（材料學(xué)專(zhuān)業(yè)論文）中型軋機(jī)軋制20號(hào)角鋼孔型優(yōu)化設(shè)計(jì).pdfVIP

河北理工學(xué)院碩士學(xué)位論文 摘要 為滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，在中型軋機(jī)上軋制大規(guī)格型材，可以取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。 但同時(shí)也帶來(lái)了一些問(wèn)題，就是軋機(jī)負(fù)荷過(guò)高。如果設(shè)計(jì)或調(diào)整不當(dāng)，容易出現(xiàn)事 故。一般按經(jīng)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)的孔型，軋機(jī)負(fù)荷很難做到均衡。雖然設(shè)計(jì)者盡量合理分 配壓下量，也會(huì)使各道次的軋制負(fù)荷出現(xiàn)不均衡。尤其是在臨界狀態(tài)下軋制就極易 出現(xiàn)事故，甚至出現(xiàn)斷輥現(xiàn)象。為中型生產(chǎn)提供一套負(fù)荷均衡的計(jì)算機(jī)輔助孔型優(yōu) 化設(shè)計(jì)軟件顯得尤為重要。 通過(guò)1 6 m n 鋼的變形阻力試驗(yàn)，得出了變形溫度t 在9 5 0 1 1 5 0 、變形程度 在0 2 o 5 和變形速率童在1 - 2 0 s o 條件下的變形阻力模型： 。：1 4 0e x p i - 2 7 1 6 6 擊s 。， ( 制。”育“”6 o 卜s ，( 爿“”- 1 6 2 6 1 ( 爿1 建立適合中型生產(chǎn)過(guò)程溫降模型缸= a a t ，一七，f ，一胚。 根據(jù)軋制角鋼時(shí)的孔型特點(diǎn)，首次采用分割法計(jì)算蝶式孔的接觸面積，從而為 準(zhǔn)確計(jì)算軋制力提供了依據(jù)。首次將動(dòng)態(tài)規(guī)劃法用于中型孔型優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到了軋 制負(fù)荷均衡的孔型尺寸。采用v i s u a lb a s i c6 0 語(yǔ)言編制了“中型軋機(jī)軋制n 0 2 0 角 鋼孔型優(yōu)化設(shè)計(jì)”軟件，取代了傳統(tǒng)的靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行s l $ , j 規(guī)程制定及孔型參數(shù)計(jì)算， 這不僅省時(shí)省力，誤差小，計(jì)算精確，而且通用性和適應(yīng)性強(qiáng)，為中型生產(chǎn)提供了 一套軋制負(fù)荷均衡的計(jì)算機(jī)優(yōu)化系統(tǒng)。v b 語(yǔ)言與a u t o c a d 的結(jié)合極大地增強(qiáng)了軟 件的繪圖功能，可按孔型參數(shù)繪制出符合工程圖要求的孔型圖。 關(guān)鍵詞：均衡負(fù)荷；優(yōu)化設(shè)計(jì)；動(dòng)態(tài)規(guī)劃法；參數(shù)化繪圖 河北理工學(xué)院碩士學(xué)位論文 a b s t r a c t r o l l i n gb i ga n g l ei r o nt h r o u g hm e d i u ms e c t i o n m i l lm a ya c q u i r ef i n e re c o n o m i c b e n e f i tf o rs a t i s f y i n gn e e d so f m a r k e t a tt h es a m et i m e ，t h e r ea r es o m eq u e s t i o n s ，l o a d so f m e d i u mm i l la r eh i g h e rt h a nb e f o r e i fd e s i g na n da d j u s t m e n ti sn o t t h eb e s t ，a c c i d e n t sa r e t o o kp l a c ee a s i l y ，l o a do fm i l lw h i c hi sd e s i g n e da c c o r d i n gt oe x p e r i e n c e dm e t h o di n h i 【g h e r ，l o a d o fm i l lc a l l ta t t a i nb a l a n c e a l t h o u g hd e s i g n e r sd ot h e i rb e s tt od i s t r i b u t e r e d u c t i o nb ya n y p o s s i b i l i t y ，l o a do f m i l le v e r yp a s sa p p e a r su n b a l a n c e d r o l l i n ge s p e c i a l l y o nt h ec o n d i t i o n so f c r i t i c a ls t a t e sa p p e a