寬厚板熱矯直工藝模型應(yīng)用測試

趙 崠

(太原重工股份有限公司矯直機(jī)研究所，山西030024)

中厚板熱矯直機(jī)具有完整的矯直工藝模型，能夠結(jié)合矯直方案，根據(jù)不同規(guī)格鋼種自動(dòng)計(jì)算出矯直工藝參數(shù)，并應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。工藝參數(shù)的計(jì)算準(zhǔn)確性受多種因素影響，特別是受矯直方案、板材力學(xué)性能和設(shè)備剛度的影響；在矯直機(jī)設(shè)計(jì)階段，由于所制定的矯直方案總體應(yīng)用特征明顯，沒有按不同規(guī)格板材的矯直特點(diǎn)加以區(qū)分；并且機(jī)架剛度、輥身彎曲強(qiáng)度均為理論計(jì)算值，特別是不同類別鋼板在高溫狀態(tài)下的屈服強(qiáng)度值還沒有準(zhǔn)確完整的數(shù)據(jù)，所以計(jì)算的理論工藝參數(shù)與實(shí)際參數(shù)之間存在很大差異。由于熱矯直機(jī)采用預(yù)算矯直參數(shù)，預(yù)設(shè)變形補(bǔ)償?shù)目刂品绞剑?dāng)預(yù)算參數(shù)與實(shí)際值差別較大時(shí)，則無法應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。因此選取典型規(guī)格軋件進(jìn)行矯直測試，將實(shí)際檢測值與理論計(jì)算值進(jìn)行對比分析，優(yōu)化工藝參數(shù)，修正工藝模型計(jì)算系數(shù)，達(dá)到計(jì)算值與實(shí)際值相貼近，充分發(fā)揮矯直能力，以滿足生產(chǎn)實(shí)踐。

1 矯直工藝模型應(yīng)用測試方案

需進(jìn)行測試的九輥熱矯直機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見表1，測試方案主要包括以下幾個(gè)方面：

表1 九輥熱矯直機(jī)主要技術(shù)參數(shù)Table 1 Main technical parameters of nine-roller thermal straightener

1.1 確定工藝參數(shù)項(xiàng)

結(jié)合矯直原理確定主要工藝參數(shù)項(xiàng)：輥縫值、機(jī)架彈跳補(bǔ)償值、彎輥量、總矯直力、總矯直力矩。

1.2 計(jì)算理論工藝參數(shù)

(1)選定測試軋件的種類、規(guī)格、溫度和數(shù)量。

(2)按總體矯直方案和設(shè)備理論剛度值，以經(jīng)驗(yàn)類比法選取測試軋件相應(yīng)溫度的力學(xué)性能值，計(jì)算理論工藝參數(shù)。

1.3 矯直工藝參數(shù)測試

基于總體矯直方案，按不同規(guī)格軋件的矯直特點(diǎn)分別制定相應(yīng)的矯直方案。

在矯直過程中對數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行采集，由PDA(數(shù)據(jù)采集分析)系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)。由于在板材咬入、離開矯直區(qū)域時(shí)只有部分輥?zhàn)訁⑴c矯直，工藝參數(shù)處于變化狀態(tài)，由工藝模型專屬模式進(jìn)行控制，因此只對矯直過程中的參數(shù)進(jìn)行測試。

(1)各種邏輯狀態(tài)信號(hào)

保證整個(gè)測試系統(tǒng)完整性所需的各種邏輯狀態(tài)信號(hào)，以及在板材矯直過程中某些關(guān)鍵性事件的觸發(fā)信號(hào)，如獲取板材咬入、矯直、離開矯直區(qū)域的信號(hào)等。

(2)測試軋件參數(shù)

測試軋件參數(shù)包括板材的種類、規(guī)格和溫度。

(3)輥縫值參數(shù)

按照相應(yīng)矯直方案設(shè)定入口側(cè)、出口側(cè)的輥縫值。

(4)機(jī)架彈跳值

機(jī)架在矯直力作用下，受剛度影響而產(chǎn)生拉伸量，造成設(shè)定的輥縫值加大。預(yù)設(shè)機(jī)架彈跳值，以補(bǔ)償對軋件反彎不足的情況。

(5)彎輥量

在矯直力作用下，矯直輥輥身受彎曲強(qiáng)度影響而產(chǎn)生沿板寬方向的中間凸起形狀，造成設(shè)定的輥縫值沿板寬方向不均勻，預(yù)置彎輥量以補(bǔ)償矯直輥對軋件局部反彎不足的情況。

