[发明专利]一种棒材矫直应力中性层位置确定方法

说明书

本发明属于中性层位置确定技术领域，具体涉及一种棒材矫直应力中性层位置确定方法，包括下列步骤：在凸矫直辊与棒材的接触区域截取单位长度棒材；将单位长度棒材沿圆弧面xy的切向θ均分为n个薄片单元；建立薄片单元j在切向θ上的微分平衡方程；建立薄片单元j在径向r上的微分平衡方程；将中每个薄片单元的微分平衡方程的等号两边相加；得棒材与凹矫直辊处于全接触状态时的应力中性层位置确定公式；求出应力中性层偏移值。本发明通过确定棒材矫直受力时应力中性层位置，提高棒材矫后回弹预测精度以及棒材矫直质量，且本发明提高了工艺参数设定的准确性，克服对操作人员经验的依赖。本发明也可用于宽厚板矫直中性层位置的确定。

技术领域

本发明属于中性层位置确定技术领域，具体涉及一种棒材矫直应力中性层位置确定方法。

背景技术

棒材在轧制、冷却、热处理以及运输过程中，因受到不均匀压下、冷却以及碰撞等因素的影响，往往会产生不同程度的弯曲、歪扭以及截面不圆等质量缺陷。二辊矫直机因具有矫直精度高、矫后质量好，设备简单等优点，成为棒材生产过程中提高产品质量的重要设备。

无论是板材还是管棒材的矫直均是利用回弹来实现的，而且，回弹对矫直辊辊型和工艺参数的设定也存在影响。因此，若要获得稳定的高精度板材或管棒材，就需要对金属材料的回弹进行较为精确的预测。但当前很多板材或棒材的回弹预测均未考虑应力中性层偏移对回弹的影响，因此，回弹预测模型的精度不高。低精度回弹预测会影响矫直辊辊型设计与工艺参数设定，难以实现板材或棒材的高精度矫直目标。

发明内容

针对上述回弹预测模型的精度不高的技术问题，本发明提供了一种预测精度高、效率高的棒材矫直应力中性层位置确定方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种棒材矫直应力中性层位置确定方法，包括下列步骤：

S1、定义棒材的轴线在水平方向的切线为x轴，定义垂直于水平平面且过x轴与棒材轴线的切点的线为z轴，依据右手定则建立xyz坐标系；

S2、在凸矫直辊与棒材的接触区域截取单位长度棒材，所述单位长度棒材关于yz平面对称；

S3、将单位长度棒材沿圆弧面xy的切向θ均分为n个薄片单元；

S4、对每一个薄片单元进行受力分析，建立薄片单元j在切向θ上的微分平衡方程；

S5、假定矫直时应力中性层位于薄片单元i与薄片单元i+1之间，建立薄片单元j在径向r上的微分平衡方程；

S6、将所述S5中每个薄片单元的微分平衡方程的等号两边相加；

S7、得棒材与凹矫直辊处于全接触状态时的应力中性层位置确定公式；

S8、将棒材矫直弯曲拉伸侧与压缩侧切向应力分布函数代入所述S7中的公式，即可求得应力中性层偏移值。

所述S4中薄片单元j在切向θ上的微分平衡方程为：

所述σ_θ为薄片单元j在切向θ上的应力，为薄片单元j在切向θ上的应力变化量，r为单位长度棒材的半径，所述z为薄片单元j在z轴上的位置。

所述S5中薄片单元j在径向r上的微分平衡方程为：

所述拉伸侧薄片单元取“+”，所述压缩侧薄片单元取“-”，所述为中性层所在薄片单元所对圆心角。

所述S6中每个薄片单元的微分平衡方程的等号两边相加的方法为：由于较小，可近似认为得：