一种厚钢板同径异速蛇形差温协同轧制力能参数计算方法技术

本发明专利技术公开一种厚钢板同径异速蛇形差温协同轧制力能参数计算方法，包括：首先，根据蛇形差温协同轧制变形区的几何关系得到上、下工作辊的压下量，并求解同径异速蛇形差温协同轧制变形区长度；其次，根据蛇形差温协同轧制变形抗力梯度将轧件分为若干层，并根据上、下工作辊处中性点的位置将轧件的每一层均划分为若干个变形区，求解轧件的屈服准则；再次，分别构建每个变形区的单位压力求解模型，利用边界条件求解积分常数，基于积分常数和每个变形区的单位压力计算同径异速蛇形差温协同轧制的轧制力和轧制力矩；本发明专利技术能够准确计算出蛇形差温协同轧制轧制力和轧制力矩，为轧机的设计和轧制工艺的制定提供了理论基础。

A calculation method of force and energy parameters for the co rolling of thick steel plate with the same diameter and different speed and serpentine temperature difference

【技术实现步骤摘要】
一种厚钢板同径异速蛇形差温协同轧制力能参数计算方法
本专利技术涉及厚钢板塑性成形
，特别是涉及一种厚钢板同径异速蛇形差温协同轧制力能参数计算方法。
技术介绍
组织性能良好的厚钢板在社会生产和生活的各个领域都有着很高的需求，如工程机械、矿山机械、压力容器、桥梁、军舰、装甲等。在轧制过程中，受限于连铸坯的最大厚度和轧机开口度，总压缩比难以满足工艺要求，从而导致钢板心部变形不充分，难以得到心部组织性能优良的厚钢板。厚钢板心部变形不充分的问题成为制约厚钢板生产的关键技术瓶颈。与同步轧制相比，薄带钢异步轧制后心部晶粒得到了细化。由于上、下工作辊之间的线速度不同，板带钢会出现弯曲，而薄带钢在生产过程中的带钢的张力可以解决弯曲问题。但是，在厚钢板生产过程中很难利用张力解决钢板弯曲问题，进而影响后续的转钢或咬入。为了解决厚板弯曲问题，在异步轧制的基础上，慢速工作辊沿轧制方向移动一定距离，形成了蛇形轧制。蛇形轧制过程中形成了反弯区，从而抑制了后滑区、前滑区和搓轧区的基础上发生的弯曲变形。钢板心部变形不充分的问题也可采用差温轧制来解决，即在传统轧制的基础上在轧前对钢板实行短时、超快速冷却，形成较高的温度梯度，进而形成大变形抗力梯度，表层较高的变形抗力抑制该区域变形的发生，而中间区域较低的变形抗力可促进变形由表层向中心区域传递，进而提高心部变形。为了更有效的提高厚钢板心部变形程度同时抑制厚钢板轧后弯曲问题，形成了蛇形轧制和差温轧制相结合的厚钢板蛇形差温协同轧制。由于工作辊偏移和变形抗力梯度的存在，与异步轧制和蛇形轧制相比，变形区变得更加复杂，关于异步轧制、差温轧制和蛇形轧制的力能参数计算方法不能直接用于蛇形差温协同轧制。为了满足轧机的设计和工业生产过程中的需求，需要提供一种厚钢板同径异速蛇形差温协同轧制轧制力和轧制力矩的计算方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种厚钢板同径异速蛇形差温协同轧制力能参数计算方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够准确计算出蛇形差温协同轧制轧制力和轧制力矩。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种厚钢板同径异速蛇形差温协同轧制力能参数计算方法，包括如下步骤：首先，根据蛇形差温协同轧制变形区的几何关系得到上、下工作辊的压下量，根据上、下工作辊的压下量求解同径异速蛇形差温协同轧制变形区长度；其次，根据蛇形差温协同轧制变形抗力梯度将轧件分为若干层，并根据上、下工作辊处中性点的位置将轧件的每一层均划分为若干个变形区，计算轧件的等效剪切屈服应力，根据轧件的等效剪切屈服应力求解轧件的屈服准则；再次，基于屈服准则分别构建每个变形区的单位压力求解模型，利用边界条件求解积分常数，基于积分常数和每个变形区的单位压力构建同径异速蛇形差温协同轧制的轧制力和轧制力矩的求解模型，完成同径异速蛇形差温协同轧制的轧制力和轧制力矩的计算。优选地，根据蛇形差温协同轧制变形抗力梯度，将轧件分为变形抗力变化＞5Mpa的上表层、下表层和变形抗力变化≤5Mpa的中间层；再根据上、下工作辊处中性点的位置将轧件的上表层、中间层、下表层中的每一层均划分为后滑区Ⅰ、搓扎区Ⅱ、前滑区Ⅲ、反弯区Ⅳ四个变形区。