一种冷轧平整轧制压力的获取方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明适用于冷轧平整机【技术领域】，提供一种冷轧平整轧制压力的获取方法及装置，所述方法包括：将辊缝变形区分为5个区域，并建立各区域的单位轧制压力、水平应力以及摩擦应力的表达式模型；根据单位轧制压力分布计算出轧辊弹性压扁量，并建立变形轧辊轮廓曲线模型；上移轧辊并结合二分法确定轧件出口位置及入口位置；判断是否存在中性区与前滑区，并相应计算各区域单位轧制压力；由单位轧制压力表达式模型和变形轧辊轮廓曲线模型反复迭代计算得到轧制压力。本发明计算结果与现场实测值吻合，适用于冷轧平整轧制压力的离线计算和分析，其计算结果可作为制定平整轧制工艺、校核轧辊及机架等主要零部件的强度、选择电机容量和校核电机负荷的依据。
【专利说明】一种冷轧平整轧制压力的获取方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明属于冷轧平整机【技术领域】，尤其涉及一种冷轧平整轧制压力的获取方法及
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【背景技术】
[0002]轧制压力是冷轧平整机最重要的工艺参数之一，是制定平整轧制工艺、校核轧辊及机架等主要零部件的强度、选择电机容量和校核电机负荷的基本依据。目前国内尚无成熟的可用于离线计算和分析的冷轧平整轧制压力模型，这导致冷轧平整机设计时轧制力能参数的选择更多是基于经验或者参考类似机组的数据，无法通过数学模型进行更加准确的评估，往往造成不必要的浪费，如牌坊断面和传动马达功率选择过大。
[0003]与一般冷轧相比，冷轧平整轧制的特点是:(I)轧件很薄(厚度一般小于2mm)，且压下率很小(一般为0.3%~2.5% )。若轧件强度级别为200~600MPa，则轧件弹性应变约为(200~600)/200000 = 0.1 ~0.3%，即弹性变形占总变形比例较大，因此不能忽略轧件弹性变形区对冷轧平整轧制压力的贡献。(2)轧辊弹性压扁量相对轧件厚度较大，往往表现为非圆弧状变形轧辊轮廓曲线特点，因此传统的建立在圆弧状轧辊轮廓曲线基础上的冷轧轧制压力模型，如斯通公式、布兰德-福特公式、连家创模型及胡锡增模型等，不再适用于冷轧平整轧制。
[0004]非圆弧状轧棍轮廓曲线理论由Fleck和Johnson (Fleck N A, Johnson K L.Coldrolling of foil [J].Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, 1992 ；206:119-131)最先提出，最初只用于求解箔材轧制时的轧制压力及轧辊变形。该理论认为箔材轧制时辊缝变形区中存在一段近似扁平的轧辊轮廓曲线，称为中性区，在中性区轧件与轧辊之间无相对滑动，只有相对运动的趋势，为粘着摩擦。Fleck-Johnson模型在理论上有突破，但在具体算法上存在以下缺点:(I)未考虑轧件弹性变形区对轧制压力的贡献；
(2)中性区与前滑区、后滑区的界面判定条件不易收敛；(3)将轧制条件分为3类，即不存在中性区、存在中性区且单位轧制压力分布有I个尖峰、存在中性区且单位轧制压力分布有2个尖峰，针对不同的轧制条件采用不同的算法，因此需先判定某个特定的轧制条件属于哪一种情况，但判定准则却是基于经验，人为因素对计算结果影响很大。为解决这些问题，Le 与 Sutcliffe (Le H R, Sutcliffe M P F.A Robust Model for Rolling of Thin Strip andFoil [J].1nternational Journal of Mechanical Sciences, 2001，43:1405-1419)将胡克定律和弹性半空间理论引入到弹性变形区和中性区单位轧制压力的计算，并将3种情况统一考虑，采用统一的算法计算，使算法的通用性得到显著提高。但是Le-Sutcliffe模型也只是被证明可用于求解冷轧轧制压力，对于是否适用于计算冷轧平整轧制压力不得而知。
[0005]综上述所，仍需进一步开发成熟可靠、通用性好的冷轧平整轧制压力模型，这对指导冷轧平整机的设计具有非常重要的工程意义。。
【发明内容】
