一种四辊轧机轧制圆饼状板材的有载辊缝计算方法技术

本发明专利技术涉及一种四辊轧机轧制圆饼状板材的有载辊缝计算方法，在考虑圆饼状板材特征的基础上，以轧辊参数、轧制圆饼状板材参数、轧件入口宽度、初设辊缝等调节参数为输入变量，建立单道次轧制全流程五阶段：刚咬入阶段、咬入四分之一阶段、中心阶段、抛出四分之三阶段、抛出阶段。采用分割模型影响函数法依次运算辊系受力平衡模块、轧制压力计算模块、辊系弹性变形模块。建立圆饼状板材轧制全流程有载辊缝三维模型，收集轧件在不同入口宽度下负载辊缝横向分布，分析辊系动态弹性变形过程，绘制轧后圆饼状板材形状，从而得出轧制全流程圆饼状板形横向厚度分布。形横向厚度分布。形横向厚度分布。

【技术实现步骤摘要】
一种四辊轧机轧制圆饼状板材的有载辊缝计算方法


[0001]本专利技术涉及中厚板材轧制板形控制
，尤其涉及一种四辊轧机轧制圆饼状板材的有载辊缝计算方法。

技术介绍

[0002]随着轧制技术进步和发展，轧制不仅仅局限于钢铁行业，轧件的形状也越来越丰富，用途也越来越广泛。除了常规的板带材，棒线材，筒节等，圆饼轧件应用领域在半导体材料行业用于生产高纯度金属溅射靶材。
[0003]在轧制圆饼状板材时，由于轧件入口宽度一直在变化，轧制变形区面积先增后减，轧制力瞬态变化，导致辊系的弹性变形即轧辊的挠曲和压扁一直变化，在不同位置轧件的塑形变形和轧辊的弹性变形是不相同的，体现在圆饼轧件上是四周薄，中部厚的椭圆周且边部减薄形状。在不考虑轧件的弹性变形恢复下，轧件出口厚度横向分布是由有载辊缝出口厚度直接决定的，因此准确计算出轧制过程辊缝的出口厚度横向分布是十分重要的内容，是板形控制技术中辊系弹性变形模型不可缺少的一环。
[0004]目前研究辊系弹性变形方法可分为三类：解析法、影响函数法及有限元数值计算法。解析法的计算模型及其运算较为复杂，简化严重，目前在实际工程中很少使用。有限元法计算量太大，若想得到精确的结果，需要划分大量网格，导致计算效率过低，只适合于离线分析，无法满足在线实时反馈。影响函数法在实际工程问题中处理轧辊弹性变形效果颇为理想，该方法的基本思想是：将轧辊离散成若干单元，同时将轧辊所承受的载荷及轧辊弹性变形也按相同单元离散化，应用数学物理中关于影响函数的概念先确定对各单元施加单位力时在辊身各点引起的变形，然后将全部载荷作用时在各单元引起的变形叠加，就得出各单元的变形值，从而可以确定出口处的厚度分布和张力分布等。显然，由于采用了离散化的方法，所以轧制力、辊间压力以及轧辊凸度等的分布无需作出分布函数假设，从而可以灵活处理各类实际的复杂问题，计算精度高。但是传统的影响函数法未考虑轧制过程中轧件入口宽度的变化，不能直接应用在圆饼轧制上，具有一定的局限性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种四辊轧机轧制圆饼状板材的有载辊缝计算方法，用于计算出单道次轧制全流程的圆饼状板材横向厚度分布。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]本专利技术所提出的一种四辊轧机轧制圆饼状板材的有载辊缝计算方法，包括以下步骤：
[0008]S1：收集并输入四辊轧机轧辊参数、圆饼状板材参数、轧制调节参数和初设辊缝；
[0009]S2：四辊轧机以及圆饼状板材参数离散化处理运算阶段；
[0010]S3：圆饼状板材刚咬入阶段：包括辊系受力平衡模块、轧制压力计算模块和辊系弹性变形模块；
[0011]S4：圆饼状板材咬入四分之一阶段：包括辊系受力平衡模块、轧制压力计算模块和辊系弹性变形模块；模块内容与S3一致；
[0012]S5：圆饼状板材中心阶段：包括辊系受力平衡模块、轧制压力计算模块和辊系弹性变形模块；模块内容与S3一致；
[0013]S6：圆饼状板材抛出四分之三阶段：包括辊系受力平衡模块、轧制压力计算模块和辊系弹性变形模块；模块内容与S3一致；
[0014]S7：圆饼状板材抛出阶段：包括辊系受力平衡模块、轧制压力计算模块和辊系弹性变形模块；模块内容与S3一致；