(6)力能參數(shù)

力能參數(shù)包括實(shí)際矯直所需的總矯直力和總矯直力矩。

1.4 優(yōu)化參數(shù)

將實(shí)際檢測值與理論計(jì)算值進(jìn)行對比分析，優(yōu)化工藝參數(shù)。

1.5 工藝模型應(yīng)用

(1)修正工藝模型中的相關(guān)計(jì)算系數(shù)。

(2)應(yīng)用工藝模型，驗(yàn)證計(jì)算數(shù)據(jù)。

2 理論工藝參數(shù)計(jì)算

選取測試軋件，分別計(jì)算理論工藝參數(shù)。

2.1 測試軋件參數(shù)

鋼種：Q420 板材厚度h/mm：6、25、40、60 板材寬度b/mm：3000～4000 板材溫度/℃：650～680 屈服強(qiáng)度σs/MPa：50～150 彈性模量E/GPa：0.50～173 數(shù)量：每種厚度規(guī)格2件2.2 總體矯直方案

矯直方案采用大變形線性遞減矯直方案，在第2輥處設(shè)定相對反彎曲率Cw2=5.5，在第8輥設(shè)定相對反彎曲率Cw8=1，并可得出其余各輥處的相對反彎曲率Cwi，此方案可將多值的原始曲率C0經(jīng)較大的反彎彈復(fù)后迅速變?yōu)閱沃?，然后逐漸減小，最終使板材平直，適用于輥數(shù)較少、輥徑較大的寬厚板熱矯直機(jī)[1]。

2.3 理論工藝參數(shù)

按總體矯直方案和理論剛度值，以經(jīng)驗(yàn)類比法選取測試軋件相應(yīng)溫度的力學(xué)性能值，計(jì)算理論工藝參數(shù)。

2.3.1 各項(xiàng)參數(shù)計(jì)算公式

(1)輥縫值S

(2)彎輥量δ

(3)總矯直力P

Mi為各輥對板材的相對彎曲力矩，其在數(shù)值上等于相對彈復(fù)曲率Cif。

由以上各式可以看出，軋件原始曲率C0，各輥相對反彎曲率Cwi，各輥相對總反彎曲率Ci，板材屈服強(qiáng)度σs，彈性模量E的選取直接影響工藝參數(shù)的計(jì)算結(jié)果。

2.3.2 理論工藝參數(shù)計(jì)算

按總體矯直方案設(shè)定各輥相對反彎曲率Cwi，考慮軋件原始曲率較大，取C0=±5，可計(jì)算出各輥相對總反彎曲率Ci；以經(jīng)驗(yàn)類比法選取相應(yīng)溫度板材屈服強(qiáng)度σs=150 MPa；彈性模量E=153 GPa；按理論機(jī)架剛度K=18 MN/mm(單向矯直力時(shí))，彎輥系數(shù)選取最小值1.05，分別計(jì)算各項(xiàng)工藝參數(shù)見表2。

3 矯直工藝參數(shù)測試

對測試軋件進(jìn)行矯直，采集工藝參數(shù)。

(1)結(jié)合不同厚度測試軋件的矯直特點(diǎn)和原始曲率分布情況，基于總體矯直方案，分別制定相應(yīng)的矯直方案，重新確定各輥相對反彎曲率Cwi。

(2)按理論機(jī)架剛度，采用位置控制方式補(bǔ)償機(jī)架彈跳。

(3)按最小彎輥量對輥系進(jìn)行預(yù)彎。

(4)依次對各規(guī)格軋件進(jìn)行矯直。

那是個(gè)長著一對貓眼的女人，把紅色的凱迪拉克小轎車停在建材城的門口，牽著金毛狗去了高檔家具廳。大福在后面盯著她。能開凱迪拉克車的是有錢人，能養(yǎng)金毛寵物的是有錢人，能買紫檀木家具的更得是有錢人。幾個(gè)因素綜合起來，大福斷定這女人是個(gè)非常有錢的人！他心里竊喜，找了個(gè)理想位置蹲著。等貓眼女人訂完家具抱著金毛犬出來，喜滋滋地坐上凱迪拉克轎車，系好完全帶。當(dāng)貓眼女人把凱迪拉克小轎車開到家具城門口，剛要加速時(shí)，大福噌地沖出去，凱迪拉克小轎車的前杠正好不輕不重地撞到他屁股上。他大叫一聲，向前一躍摔倒在地上，順勢把手里的紅墨水倒在地上。

