[发明专利]金属板带自动矫直工艺参数的优化方法

摘要

本发明属于金属板带矫直的技术领域，具体是一种金属板带自动矫直工艺参数的优化方法。本发明针对现有技术中存在的由于板带矫直过程的复杂性，且易受矫直机设备本身的弹跳、磨损、轴承间隙等因素影响，理论计算工艺设定值与实际操作产生较大偏差，导致产品平直度不能满足要求的问题。本发明将矫直力的理论计算值与实测值的差值进行最小优化处理，即通过修正矫直力理论计算公式中的待定变量——回归系数a₀，a₁，a₂，a₃，a₄，a₅，a₆，a₇，使矫直力的理论计算值与实测值最为接近。本发明所述的方法可以自动设置工艺参数，提高矫直质量，提高矫直效率，以本发明为基础的在线系统已经在3500mm中厚板矫直机上得到成功应用，测量矫直力平均值与计算值相差小于±5％，产品残余曲率小于1.5mm/m。

主权项

1、一种金属板带自动矫直工艺参数的优化方法，其特征为：包括如下步骤：一)根据材料种类，建立变形抗力计算公式模型的数据库，每种材料对应a0，a1，a2，a3，a4，a5，a6，a7不同的值；二)对于每块矫直板材：1)根据产品的规格参数，通过矫直理论模型计算各种工艺参数，矫直理论模型采用“包辛格效应”，“中性层偏移”，“辊间张力”技术；具体计算过程如下：I、进行几何分析，确定辊系的压下量sII、根据压下量确定矫直过程每个弯曲单元的弯曲程度——弯曲曲率ρIII、从下列变形抗力模型中得到原始变形抗力σs＝a0+exp(a1+a2t+a3t2+a4t4+a5t4+a6v+a7n)式中：t-矫直温度℃； v-矫直速度； n-弯曲道次；a0，a1，a2，a3，a4，a5，a6，a7，为回归系数，取决于钢种，其初始数据人工设置；IV、在变形抗力加入包辛格效应建立简化的包辛格效应数学模型更加精确地确定矫直过程的每个弯曲的变形抗力σn：${\sigma }_n=(1+\mathrm{n\xi })({\sigma }_s-k\frac{{\sigma }_s}{E})+\mathrm{kx}---\left(3\right)$ σn——第n个弯曲的变形抗力；n——弯曲道次；ξ——道次硬化系数；σs——跟材料有关，为未应变的材料屈服强度，即原始变形抗力；k——硬化斜率；E——弹性模量；x——应变，奇数道次为正，偶数道次为负。材料的变形抗力与原始应变状态εn0有关，第n个弯曲原始应变状态εn0为前一个弯曲的应变残余；第一个弯曲的应变残余为零；求通过点(εn0，0)斜率为弹性模量E的直线σn＝Ex-Eεn0 (4)最后求式(4)与式(3)的交点(εi，σi)，其中σi就是本次弯曲应变的变形抗力值，εi为本次弯曲应变；V、以弯曲变形抗力σi为基础，在考虑中性层偏移和辊间张力的相互影响下，建立每个弯曲单元的内弯矩和矫直力在中性层偏移中，计算出弯矩M，根据M与矫直力P的关系，计算出矫直力P；中性层偏移量e值影响M，M值影响P，P值影响e；由于M和P的计算关系，P与μ、e的计算关系，计算为一个循环迭代过程；计算过程如下，e0＝0，→M0→P0→μ1；μ1→e1→M1→P1→μ2；如此循环，当Pi和Pi-1差小于定值时，计算结束，Pi为所求矫直力；辊间张力与中性层偏移循环同时进行，具体过程如下：摩擦力产生的应力σ摩擦力在板材截面中为均匀分布，叠加在σZ应力分布中，考虑摩擦力影响应力分布：σZ_new＝σZ+σ摩擦力 根据应力分布σZ_new一起求出内弯矩，由于中性层偏移和辊间张力的循环计算相互影响，其循环过程可化为一个循环过程，e0＝0，f摩擦力0＝0→M0→P0→μ1，f摩擦力1；e1，f摩擦力1→M1→P1→μ2，f摩擦力2；如此循环，当Pi和Pi-1差小于定值时，计算结束，Pi为所求矫直力VI、用内弯矩计算每个弯曲单元的矫直力、矫直负荷、残余曲率VII、根据每个弯曲单元数据计算整体的矫直力、矫直负荷、最终残余曲率2)计算工艺参数控制矫直机完成矫直过程，并对矫直过程进行实测；3)采用实测数据通过变形抗力模型优化这种材料的a0，a1，a2，a3，a4，a5，a6，a7的值；①建立优化目标函数表达式：$\mathrm{\Delta F}(B,h,{\sigma }_s)=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{[P_i^{\prime }-P_i(B,h,{\sigma }_s)]}^2---\left(20\right)$ 式中，ΔF(b，h，σs)——实测矫直力与理论计算矫直力之差的平方和；Pi′——实测矫直力；pi(B，h，σs)——理论计算矫直力。②根据建立的矫直力学模型与变形抗力模型，将上式(20)表示成如下形式：$\mathrm{\Delta F}(b,h,{\sigma }_s)=\mathrm{\Delta F}(a_0{a}_1,a_2,a_3,a_4,a_5,a_6{a}_7,B,h)=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{[P_i^{\prime }-P_i(t,a_0,a_1,a_2,a_3,a_4,a_5,a_6,a_7,B,h)]}^2$ 式中：i为同规格的金属板的块数。B——钢板宽度；h——钢板厚度；t——钢板温度；a0，a1，a2，a3，a4，a5，a6，a7——变形抗力计算公式模型中的变量系数；③优化处理，确定变形抗力计算公式模型：取到选取的优化方法-单纯形替换法，优化处理目标函数$\mathrm{\Delta F}(a_0{a}_1,a_2,a_3,a_4,a_5,a_6{a}_7,B,h)=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{[P_i^{\prime }-P_i(t,a_0,a_1,a_2,a_3,a_4,a_5,a_6,a_7,B,h)]}^2$ 计算确定ao，a1，a2，a3，a4，a5，a6，a7的值；4)对这个数据进行判断，去除坏点，并进行分类，主要依据为矫直板形质量；实测值与理论值的差值；板形差，差值大的去除。三)更新变形抗力模型数据库中该种材料对应的a0，a1，a2，a3，a4，a5，a6，a7的值，用于下一块板材矫直。