ra c c i d e n t se a s i l y ，s om u c ha sr o l l e rb r e a k so f f i ti s i m p o r tt op r o v i d eac o m p u t e rs y s t e ma b o u to p t i m a ld e s i g nf o r b a l a n c et h er o l l i n gl o a di n m e d i u ms e c t i o nr o l l i n g t h i s p a p e r d i dd e f o r m a t i o n a lr e s i s t a n c e e x p e r i m e n t s w i t h16 m n ，m a d et h e m a t h e m a t i c a lc a l c u l a t i n gm o d e lo fd e f o r m a t i o n a lr e s i s t a n c eo f16 m ni nt h ec o n d i t i o n so f d e f o r m a t i o n t e m p e r a t u r et = 9 5 0 * c 一1 1 5 0 4 c d e g r e e o f r e d u c t i o ne - o 2 - 0 5a n dd e f o r m a t i o n r a t eg = 1 2 0 s q t h i sm o d e lw a s a sf o l l o w s ： 一e 坤( 一2 7 1 6 6 嘉n 。s 。，) ( “缶。“叫 x 卜s ( 爿”- 1 6 2 6 1 1 t h i sp a p e rm a d em a t h e m a t i c a lc a l c u l a t i n gm o d e lo f t e m p e r a t u r ev a r i a t i o ni nm e d i u m s e c t i o n r o l l i n gp r o c e s s t h i s m o d e lw a s a t = 曉f p 一p a t 9 一屆0 t h i sp a p e ra c c o r d e d p a s ss p e c i a l t yo fr o l l i n ga n g l ei r o n , c o n t a c ta r e ao fb u t t e r f l ys t y l e w e r ec o m p u t e db ym e t h o do fd i v i s i o nf o rt h ef i r s t t i m e ，t h e r e b y ，p r o v i d e dg i s t f o r c o m p u t i n g t h er o l l i n gf o r c e t h ed y n a m i c p r o g r a m m i n gm e t h o d i su s e di nm e d i u ms e c t i o n m i l lr o l l i n g p r o c e s sf o r t h ef n s tt i m ei nt h i sp a p e ra n dr e c e i v e ds i z eo f p a s so f b a l a n c el o a d a d o p t i n gv b ，e s t a b l i s h e do p t i m a ld e s i g ns o f t w a r e ，w h i c hw a s “o p t i m u md e s i g nr o l l p a s s e so f r o l l i n g n 0 2 0 a n g l ei r o nt h r o u g hm e d i u ms e c t i o nm i l l ”，a i m e da tb a l a n c e dt h e r o l l i n gl o a di nm e d i u ms e c t i o nm i l lr o l l i n gp r o c e s s ，r e p l a c i n gt h ee x p e r i m e n t a ld e s i g n ，t h i s n o to n l yc a ns a v et i m ea n dm a n p o w e r , i n c r e a s ed a t a p r e c i s i o na n dl e s se r r o r ，b u ta l s oh a s c o m m o n a l i t ya n dw i d es c o p eo fa p p l i c a t i o n ，w h i c hp r o v i d e sac o m p u t e r s y s t e m f o r m e d i u ms e c t i o nm i l l r o l l i n g t h ep e r f e c t c o m b i n a t i o nb e t w e e nv ba n d a u t o c a d i i 河北理工學(xué)院碩士學(xué)位論文 