优选地，所述同径异速蛇形差温协同轧制变形区长度的具体求解方法为：首先，根据蛇形差温协同轧制变形区的几何关系得到上、下工作辊的压下量，如式1和式2所示：Δh2＝H-h0-Δh12其中：Δh1、Δh2分别为上、下工作辊的压下量，R为上、下工作辊半径，H为轧前轧件的厚度，h0为轧后轧件的厚度，d为错位量；其次，基于上、下工作辊的压下量，计算轧制变形区长度，如式3所示：其中，l为轧制变形区长度。优选地，所述轧件屈服准则的求解方法为：首先，将轧件分为上表层、下表层和中间层；其次，计算轧件的等效流变应力σs如式4所示：σs＝σ2+β1(σ1-σ2)+β2(σ3-σ2)4其中，σ1、σ2、σ3分别为轧件上表层、中间层、下表层的流变应力；β1、β2分别为上表层和下表层的厚度占比，β1＝h1/H，β2＝h3/H；H为轧前轧件的厚度，h1、h2、h3分别为轧件上表层、中间层、下表层厚度；再次，根据VonMises屈服准则计算得到轧件的屈服准则，如式5所示：其中，p为单位压力，q为变形区的水平正应力，ke为等效剪切屈服应力，m1、m2分别为轧件上、下表面与工作辊的接触摩擦系数，M为屈服准则的相关系数，c1、c2分别为轧件上、下表面的引入系数，在后滑区Ⅰ、前滑区Ⅲ和反弯区Ⅳc1＝c2＝0.5，在搓轧区Ⅱ，c1＝c2＝1。优选地，采用主应力法确定四个变形区的单位压力求解模型；后滑区Ⅰ的单位压力表达式PⅠ如式7所示：其中，τ1、τ2分别为上、下工作辊与轧件的摩擦应力，x为上、下工作辊处中性点的坐标，CⅠ为后滑区Ⅰ的积分常数；搓轧区Ⅱ的单位压力表达式PⅡ如式8所示：其中，CⅡ为搓扎区Ⅱ的积分常数；前滑区Ⅲ的单位压力表达式PⅢ如式9所示：其中，CⅢ为前滑区Ⅲ的积分常数；反弯区Ⅳ的单位压力表达式PⅣ如式10所示：其中，CⅣ为反弯区Ⅳ的积分常数。优选地，所述同径异速蛇形差温协同轧制的轧制力和轧制力矩的计算方法为：首先，假设轧制变形区的后滑区Ⅰ、搓扎区Ⅱ、前滑区Ⅲ、反弯区Ⅳ四个区域都存在，根据边界条件求解上、下工作辊处中性点的x方向坐标；其次，根据所求解的上、下工作辊处中性点的x方向坐标与轧制变形区长度和错位量的大小关系，确定轧制变形区的组成，根据变形区的组成进行轧制力和轧制力矩求解。本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术根据蛇形差温协同轧制变形抗力梯度将变形区划分为上表层、中间层、下表层三层，并根据上、下工作辊处中性点位置将每层分为后滑区Ⅰ、搓扎区Ⅱ、前滑区Ⅲ、反弯区Ⅳ四个区，共12个区域；考虑到剪切应力的非均匀分布和等效流变应力的思想，改进了轧件的屈服准则，建立了包含变形抗力梯度的平衡微分方程，利用边界条件确定积分常数，准确计算出蛇形差温协同轧制轧制力和轧制力矩，为轧机的设计和轧制工艺的制定提供了理论基础。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术同径异速蛇形差温协同轧制变形区几何关系示意图；图2为本专利技术轧制变形区中单元体受力分析图；图3为本专利技术轧制变形区组成求解流程图；其中，R为上、下工作辊的半径；α1、α2分别为上、下工作辊咬入角；γ1、γ2分别为上、下工作辊中性角；n1、n2分别为上、下工作辊的转速；xn1、xn2分别为上、下工作辊处的中性点；l为轧制变形区长度；H为轧前轧件的厚度；h1、h2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种厚钢板同径异速蛇形差温协同轧制力能参数计算方法，其特征在于，包括如下步骤：/n首先，根据蛇形差温协同轧制变形区的几何关系得到上、下工作辊的压下量，根据上、下工作辊的压下量求解同径异速蛇形差温协同轧制变形区长度；/n其次，根据蛇形差温协同轧制变形抗力梯度将轧件分为若干层，并根据上、下工作辊处中性点的位置将轧件的每一层均划分为若干个变形区，计算轧件的等效剪切屈服应力，根据轧件的等效剪切屈服应力求解轧件的屈服准则；/n再次，基于屈服准则分别构建每个变形区的单位压力求解模型，利用边界条件求解积分常数，基于积分常数和每个变形区的单位压力构建同径异速蛇形差温协同轧制的轧制力和轧制力矩的求解模型，完成同径异速蛇形差温协同轧制的轧制力和轧制力矩的计算。/n

