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        寬厚板熱矯直工藝模型應(yīng)用測(cè)試

        2020-10-14 08:40:04
        中國(guó)重型裝備 2020年4期
        關(guān)鍵詞:工藝理論

        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(méi)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(lèi)別鋼板在高溫狀態(tài)下的屈服強(qiáng)度值還沒(méi)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?,?dāng)預(yù)算參數(shù)與實(shí)際值差別較大時(shí),則無(wú)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(cè)試,將實(shí)際檢測(cè)值與理論計(jì)算值進(jìn)行對(duì)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(cè)試方案

        需進(jìn)行測(cè)試的九輥熱矯直機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1,測(cè)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(cè)試軋件的種類(lèi)、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(lèi)比法選取測(cè)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(cè)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(guò)程中對(duì)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(kāi)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(zhuān)屬模式進(jìn)行控制,因此只對(duì)矯直過(guò)程中的參數(shù)進(jìn)行測(cè)試。

        (1)各種邏輯狀態(tài)信號(hào)

        保證整個(gè)測(cè)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(guò)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(kāi)矯直區(qū)域的信號(hào)等。

        (2)測(cè)試軋件參數(shù)

        測(cè)試軋件參數(shù)包括板材的種類(lèi)、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(duì)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(duì)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(cè)值與理論計(jì)算值進(jìn)行對(duì)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(cè)試軋件,分別計(jì)算理論工藝參數(shù)。

        2.1 測(cè)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(duì)反彎曲率Cw2=5.5,在第8輥設(shè)定相對(duì)反彎曲率Cw8=1,并可得出其余各輥處的相對(duì)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)閱沃担缓笾饾u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(lèi)比法選取測(cè)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(duì)板材的相對(duì)彎曲力矩,其在數(shù)值上等于相對(duì)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(duì)反彎曲率Cwi,各輥相對(duì)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(duì)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(duì)總反彎曲率Ci;以經(jīng)驗(yàn)類(lèi)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(jiàn)表2。

        3 矯直工藝參數(shù)測(cè)試

        對(duì)測(cè)試軋件進(jìn)行矯直,采集工藝參數(shù)。

        (1)結(jié)合不同厚度測(cè)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(duì)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(duì)輥系進(jìn)行預(yù)彎。

        (4)依次對(duì)各規(guī)格軋件進(jìn)行矯直。

        那是個(gè)長(zhǎng)著一對(duì)貓眼的女人,把紅色的凱迪拉克小轎車(chē)停在建材城的門(mén)口,牽著金毛狗去了高檔家具廳。大福在后面盯著她。能開(kāi)凱迪拉克車(chē)的是有錢(qián)人,能養(yǎng)金毛寵物的是有錢(qián)人,能買(mǎi)紫檀木家具的更得是有錢(qián)人。幾個(gè)因素綜合起來(lái),大福斷定這女人是個(gè)非常有錢(qián)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(lái),喜滋滋地坐上凱迪拉克轎車(chē),系好完全帶。當(dāng)貓眼女人把凱迪拉克小轎車(chē)開(kāi)到家具城門(mén)口,剛要加速時(shí),大福噌地沖出去,凱迪拉克小轎車(chē)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(shì)把手里的紅墨水倒在地上。

        (5)利用PDA系統(tǒng)收集測(cè)試數(shù)據(jù)。

        (6)整理各項(xiàng)測(cè)試數(shù)據(jù),獲得工藝參數(shù)均值見(jiàn)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(cè)試曲線。

        圖1 矯直厚度為25 mm的軋件力能測(cè)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(duì)比表2、表3中的數(shù)據(jù)可以看出,力能參數(shù)測(cè)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(duì)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(cè)試結(jié)果可以推出,基于經(jīng)驗(yàn)類(lèi)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(guò)大。按表3中的測(cè)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(duì)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(duì)軋件的相對(duì)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(cè)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(duì)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(duì)軋件的局部反彎不足,需要加大彎輥量。特別是在對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(guò)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(guò)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(duì)軋件進(jìn)行矯直測(cè)試。工藝參數(shù)值見(jiàn)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(guò)理論計(jì)算數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)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(lái)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(duì)大量相關(guān)數(shù)據(jù)測(cè)試分析,并結(jié)合自學(xué)習(xí)功能對(duì)計(jì)算公式的系數(shù)進(jìn)行不斷修正完善。

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