分配系数；0≤ξ≤1；

②，若

则进入③，

否则，令

转到③，

③，计算2#弯曲单元插入量W₂，

其中t₂为2#弯曲单元中，两辊辊心间距的两倍。

所述第七步中，计算矫直单元插入量J的具体方法为，

①，计算矫直单元的反向弯曲曲率

为弹性弯曲曲率的极限值，

其中ε_T2＝(1-ξ)ε_T，

ξ，分配系数；0≤ξ≤1；

②，若

则进入③，

否则，令

进入③，

③，计算矫直单元插入量J，

t₃为矫直单元中，两支撑辊辊心的间距。

【实施例2】

如图1所示，所述第二步中，设定延伸率目标值ε_T的具体方法为

首先设定延伸率目标值ε_T，然后计算1#弯曲单元产生的延伸率ε_T1，2#弯曲单元产生的延伸率ε_T2,

ε_T1＝ξε_T,

ε_T2＝(1-ξ)ε_T,

ξ，分配系数；0≤ξ≤1。

所述第三步中，计算矫直张应力预设定初值σ_L0的具体方法为，σ_L0＝α(σ_P+σ_T)，其中0＜α＜1。

【实施例3】

如图3所示，为拉伸弯曲矫直机的结构示意图，包括1#弯曲单元、2#弯曲单元和矫直单元。

如图6所示，所述第四步中，计算矫直张应力预设定值σ_L的具体方法为σ_L＝σ_L0。

所述第五步中，计算1#弯曲单元插入量W₁的具体方法为，

②，①，计算板带在1#弯曲单元产生的反弯曲率

其中

ε_T1＝ξε_T,

ξ，分配系数；0≤ξ≤1；板带在拉弯过程中，由于矫直张力使中性层相对平分层即中心线移动了a的距离，从而使平分层产生了拉伸变形。如图2所示，如果Z₀≥a，则平分层不能产生塑性变形，只在Z₀＜a的情况下，带材才能产生延伸作用。

根据根据平面变形假设，1#弯曲单元产生的平分层变形量即延伸率ε_T1计算如下：

其中

为1#弯曲单元的原始曲率。

忽略1#弯曲单元的原始曲率

得到：

②，若

则进入③，

否则令σ_L＝λσ_L，返回①，其中1＜λ＜1.5；

③，计算1#弯曲单元插入量W₁，

将1#弯曲单元简化为如图4所示力学模型，1#弯曲单元插入量W₁，即反方向弯曲挠度采用莫尔积分法计算：

其中t₁为1#弯曲单元中，两辊辊心间距的两倍。

所述第六步中，计算2#弯曲单元插入量W₂的具体方法为，

①，计算板带在2#弯曲单元产生的反弯曲率

同样根据平面变形假设，2#弯曲单元产生的平分层变形量即延伸率ε_T2计算如下：

其中ε_T2＝(1-ξ)ε_T，

ξ，分配系数；0≤ξ≤1；

式中

为2#弯曲单元的原始曲率；

忽略2#弯曲单元的原始曲率

可得：

②，若

则进入③，

否则，令

转到③，

③，计算2#弯曲单元插入量W₂，

将2#弯曲单元简化为如图5所示力学模型，2#弯曲单元插入量W₂，即反方向弯曲挠度采用莫尔积分法计算：

其中t₂为2#弯曲单元中，两辊辊心间距的两倍。

【实施例4】

所述第七步中，计算矫直单元插入量J的具体方法为，

①，计算矫直单元的反向弯曲曲率

矫直单元的反向弯曲曲率

应等于使2#弯曲单元产生的反弯曲率

得到矫直所需要的弹复曲率，故得

矫直单元的反向弯曲曲率

根据2#弯曲单元产生的反弯曲率

由此式通过迭代计算求得。

为弹性弯曲曲率的极限值，

其中ε_T2＝(1-ξ)ε_T，

ξ，分配系数；0≤ξ≤1；

②，若

则进入③，

否则，令

进入③，

③，计算矫直单元插入量J，将矫直单元简化为如图7所示力学模型，矫直单元插入量，即反方向弯曲挠度J采用莫尔积分法计算：

t₃为矫直单元中，两支撑辊辊心的间距，

将矫直张应力预设定值σ_L、1#弯曲单元插入量W₁、2#弯曲单元插入量W₂和矫直单元插入量J输入拉伸弯曲矫直机中，以计算出的矫直张应力预设定值σ_L、1#弯曲单元插入量W₁、2#弯曲单元插入量W₂和矫直单元插入量J作为拉伸弯曲矫直机的工作参数，使得拉伸弯曲矫直机的延伸率闭环控制的收敛速度提高，从而提高拉伸弯曲矫直机产品质量及成材率。