[0006]鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种冷轧平整轧制压力的获取方法及装置，旨在解决现有靠经验或者参考类似机组的数据获取冷轧平整轧制压力，无法通过数学模型进行更加准确的评估的技术问题。
[0007]—方面，所述冷轧平整轧制压力的获取方法包括下述步骤:
[0008]将辊缝变形区分为5个区域，依次为入口弹性变形区、后滑区、中性区、前滑区和出口弹性恢复区，并建立各区域的单位轧制压力、水平应力以及摩擦应力的表达式模型；
[0009]根据单位轧制压力分布计算出轧辊弹性压扁量，并建立变形轧辊轮廓曲线模型；
[0010]上移轧辊并结合二分法确定轧件出口位置及入口位置；
[0011]判断是否存在中性区与前滑区，并相应计算各区域单位轧制压力；
[0012]由单位轧制压力表达式模型和变形轧辊轮廓曲线模型反复迭代计算得到轧制压力。
[0013]另一方面，所述冷轧平整轧制压力的获取装置包括:
[0014]划区建模单元，用于将辊缝变形区分为5个区域，依次为入口弹性变形区、后滑区、中性区、前滑区和出口弹性恢复区，并建立各区域的单位轧制压力、水平应力以及摩擦应力的表达式模型；
[0015]轮廓曲线建模单元，用于根据单位轧制压力分布计算出轧辊弹性压扁量，并建立变形轧辊轮廓曲线模型；
[0016]位置确定单元，用于上移轧辊并结合二分法确定轧件出口位置及入口位置；
[0017]区域判断单元，用于判断是否存在中性区与前滑区，并相应计算各区域单位轧制压力；
[0018]迭代计算单元，用于由单位轧制压力表达式模型和变形轧辊轮廓曲线模型反复迭代计算得到轧制压力。
[0019]本发明的有益效果是:本发明基于非圆弧状变形轧辊理论，通过理论分析建立了辊缝变形区单位轧制压力表达式模型和变形轧辊轮廓曲线模型，根据给定的工艺参数(轧件入口及出口厚度、轧件宽度、轧件屈服强度、轧辊直径、摩擦系数、入口及出口张力)，用于由单位轧制压力表达式模型和变形轧辊轮廓曲线模型反复迭代计算得到轧制压力。本发明方法的原理清晰明确，迭代计算稳定，计算结果与现场实测值吻合，适用于冷轧平整轧制压力的离线计算和分析，其计算结果可作为制定平整轧制工艺、校核轧辊及机架等主要零部件的强度、选择电机容量和校核电机负荷的依据。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本发明第一实施例提供的冷轧平整轧制压力的获取方法的流程图；
[0021]图2是辊缝分区示意图；
[0022]图3是本发明第二实施例提供的冷轧平整轧制压力的获取方法的流程图；
[0023]图4是轧辊缝隙分段后各段单位轧制压力分布示意图；
[0024]图5是轧辊整体上移示意图；
[0025]图6是“二分法”示意图；
[0026]图7是各区域单位摩擦应力分布示意图；
[0027]图8是本发明第三实施例提供的冷轧平整轧制压力的获取装置的结构方框图。【具体实施方式】
[0028]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0029]为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
[0030]实施例一:
[0031]图1示出了本发明实施例提供的冷轧平整轧制压力的获取方法的流程，为了便于说明仅不出了与本发明实施例相关的部分。
[0032]如图1所示，本实施例提供的冷轧平整轧制压力的获取方法包括下述步骤:
[0033]步骤S101、将辊缝变形区分为5个区域，依次为入口弹性变形区、后滑区、中性区、前滑区和出口弹性恢复区，并建立各区域的单位轧制压力、水平应力以及摩擦应力的表达式模型。
[0034]如图2所示，从入口位置到出口位置将轧辊辊缝空间依次划分为5个区域:入口弹性变形区、后滑区、中性区、前滑区和出口弹性恢复区，并对各区域建立单位轧制压力、水平应力以及摩擦应力的表达式模型，即建立各部分区域的单位轧制压力微分方程、水平应力表达式及摩擦应力表达式。具体的: [0035](I)对于入口弹性变形区，其模型为:
【权利要求】
1.一种冷轧平整轧制压力的获取方法，其特征在于，所述方法包括: 将辊缝变形区分为5个区域，依次为入口弹性变形区、后滑区、中性区、前滑区和出口弹性恢复区，并建立各区域的单位轧制压力、水平应力以及摩擦应力的表达式模型； 根据单位轧制压力分布计算出轧辊弹性压扁量，并建立变形轧辊轮廓曲线模型； 上移轧辊并结合二分法确定轧件出口位置及入口位置； 判断是否存在中性区与前滑区，并相应计算各区域单位轧制压力； 由单位轧制压力表达式模型和变形轧辊轮廓曲线模型反复迭代计算得到轧制压力。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于: 所述轧辊弹性压扁量