(5)利用PDA系統(tǒng)收集測試數(shù)據(jù)。

(6)整理各項(xiàng)測試數(shù)據(jù)，獲得工藝參數(shù)均值見表3。

圖1為矯直厚度為25 mm規(guī)格軋件時(shí)所采集的力能測試曲線。

圖1 矯直厚度為25 mm的軋件力能測試曲線Figure 1 Energetic testing curves of rolled piece with 25 mm straightening thickness

4 優(yōu)化工藝參數(shù)

對比表2、表3中的數(shù)據(jù)可以看出，力能參數(shù)測試值遠(yuǎn)低于理論計(jì)算值，結(jié)合矯直后板材的實(shí)際平直度分布情況，分析造成數(shù)值差異較大的原因主要有以下幾個(gè)方面：

(1)高溫對軋件力學(xué)性能的影響

軋件的力學(xué)性能隨著溫度的升高而降低，從測試結(jié)果可以推出，基于經(jīng)驗(yàn)類比法選取的力學(xué)性能值大于實(shí)際情況，導(dǎo)致理論計(jì)算值過大。按表3中的測試值進(jìn)行推算得：屈服強(qiáng)度σs=103.8 MPa，彈性模量E=69 GPa。

(2)機(jī)架剛度對反彎曲率的影響

機(jī)架實(shí)際剛度小于理論值，在矯直力作用下，機(jī)架產(chǎn)生的彈跳值較大，造成實(shí)際輥縫值大于設(shè)定值，使各輥對軋件的相對反彎曲率Cwi減小，導(dǎo)致實(shí)際力能參數(shù)減小。按表3中的測試值進(jìn)行推算得：機(jī)架剛度K=13.273 MN/mm(單向矯直力時(shí))。

(3)彎輥量對反彎曲率的影響

輥身實(shí)際彎曲強(qiáng)度小于理論值，彎輥量不足導(dǎo)致力能參數(shù)減小，在矯直厚板時(shí)，由于厚板本身的屈服撓度較小，所設(shè)置的壓下量也較小，容易造成對軋件的局部反彎不足，需要加大彎輥量。特別是在對原始曲率較大的薄板進(jìn)行矯直時(shí)，更需要加大彎輥量，以保證對軋件進(jìn)行充分反彎。

(4)矯直方案運(yùn)用的影響

熱矯直機(jī)的輥徑大，輥數(shù)少，矯直精度相對較低，適用于中厚規(guī)格板材的矯直。在矯直厚板時(shí)力能參數(shù)達(dá)到最大值，容易發(fā)生接軸斷裂和軸承損壞，所以在對厚度40 mm和60 mm兩種規(guī)格軋件進(jìn)行矯直時(shí)，結(jié)合其原始曲率小且變化梯度不大的特點(diǎn)，在保證矯直精度要求的前提下，可適當(dāng)減小反彎曲率，降低力能參數(shù)；而在對厚度6 mm板材進(jìn)行矯直時(shí)，為提高其矯直精度，則采用加大各輥反彎曲率的方法。

(5)軋件材質(zhì)和溫度的影響

軋件自身材質(zhì)的不均勻和矯直過程中溫度的降低都會(huì)引起力學(xué)性能的變化。

5 矯直模型應(yīng)用

經(jīng)過以上分析優(yōu)化工藝參數(shù)，修正工藝軟件中相關(guān)計(jì)算系數(shù)，應(yīng)用矯直工藝模型再次對軋件進(jìn)行矯直測試。工藝參數(shù)值見表4。

表4 矯直應(yīng)用模型工藝參數(shù)Table 4 Process parameters of straightening application model

采用以上工藝參數(shù)計(jì)算值與實(shí)際值更貼近，板材經(jīng)矯直后均達(dá)到所需平直度要求，矯直工藝模型可有效應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。

6 結(jié)論

通過理論計(jì)算數(shù)據(jù)與實(shí)測數(shù)據(jù)對比分析，可獲得更加準(zhǔn)確的矯直工藝參數(shù)，也為進(jìn)一步優(yōu)化矯直方案，減小能量消耗和降低生產(chǎn)成本提供了依據(jù)；但是由于板材的性能規(guī)格、軋制特點(diǎn)、來料情況、矯直工藝的多樣性和復(fù)雜性，矯直模型的應(yīng)用還需在實(shí)踐中對大量相關(guān)數(shù)據(jù)測試分析，并結(jié)合自學(xué)習(xí)功能對計(jì)算公式的系數(shù)進(jìn)行不斷修正完善。