【技术特征摘要】
1.一种厚钢板同径异速蛇形差温协同轧制力能参数计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
首先，根据蛇形差温协同轧制变形区的几何关系得到上、下工作辊的压下量，根据上、下工作辊的压下量求解同径异速蛇形差温协同轧制变形区长度；
其次，根据蛇形差温协同轧制变形抗力梯度将轧件分为若干层，并根据上、下工作辊处中性点的位置将轧件的每一层均划分为若干个变形区，计算轧件的等效剪切屈服应力，根据轧件的等效剪切屈服应力求解轧件的屈服准则；
再次，基于屈服准则分别构建每个变形区的单位压力求解模型，利用边界条件求解积分常数，基于积分常数和每个变形区的单位压力构建同径异速蛇形差温协同轧制的轧制力和轧制力矩的求解模型，完成同径异速蛇形差温协同轧制的轧制力和轧制力矩的计算。


2.根据权利要求1所述的厚钢板同径异速蛇形差温协同轧制力能参数计算方法，其特征在于，根据蛇形差温协同轧制变形抗力梯度，将轧件分为变形抗力变化＞5Mpa的上表层、下表层和变形抗力变化≤5Mpa的中间层；再根据上、下工作辊处中性点的位置将轧件的上表层、中间层、下表层中的每一层均划分为后滑区Ⅰ、搓扎区Ⅱ、前滑区Ⅲ、反弯区Ⅳ四个变形区。


3.根据权利要求2所述的厚钢板同径异速蛇形差温协同轧制力能参数计算方法，其特征在于，所述同径异速蛇形差温协同轧制变形区长度的具体求解方法为：
首先，根据蛇形差温协同轧制变形区的几何关系得到上、下工作辊的压下量，如式1和式2所示：



Δh2＝H-h0-Δh12
其中：Δh1、Δh2分别为上、下工作辊的压下量，R为上、下工作辊半径，H为轧前轧件的厚度，h0为轧后轧件的厚度，d为错位量；
其次，基于上、下工作辊的压下量，计算轧制变形区长度，如式3所示：



其中，l为轧制变形区长度。


4.根据权利要求2所述的厚钢板同径异速蛇形差温协同轧制力能参数计算方法，其特征在于，所述轧件屈服准则的求解方法为：
首先，将轧件分为上表层、下表层和中间层；
其次，计算轧件的等效流变应力...

【专利技术属性】
技术研发人员：江连运，甄涛，黄金博，马立峰，赵春江，卫垚宇，黄志权，王萍，李恒，
申请(专利权)人：太原科技大学，
类型：发明
国别省市：山西;14