e n h a n c e dt h ed r a w i n gf u n c t i o no f t h i ss o f t w a r e ，s ot h a ty o ug e tao p t i m a lr o l l p a s sd r a w i n g a g r e ew i t he n g i n e e r i n gd r a w i n gr e q u e s t k e y w o r d s ：b a l a n c e l o a d ；o p t i m a ld e s i g n ；d y n a m i cp r o g r a m m i n gm e t h o d ； p a r a m e t e r i z a t i o nd r a w i n g i i i 獨(dú)創(chuàng)性說(shuō)明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究 工作及取得研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地 方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的研究成果，也不包含為 獲得河北理工學(xué)院或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)所使用過(guò)的材料。與 我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中做了明確的 說(shuō)明并表示了謝意。 簽名： 蠢嬖蒸日期：蘭墮年三月望日 關(guān)于論文使用授權(quán)的說(shuō)明 本人完全了解河北理工學(xué)院有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定， 即：學(xué)校有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱；學(xué)校 可以公布論文的全部或部分內(nèi)容，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手 段保存論文。 簽名： ( 保密的論文在解密后應(yīng)遵循此規(guī)定) 導(dǎo)師簽名： 塞：1 葒璽 日期：望瞄侔j 月日 河北理工學(xué)院碩士學(xué)位論文 引言 為滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，在中型軋機(jī)上軋制大規(guī)格型材，可以取得良好的經(jīng)濟(jì)效盞。 唐山鋼鐵集團(tuán)( 股份) 有限公司中型廠利用中型軋機(jī)軋制n o 2 0 角鋼，在帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效 益的同時(shí)也帶來(lái)一些問(wèn)題，按經(jīng)驗(yàn)方法確定角鋼的壓下量，使得負(fù)荷分配不盡合 理，出現(xiàn)負(fù)荷不均衡現(xiàn)象。在變形量較大的道次，軋制力大，軋制大號(hào)角鋼軋槽也 較深，這樣就容易斷輥，出現(xiàn)生產(chǎn)事故。軋制力大，也使得軋制力矩、軋制功率增 加，造成軋機(jī)主電機(jī)負(fù)荷增大。為保證設(shè)備正常運(yùn)行、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低軋制能 耗，采用優(yōu)化方法設(shè)計(jì)軋機(jī)負(fù)荷相對(duì)均衡的孔型是非常必要的。 河北理工學(xué)院碩士學(xué)位論文 第一章文獻(xiàn)綜述 1 1 軋制變形規(guī)程的優(yōu)化設(shè)計(jì) 在軋鋼生產(chǎn)中，坯料經(jīng)過(guò)數(shù)道次的軋制，產(chǎn)生塑性變形，最終軋制出符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn) 的成品鋼材，這一系列的軋制過(guò)程，是按著設(shè)計(jì)者根據(jù)生產(chǎn)條件所設(shè)計(jì)的軋制變形規(guī)程 進(jìn)行的。因此，為使軋鋼生產(chǎn)能夠達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗，則需要合理的設(shè)計(jì)軋制變 形規(guī)程。 軋制變形規(guī)程，對(duì)于不同類(lèi)型的軋機(jī)所包括的內(nèi)容也不完全相同。對(duì)于初軋機(jī)主要 是指壓下規(guī)程和速度制度；對(duì)于板帶鋼軋機(jī)主要指壓下規(guī)程、速度制度、溫度制度、張 力制度和輥型制度；對(duì)于型線材軋機(jī)主要指孔型設(shè)計(jì)和張力制度；對(duì)于管材軋機(jī)則主要 指變形制度。軋制變形規(guī)程的制定是軋鋼工藝設(shè)計(jì)中基本的問(wèn)題之一。在制定軋制變形 規(guī)程時(shí)，我們總是希望所制定的軋制變形規(guī)程是最好的。