[0015]S8：建立圆饼状板材轧制全流程有载辊缝三维模型，收集轧件在不同入口宽度下的负载辊缝横向分布，分析辊系动态弹性变形过程，绘制轧后圆饼状板材形状，得出轧制全流程圆饼状板形横向厚度分布。
[0016]进一步的，所述步骤S1中，四辊轧机轧辊参数包括：支承辊半径R1，工作辊半径R2，支承辊弹性模量E
B
，工作辊弹性模量E
W
，支承辊泊松比v
B
，工作辊泊松比v
W
；圆饼状板材参数包括：轧板后张应力σ0，轧板前张应力σ1，B是轧板宽度，入口板厚h0，变形抗力K；轧制调节参数包括：支承辊弯辊力F
b
，工作辊弯辊力F
w
；初设出口板厚h1。
[0017]进一步的，所述步骤S2具体包括：
[0018]2a1)收集并输入四辊轧机轧辊参数、圆饼状板材参数，采用单元分割模型的方法，对四辊轧机轧辊和轧件进行离散处理，将辊身沿辊身方向划分m个单元，m为奇数，单元中点的横坐标为Δy
i
；各单元距辊身中点距离为y
i
(i＝1，2，
…
，m)，将轧件与轧辊离散单元对应并划分为n份，轧件首个单元为轧辊第d个单元，d＝(m
‑
n)/2，除边部两单元特殊，其余单元的坐标和宽度与辊身相同；
[0019]2a2)按2a1)所述方法将工作辊、支承辊与轧件所具有的特征参数离散成等分的多个单元，工作辊轧制力离散为支承辊和工作辊辊间接触压力离散为轧件出口板厚离散为并相应的将辊间压扁的横向分布、各挠度的横向分布辊系变形参数和力参数沿轧辊轴向离散；
[0020]进一步的，所述步骤S3中：
[0021]辊系受力平衡模块包括：
[0022]3a1)建立工作辊前张力分布模型、工作辊后张力分布模型：
[0023][0024][0025]计算工作辊轧制力偏转角：
[0026][0027]3a2)将3a1)所得参数和模型代入，输出支承辊与工作辊力与力矩平衡方程；
[0028]建立支承辊垂直方向受力平衡方程：
[0029][0030]建立支承辊垂直方向力矩平衡方程：
[0031][0032]建立工作辊垂直方向受力平衡方程：
[0033][0034]建立工作辊垂直方向力矩平衡方程：
[0035][0036]其中，σ1是轧板前张应力，是轧板单元前张力，σ0是轧板后张应力，是轧板单元后张力，B是轧板宽度，θ
i
是轧制力偏移角，F
zl
是支承辊左端垂直方向压下支反力，F
zr
是支承辊右端垂直方向压下支反力，F
b
是支承辊弯辊力，F
w
是工作辊弯辊力，L
Z
是支承辊左右支反力间距，L
b
是辊身长度，L
w
是工作辊辊身左右弯辊力间距，L
bf
是支承辊左右弯辊力间距，L
wf
是工作辊左右弯辊力间距，C是支承辊支反力作用点与辊边缘距离；
[0037]轧制压力计算模块包括：
[0038]3b1)收集并输入轧制板材参数，计算工作辊压下量及压下率；
[0039][0040][0041]计算工作辊轧制中性角：
[0042][0043]计算工作辊轧制变形区单位长度轧制力：
[0044][0045]计算工作辊轧制变形区长度：
[0046][0047]将上述所得参数代入并输出工作辊横向轧制力：
[0048]计算工作辊横向轧制力：
[0049][0050]其中，h0是入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种四辊轧机轧制圆饼状板材的有载辊缝计算方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：收集并输入四辊轧机轧辊参数、圆饼状板材参数、轧制调节参数和初设辊缝；S2：四辊轧机以及圆饼状板材参数离散化处理运算阶段；S3：圆饼状板材刚咬入阶段：包括辊系受力平衡模块、轧制压力计算模块和辊系弹性变形模块；S4：圆饼状板材咬入四分之一阶段：包括辊系受力平衡模块、轧制压力计算模块和辊系弹性变形模块；模块内容与S3一致；S5：圆饼状板材中心阶段：包括辊系受力平衡模块、轧制压力计算模块和辊系弹性变形模块；模块内容与S3一致；S6：圆饼状板材抛出四分之三阶段：包括辊系受力平衡模块、轧制压力计算模块和辊系弹性变形模块；模块内容与S3一致；S7：圆饼状板材抛出阶段：包括辊系受力平衡模块、轧制压力计算模块和辊系弹性变形模块；模块内容与S3一致；S8：建立圆饼状板材轧制全流程有载辊缝三维模型，收集轧件在不同入口宽度下的负载辊缝横向分布，分析辊系动态弹性变形过程，绘制轧后圆饼状板材形状，得出轧制全流程圆饼状板形横向厚度分布。2.根据权利要求1所述的一种四辊轧机轧制圆饼状板材的有载辊缝计算方法，其特征在于：所述步骤S1中，四辊轧机轧辊参数包括：支承辊半径R1，工作辊半径R2，支承辊弹性模量E
