小批量多规格板材产品辊式矫直机工艺参数设定方法

摘要

小批量多规格板材产品辊式矫直机工艺参数设定方法，属于板材矫直领域。特征是：1确定板材温度差范围，每隔定值确定该温度下材料屈服强度和弹性模量；2确定板材厚度差，即标准厚度和最大、最小厚度值；3构建矫直工艺描述空间,包括S

说明书

技术领域

本发明属于板材矫直技术领域，具体涉及一种小批量多规格板材产品辊式矫直机工艺参数设定方法。

背景技术

目前，在金属板材特别是各种特种金属板材生产中，小批量多规格成为板材产品生产中的重要点。小批量、多规格板材产品在轧制生产线上生产过程中工艺参数变化较大，在单批及单张板材产品之间存在温度差和厚度差，使辊式矫直机工艺参数设定困难，从而导致传统的通用矫直工艺设定方法已无法适应生产要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种小批量多规格板材产品辊式矫直机工艺参数设定方法，针对小批量板材存在的板厚误差、温度误差，优化了辊式矫直机工艺设定方法，满足了小批量多规格的板材矫直生产要求。

如图1、2、3所示，在辊式矫直机生产中，把板材产品的残余曲率作为对产品矫直质量和精度评价参数，对于N个矫直辊的辊式矫直设备中，影响残余曲率的设定工艺参数是上排第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。

本发明是这样实施的，其特征在于包括以下步骤：

1)通过设置在矫直机前的温度传感器测量板材的温度，确定板材存在温度差的范围，在温度差范围内，每隔10摄氏度取一个温度样本值，根据样本值确定不同温度下材料的屈服强度和弹性模量。

2)通过设置在矫直机前的厚度传感器测量板材的厚度，确定板材存在厚度差的范围，在厚度差范围内取板材的标准厚度值H、最厚处厚度值H+i、及最薄处厚度值H-i三个值。

3)构建一个矫直工艺描述空间，该空间包括了上排第1辊压下量S₂、上排最后1辊压下量S_N-1、前边辊位置值B₁和后边辊位置值B_N，确定空间的范围，对上排第1辊压下量S₂，取值范围为0～5倍弹性曲率值对应的值；上排最后1>N-1，取值范围为0～1.5倍弹性曲率值对应值、前边辊位置值B₁和后边辊位置值B_N，其取值范围依据机械设计结构决定。根据矫直机压下精度，四个工艺值每隔定值0.1mm取一个值，遍历空间内所有的可取工艺组合。

首先计算S₂的范围，其中弹性曲率值计算公式为：

式中——为弹性极限曲率，σ_s为屈服强度，h为板厚；E为弹性模量，

通过以下公式可计算其上边辊S₂对应的弯曲曲率最大值为：

为第2号辊压下量为S₂时，对应的板材的弯曲曲率；

板材对应弯曲曲率最小值为板材不被弯曲时，其曲率为0，至此得到S₂对应曲率的取值范围，在该范围内根据公式可得到S₂的取值范围。

4)设计矫直工艺生成器，其原理如图4所示，根据矫直工艺描述空间的边界，逐一生成矫直工艺设定组合，并能够遍历空间内所有可能矫直工艺组合。当给出一组矫直工艺，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，上辊系放置在一个辊系盒中，辊系成一条直线排布，固可求得上排各矫直辊的压下量，计算方法如下：对于上排辊系，在已知第2号辊与第N-1号辊的压下量后，根据公式计算其他上辊系的压下量；下排辊的压下量的计算方法为：不考虑边辊调整，则S₁＝0,S_N＝0。

考虑边辊的调整，S₁′＝B₁S_N′＝B_N。第2号辊与N-1号辊压下量计算如下：

对于第2号辊的压下量：

边辊调整后其中S₂′、S₃′为边辊位置改变后第2号辊和第3号辊的压下量，由于第3号辊压下量不受边辊影响，即S₃＝S₃′

又因为

得边辊影响下的同理得

5)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，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：