一般說(shuō)來(lái)，最好的軋制變形規(guī) 程，在單位時(shí)間內(nèi)軋制產(chǎn)品的產(chǎn)量最高，產(chǎn)品的質(zhì)量最好，各種消耗( 包括電耗、燃料 消耗、金屬消耗、軋輥消耗等等) 最少，因此該產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益晟好。反之，如果軋制 變形規(guī)程不合理或不完全合理，則會(huì)使生產(chǎn)過(guò)程不順利，影響到產(chǎn)量、質(zhì)量，甚至無(wú)法 正常生產(chǎn)。軋制變形規(guī)程是軋制工藝的核心，對(duì)軋鋼生產(chǎn)至關(guān)重要。合理的制定軋制變 形規(guī)程，使軋制過(guò)程達(dá)到最佳狀態(tài)，是工藝設(shè)計(jì)人員所追求的目標(biāo)。 目前，在生產(chǎn)中制定軋制變形規(guī)程，如型鋼的孑l 型設(shè)計(jì)，板帶鋼的壓下規(guī)程等，一 般情況下還是以經(jīng)驗(yàn)法為主?？仔驮O(shè)計(jì)時(shí)展寬系數(shù)的確定、板帶鋼軋制時(shí)壓下量的確定 等還都是根據(jù)設(shè)計(jì)者的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定。雖然采用經(jīng)驗(yàn)法所確定的變形規(guī)程能夠滿(mǎn)足生 產(chǎn)要求，但不一定是最好的。我們不能夠以生產(chǎn)出產(chǎn)品為最終目的，而是要以最好的生 產(chǎn)工藝，優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗的進(jìn)行生產(chǎn)，這樣才能使產(chǎn)品有更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)能力。 要確定最優(yōu)的軋制變形規(guī)程，按通常的經(jīng)驗(yàn)法來(lái)制定要達(dá)到該目的是比較困難 的a 這是由于用經(jīng)驗(yàn)法確定某參數(shù)時(shí)，是在該參數(shù)的可行域內(nèi)憑經(jīng)驗(yàn)而確定的，很 難做到確定的該參數(shù)是最佳參數(shù)。在制定軋制變形規(guī)程時(shí)，有時(shí)我們可能制定出幾 個(gè)方案加以比較，擇優(yōu)選取。這個(gè)比較、選擇的過(guò)程，也可以說(shuō)是最原始的優(yōu)化過(guò) 程。擇優(yōu)選取，首先必須有多個(gè)方案，然后在這些方案中選擇較好的方案。在一定 河北理工學(xué)院碩士學(xué)位論文 的生產(chǎn)條件下，生產(chǎn)某個(gè)產(chǎn)品，在確定軋制變形規(guī)程時(shí)，所涉及到的方案很多，單 憑設(shè)計(jì)者的計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)是難以完成的。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的提高和普及，使用計(jì) 算機(jī)來(lái)完成這樣的任務(wù)才使之成為可能。確定最優(yōu)的軋制變形規(guī)程，稱(chēng)為軋制變形 規(guī)程的優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化設(shè)計(jì)( o p t i m a ld e s i g n ) 是指在一切可能的設(shè)計(jì)方案中尋求最 優(yōu)方案。這種尋優(yōu)過(guò)程需要大量的計(jì)算工作，繁重的計(jì)算工作若由人工來(lái)完成不僅 工作量大，而且是難以實(shí)現(xiàn)和完成的。 優(yōu)化設(shè)計(jì)是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)入工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域后，采用數(shù)學(xué)規(guī)劃的方法而發(fā)展 起來(lái)的設(shè)計(jì)方法。由于計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度和能力是人工計(jì)算所無(wú)法比擬的，這就可 將大量繁重的計(jì)算工作由計(jì)算機(jī)來(lái)完成，而建立數(shù)學(xué)模型、選擇優(yōu)化方法等智能型 工作由設(shè)計(jì)者來(lái)完成。這樣才能在眾多的設(shè)計(jì)方案中選擇最優(yōu)方案，以達(dá)到優(yōu)化設(shè) 計(jì)之目的。 在軋制變形規(guī)程優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，首先必須要明確優(yōu)化的目標(biāo)，也就是說(shuō)最優(yōu)指的是什 么最優(yōu)。我們所說(shuō)的最優(yōu)，都有一定的相對(duì)性，并且與我們所確定的尋優(yōu)目標(biāo)密切相 關(guān)。這個(gè)目標(biāo)是設(shè)計(jì)者對(duì)軋制過(guò)程提出來(lái)的具體要求，若用數(shù)學(xué)形式描述出來(lái)就稱(chēng)之為 目標(biāo)函數(shù)。