如应用于某汽车板精整机组上，带钢厚度h＝1.5mm，屈服强度σ_s＝400MPa，开卷张应力σ_P＝28MPa，卷取张应力σ_T＝42MPa，弯曲辊半径R＝15mm，矫直辊半径R₀＝25mm，延伸率设定值ε_T＝2％,ξ＝0.5,ε_T1＝ε_T2＝1％。

经计算，得到拉伸弯曲矫直机工作参数如下：矫直张应力预设定值σ_L＝80.5MPa，1#弯曲单元插入量W₁＝8.398mm，2#弯曲单元插入量W₂＝8.398mm，矫直单元插入量J＝2.864mm。实践后，有效提高延伸率闭环控制的收敛速度，提高了产品质量及成材率，且板带拉矫效果良好，质量完全合格。

Claims (7)

1.一种拉伸弯曲矫直机工作参数设定方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，输入已知参数，包括板带厚度h、开卷张应力σ_P、卷取张应力σ_T、屈服强度σ_s、弹性模量E、弯曲辊半径R、矫直辊半径R₀和板带材料强化系数η；

第二步，设定延伸率目标值ε_T，

第三步，计算矫直张应力预设定初值σ_L0，

第四步，计算矫直张应力预设定值σ_L，

第五步，计算1#弯曲单元插入量W₁，

第六步，计算2#弯曲单元插入量W₂，

第七步，计算矫直单元插入量J，

第八步，将矫直张应力预设定值σ_L、1#弯曲单元插入量W₁、2#弯曲单元插入量W₂和矫直单元插入量J输入拉伸弯曲矫直机中，以计算出的矫直张应力预设定值σ_L、1#弯曲单元插入量W₁、2#弯曲单元插入量W₂和矫直单元插入量J作为拉伸弯曲矫直机的工作参数，使得拉伸弯曲矫直机的延伸率闭环控制的收敛速度提高，从而提高拉伸弯曲矫直机产品质量及成材率。

2.根据权利要求1所述的一种拉伸弯曲矫直机工作参数设定方法，其特征在于：所述第二步中，设定延伸率目标值ε_T的具体方法为

首先设定延伸率目标值ε_T，然后计算1#弯曲单元产生的延伸率ε_T1，2#弯曲单元产生的延伸率ε_T2,

ε_T1＝ξε_T,

ε_T2＝(1-ξ)ε_T,

ξ，分配系数；0≤ξ≤1。

3.根据权利要求1所述的一种拉伸弯曲矫直机工作参数设定方法，其特征在于：所述第三步中，计算矫直张应力预设定初值σ_L0的具体方法为，σ_L0＝α(σ_P+σ_T)，其中0＜α＜1。

4.根据权利要求1所述的一种拉伸弯曲矫直机工作参数设定方法，其特征在于：所述第四步中，计算矫直张应力预设定值σ_L的具体方法为σ_L＝σ_L0。

5.根据权利要求1所述的一种拉伸弯曲矫直机工作参数设定方法，其特征在于：所述第五步中，计算1#弯曲单元插入量W₁的具体方法为，

①，计算板带在1#弯曲单元产生的反弯曲率

其中ε_T1＝ξε_T,

ξ，分配系数；0≤ξ≤1；

②，若

则进入③，

否则令σ_L＝λσ_L，返回①，其中1＜λ＜1.5；

③，计算1#弯曲单元插入量W₁，

其中t₁为1#弯曲单元中，两辊辊心间距的两倍。

6.根据权利要求1所述的一种拉伸弯曲矫直机工作参数设定方法，其特征在于：

所述第六步中，计算2#弯曲单元插入量W₂的具体方法为，

①，计算板带在2#弯曲单元产生的反弯曲率

其中ε_T2＝(1-ξ)ε_T，

ξ，分配系数；0≤ξ≤1；

②，若

则进入③，

否则，令

转到③，

③，计算2#弯曲单元插入量W₂，

其中t₂为2#弯曲单元中，两辊辊心间距的两倍。

7.根据权利要求1所述的一种拉伸弯曲矫直机工作参数设定方法，其特征在于：

所述第七步中，计算矫直单元插入量J的具体方法为，

①，计算矫直单元的反向弯曲曲率

为弹性弯曲曲率的极限值，

其中ε_T2＝(1-ξ)ε_T，

ξ，分配系数；0≤ξ≤1；

②，若

则进入③，

否则，令

进入③，

③，计算矫直单元插入量J，

t₃为矫直单元中，两支撑辊辊心的间距。

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