3.如权利要求2所述方法，其特征在于，所述上移轧辊并结合二分法确定轧件出口位置及入口位置步骤具体包括: 设定一个轧件出口位置； 从出口位置向入口位置方向计算出口弹性恢复区各段的单位轧制压力； 针对每一段，判断该段是否为轧辊轮廓曲线最低段且满足米塞斯屈服准则； 当该段满足屈服准则但不在轧辊轮廓曲线最低点，则对整个轧辊在垂直轴方向整体向上移动一定距离； 当该段在轧辊轮廓曲线最低点但不满足屈服准则，则通过二分法确定轧件出口位置的水平坐标值； 当该段为轧辊轮廓曲线最低段且满足屈服准则，则从入口位置向出口位置方向计算弹性变形区各段的单位轧制压力。
4.如权利要求3所述方法，其特征在于，所述判断是否存在中性区与前滑区，并相应计算各区域单位轧制压力步骤，具体包括: 判断是否存在中性区； 若存在中性区，则计算后滑区与发生塑形变形的中性区各段的单位轧制压力； 进一步判断是否存在前滑区； 当存在前滑区时，计算前滑区各段的单位轧制压力； 当不存在前滑区时，计算发生弹性变形的中性区各段的单位轧制压力； 若不存在中性区，则计算后滑区与前滑区各段的单位轧制压力。
5.如权利要求4所述方法，其特征在于，所述由单位轧制压力表达式模型和变形轧辊轮廓曲线模型反复迭代计算得到轧制压力步骤，具体包括:由单位轧制压力分布计算新的轧辊轮廓曲线； 判断前后两次计算得的轧辊轮廓曲线是否收敛； 当收敛时计算出总轧制压力，否则进入下一轮迭代直至轧辊轮廓曲线收敛。
6.一种冷轧平整轧制压力的获取装置，其特征在于，所述装置包括: 划区建模单元，用于将辊缝变形区分为5个区域，依次为入口弹性变形区、后滑区、中性区、前滑区和出口弹性恢复区，并建立各区域的单位轧制压力、水平应力以及摩擦应力的表达式模型； 轮廓曲线建模单元，用于根据单位轧制压力分布计算出轧辊弹性压扁量，并建立变形轧辊轮廓曲线模型； 位置确定单元，用于上移轧辊并结合二分法确定轧件出口位置及入口位置； 区域判断单元，用于判断是否存在中性区与前滑区，并相应计算各区域单位轧制压力； 迭代计算单元，用于由单位轧制压力表达式模型和变形轧辊轮廓曲线模型反复迭代计算得到轧制压力。
7.如权利要求6所述装置，其特征在于: 所述轧辊弹性压扁量
8.如权利要求7所述装置，其特征在于，所述位置确定单元包括: 出口设置模块，用于假设轧辊轮廓曲线未变形，设定一个轧件出口位置； 第一计算模块，用于从出口位置向入口位置方向计算出口弹性恢复区各段的单位轧制压力；以及用于当轧辊轮廓曲线最低段且满足屈服准则时，则从入口位置向出口位置方向计算入口弹性变形区各段的单位轧制压力； 上移模块，用于当该段满足屈服准则但不在轧辊轮廓曲线最低点，则对整个轧辊在垂直轴方向整体向上移动一定距离； 条件判断模块，用于针对每一段，判断该段是否为轧辊轮廓曲线最低段且满足米塞斯屈服准则； 二分处理单元，用于当该段在轧辊轮廓曲线最低点但不满足屈服准则，则通过二分法确定轧件出口位置的水平坐标值。
9.如权利要求8所述装置，其特征在于，所述区域判断单元包括: 中性区判断模块，用于判断是否存在中性区； 第二计算模块，用于若存在中性区，则计算后滑区与发生塑形变形的中性区各段的单位轧制压力；以及若不存在中性区，则计算后滑区与前滑区各段的单位轧制压力； 前滑区判断模块，用于当存在中性区时，进一步判断是否存在前滑区； 所述第二计算模块还用于当存在前滑区时，计算前滑区各段的单位轧制压力；以及用于当不存在前滑区时，计算发生弹性变形的中性区各段的单位轧制压力。
10.如权利要求9所述装置，其特征在于，所述迭代计算单元包括: 轮廓计算模块，用于由单位轧 制压力分布计算新的轧辊轮廓曲线； 收敛判断模块，判断前后两次计算得的轧辊轮廓曲线是否收敛； 第三计算模块，用于当收敛时计算出总轧制压力，否则进入下一轮迭代直至轧辊轮廓曲线收敛。
【文档编号】B21B38/08GK104001739SQ201410202854
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月14日 优先权日:2014年5月14日
【发明者】陈全忠, 吴有生 申请人:中冶南方工程技术有限公司