B
，工作辊弹性模量E
W
，支承辊泊松比v
B
，工作辊泊松比v
W
；圆饼状板材参数包括：轧板后张应力σ0，轧板前张应力σ1，B是轧板宽度，入口板厚h0，变形抗力K；轧制调节参数包括：支承辊弯辊力F
b
，工作辊弯辊力F
w
；初设出口板厚h1。3.根据权利要求2所述的一种四辊轧机轧制圆饼状板材的有载辊缝计算方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：2a1)收集并输入四辊轧机轧辊参数、圆饼状板材参数，采用单元分割模型的方法，对四辊轧机轧辊和轧件进行离散处理，将辊身沿辊身方向划分m个单元，m为奇数，单元中点的横坐标为Δy
i
；各单元距辊身中点距离为y
i
(i＝1，2，
…
，m)，将轧件与轧辊离散单元对应并划分为n份，轧件首个单元为轧辊第d个单元，d＝(m
‑
n)/2，除边部两单元特殊，其余单元的坐标和宽度与辊身相同；2a2)按2a1)所述方法将工作辊、支承辊与轧件所具有的特征参数离散成等分的多个单元，工作辊轧制力离散为支承辊和工作辊辊间接触压力离散为轧件出口板厚离散为并相应的将辊间压扁的横向分布、各挠度的横向分布辊系变形参数和力参数沿轧辊轴向离散。4.根据权利要求3所述的一种四辊轧机轧制圆饼状板材的有载辊缝计算方法，其特征在于，所述步骤S3中：辊系受力平衡模块包括：3a1)建立工作辊前张力分布模型、工作辊后张力分布模型：
计算工作辊轧制力偏转角：3a2)将3a1)所得参数和模型代入，输出支承辊与工作辊力与力矩平衡方程；建立支承辊垂直方向受力平衡方程：建立支承辊垂直方向力矩平衡方程：建立工作辊垂直方向受力平衡方程：建立工作辊垂直方向力矩平衡方程：其中，σ1是轧板前张应力，是轧板单元前张力，σ0是轧板后张应力，是轧板单元后张力，B是轧板宽度，θ
i
是轧制力偏移角，F
zl
是支承辊左端垂直方向压下支反力，F
zr
是支承辊右端垂直方向压下支反力，F
b
是支承辊弯辊力，F
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是工作辊弯辊力，L
Z
是支承辊左右支反力间距，L
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是辊身长度，L
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是工作辊辊身左右弯辊力间距，L
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是支承辊左右弯辊力间距，L
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是工作辊左右弯辊力间距，C是支承辊支反力作用点与辊边缘距离；轧制压力计算模块包括：3b1)收集并输入轧制板材参数，计算工作辊压下量及压下率；3b1)收集并输入轧制板材参数，计算工作辊压下量及压下率；计算工作辊轧制中性角：计算工作辊轧制变形区单位长度轧制力：
计算工作辊轧制变形区长度：将上述所得参数代入并输出工作辊横向轧制力：计算工作辊横向轧制力：其中，h0是入口板厚，...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭艳，江鹏飞，徐龙飞，刘施瑀，权士召，李玉雪，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：