6)对于不同的温度范围各个定点值、以及同一温度下不同厚度范围三个定点值，在某一S₂、S_N-1、B₁、B_N工艺下，得到不同的板材产品的残余曲率C_R。

7)在不同残余曲率C_R中，确定最大的C_R，该值即为该矫直工艺下的残余曲率C_RF。

8)设定新的一组矫直工艺，重复以上步骤得到新的残余曲率C_RF，在所有不同的C_RF中取最小值，该最小值即为的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如图5所示。

本发明的优点及积极效果是：

针对轧线上小批量多规格板材的特点，由于轧制生产线生产过程工艺参数变化较大导致的在单批及单张板材产品之间存在温度差和厚度差，进而影响辊式矫直机工艺参数设定及矫直质量的问题，提出了一种小批量多规格板材产品辊式矫直机工艺参数设定方法，解决了多规格小批量板材矫直过程中温度误差和厚度误差导致的矫直工艺计算不准确的问题，提高了矫直工艺设定的精度和板材的矫直质量，降低了板材的矫直后残余应力。

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为求解最优工艺及残余曲率流程示意图。

图中，A—上辊系 B—下辊系

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

本发明以长、宽、厚分别为10米、2米、0.3米某Q345金属板材为例，说明实施过程。

1.首先通过设置在矫直机前的温度传感器，测量出待矫直板材在整个板材不同区域的值，在本案例中为500度到600度。根据温度范围，通过查询材料性能数据库(通过力学性能试验得到数据)，将材料屈服强度按照温度每隔10℃分别赋值，则可得到σ_S，及弹性模量E见下表。

2.通过矫直机前厚度仪测量板材的厚度情况，确定板材存在厚度差的范围，测定该板材厚度为30.5mm到29.5mm。在厚度差范围内取板材的标准厚度值 30mm，最厚处厚度值H_max＝30.5mm、最薄处厚度值H_min＝29.5mm，共三个值。

3.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B_N取值范围-25～+25mm，为机械设计值。根据矫直机压下精度，设定四个工艺值每隔0.1mm定值取值，则可遍历空间内所有的可取工艺组合。首先计算S₂的范围，其中弹性曲率值计算公式为：

通过以下公式可计算其上边辊S₂对应的弯曲曲率最大值为位5倍

板材对应弯曲曲率最小值为板材不被弯曲的情况，其曲率为0，至此得到S₂对应曲率的取值范围在该范围内对于任意确定的弯曲曲率，根据公式计算得S₂的取值范围同理得，N-1号辊的压下量S_N-1取值范围为

4.由矫直工艺生成器，给出一组矫直工艺包括上排第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B_N，在已知2号辊与N-1号辊的压下量后，根据公式计算其他上辊系的压下量，下排辊的压下量的计算：S₁＝0,S_N＝0。

考虑边辊的调整，S₁′＝B₁S_N′＝B_N，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′、S₃′为边辊位置改变2号辊和3号辊后的压下量

S₃＝S₃′

对于N-1号辊的压下量：

S_N-2′、S_N′为边辊位置改变N-2号辊和N号辊后的压下量

S_N-2＝S_N-2′

至此，得到了所有辊对应的压下量。

5.在确定N个矫直辊压下量后，对特定材料和尺寸的板材可以计算出残余曲率。

i号矫直辊处弯曲曲率为:S_i为i号矫直辊处压下量，由于S_i已知，计算可得

i号矫直辊处原始残余曲率

由上式得每个辊对应的原始曲率，而N号辊对应的原始曲率即为板材的最终残余曲率值：

6.对于不同的温度范围各个定点值、以及同一温度下不同厚度范围三个定点值，在某一S₂、S_N-1、B₁、B_N工艺下，得到不同的板材产品的残余曲率C_R。

7.在不同残余曲率C_R中，确定最大的C_R，该值即为该矫直工艺下的残余曲率C_RF。

8.设定新的一组矫直工艺，重复以上步骤可得到新的残余曲率C_RF，在所有不同的C_RF中取最小值，该最小值即为的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。