最優(yōu)目標(biāo)的選擇。關(guān)系到所得結(jié)果是否合理可行。一般選擇最優(yōu)目標(biāo)是按照 生產(chǎn)過(guò)程的特點(diǎn)由設(shè)計(jì)者確定，以使生產(chǎn)工藝過(guò)程達(dá)到最佳，軋制產(chǎn)品達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高 產(chǎn)、低消耗【i 】。 1 2 軋制變形規(guī)程優(yōu)化設(shè)計(jì)的進(jìn)展 最優(yōu)化技術(shù)在二次大戰(zhàn)前主要是古典的微分法和變分法。在第二次世界大戰(zhàn) 中，由于軍事上的需要，提出了大量不能用上述古典方法解決的最優(yōu)化問(wèn)題。因而 產(chǎn)生了運(yùn)籌學(xué)，如線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、動(dòng)態(tài)規(guī)劃、圖論等方法。此后，隨著科 學(xué)技術(shù)的發(fā)展，最優(yōu)化理論和方法逐漸得到豐富和發(fā)展。 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用是當(dāng)前科學(xué)技術(shù)的重大突破。計(jì)算機(jī)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用促 進(jìn)了科技和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)的應(yīng)用和普及，為最優(yōu)化技術(shù)提供了有利的計(jì) 算工具。由于最優(yōu)化技術(shù)是在一切可能的方案中選擇最優(yōu)方案，需要大量的計(jì)算以 便進(jìn)行優(yōu)化。而計(jì)算機(jī)為這種繁重的計(jì)算創(chuàng)造了條件，使得最優(yōu)化技術(shù)快速的發(fā)展 起來(lái)a 也可以說(shuō)，最優(yōu)化技術(shù)發(fā)展是以計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展為基礎(chǔ)的。 河北理工學(xué)院碩士學(xué)位論文 在軋鋼生產(chǎn)中，最優(yōu)化技術(shù)用于軋制變形規(guī)程的設(shè)計(jì)較為廣泛。例如，型鋼生 產(chǎn)中的孔型設(shè)計(jì)，板帶鋼軋制過(guò)程中的壓下規(guī)程設(shè)計(jì)以及高速線材軋機(jī)精軋機(jī)的微 恒張力設(shè)計(jì)等，采用優(yōu)化方法進(jìn)行設(shè)計(jì)已較為普遍。最優(yōu)化技術(shù)在軋制變形規(guī)程中 的應(yīng)用，不但能夠使軋制過(guò)程趨于最優(yōu)，而且使軋制規(guī)程的制定，由技藝向工程科 學(xué)邁進(jìn)。 型鋼孔型設(shè)計(jì)、板帶鋼壓下規(guī)程設(shè)計(jì)等傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是按照經(jīng)驗(yàn)所確定的變形系 數(shù)和變形率來(lái)設(shè)計(jì)孔型和壓下制度。這種設(shè)計(jì)方法已不適應(yīng)現(xiàn)代化的生產(chǎn)方式。因?yàn)殡S 著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)技術(shù)水平在不斷提高，產(chǎn)品的技術(shù)要求也在不斷提高，并且要 求軋制過(guò)程達(dá)最優(yōu)狀態(tài)。所以用最優(yōu)化方法確定軋制變形規(guī)程是必然的趨勢(shì)。 最優(yōu)化技術(shù)雖然發(fā)展較早，但是應(yīng)用于軋制變形規(guī)程的設(shè)計(jì)始于7 0 年代，發(fā)展 于8 0 年代，是在計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)上而發(fā)展的。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) ( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ) 早在5 0 年代就開(kāi)始應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)。隨著計(jì)算機(jī)的廣泛 應(yīng)用和計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展、提高，計(jì)算機(jī)輔助功能越來(lái)越廣泛。計(jì)算機(jī)輔助功 能應(yīng)用于軋鋼孔型設(shè)計(jì)，即c a r d ( c o m p u t e ra i d e dr o l lp a s sd e s i g n ) 。計(jì)算機(jī)輔 助孔型設(shè)計(jì)( c a r d ) 是在傳統(tǒng)孔型設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算能力和 圖形顯示能力，計(jì)算孔型設(shè)計(jì)所必須的參數(shù)，檢驗(yàn)必要的限制條件，適時(shí)地在屏幕 或其它輸出設(shè)備上顯示設(shè)計(jì)結(jié)果。c a r d 技術(shù)可減少人工設(shè)計(jì)時(shí)繁瑣計(jì)算、畫(huà)圖等 重復(fù)性工作，還能進(jìn)行模擬和優(yōu)化，取得優(yōu)化孔型設(shè)計(jì)結(jié)果。由于c a r d 技術(shù)具有 計(jì)算速度快、精度高、結(jié)果可靠等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)得到迅速發(fā)展【2 l 。 c a r d 在8 0 年代得到迅速發(fā)展，并且在生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。計(jì)算機(jī)輔助孔型 設(shè)計(jì)，可以縮短設(shè)計(jì)周期，計(jì)算精確，并可選擇設(shè)計(jì)方案，通過(guò)繪圖儀可直接得到 符合工程要求的孔型圖。將最優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用于計(jì)算機(jī)輔助孔型設(shè)計(jì)，是計(jì)算機(jī)輔助 功能的開(kāi)發(fā)和發(fā)展，也是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的必然發(fā)展趨勢(shì)。 最優(yōu)化技術(shù)在軋制變形規(guī)程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，對(duì)軋鋼生產(chǎn)向最佳化邁進(jìn)是重要的 一步，而且對(duì)于現(xiàn)代化軋鋼生產(chǎn)也是非常必要的。型鋼的孔型設(shè)計(jì)憑經(jīng)驗(yàn)難以完成 最優(yōu)的孔型設(shè)計(jì)。而通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型、確定目標(biāo)函數(shù)和約束條件、選用合適的優(yōu) 化方法而得到的結(jié)果是所有可能方案中的最佳方案。這種建立在科學(xué)分析基礎(chǔ)上的 工藝制度，才能適應(yīng)于現(xiàn)代化的軋鋼生產(chǎn)。 d 河北理工學(xué)院碩士學(xué)位論文 隨著軋制理論體系的完善和最優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展，最優(yōu)化技術(shù)在軋制領(lǐng)域的應(yīng)用 也會(huì)不斷提高和擴(kuò)大，并且將使軋制技術(shù)水平向更高層次發(fā)展。 1 3 最優(yōu)化技術(shù)在軋鋼生產(chǎn)中的應(yīng)用 軋鋼生產(chǎn)過(guò)程是一個(gè)系統(tǒng)工程，由原料到成品需要多個(gè)生產(chǎn)工序，這些工序存 在最優(yōu)組合問(wèn)題。軋制產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程不是唯一的，各機(jī)組間的銜接、匹配也存在 最優(yōu)化問(wèn)題。軋鋼生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化對(duì)降低軋制產(chǎn)品的成本，提高軋制產(chǎn)品的質(zhì)量有顯 著作用。 要達(dá)到上述問(wèn)題的最優(yōu)化，需要將生產(chǎn)中的有關(guān)目標(biāo)用數(shù)學(xué)模型表示出來(lái)，然 后采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄇ蟮米顑?yōu)解。數(shù)學(xué)模型的建立是關(guān)鍵的一步，并且與優(yōu)化結(jié)果有 關(guān)。所以在建立數(shù)學(xué)模型時(shí)，既要考慮到能夠真實(shí)全面反映實(shí)際軋制過(guò)程，又要使 數(shù)學(xué)模型盡量簡(jiǎn)化，以便于求解。優(yōu)化方法的選擇，是依據(jù)目標(biāo)函數(shù)的性質(zhì)和約束 條件而確定的。 用于塑性加工方面的優(yōu)化方法，可以分成以下幾類(lèi)： ( 1 ) 試驗(yàn)與模擬( t e s ta n ds i m u l a t i o n ) 方法 對(duì)某生產(chǎn)過(guò)程通過(guò)安排試驗(yàn)，回歸出統(tǒng)計(jì)模型。這種方法廣泛應(yīng)用于評(píng)價(jià)各工 藝參數(shù)對(duì)研究問(wèn)題的影響程度，以便合理確定工藝參數(shù)。例如，鋼材的化學(xué)成分與 性能的關(guān)系，可以通過(guò)正交試驗(yàn)而得出屈服強(qiáng)度與化學(xué)成分的回歸統(tǒng)計(jì)式。為提高 鋼材的屈服強(qiáng)度，可以通過(guò)適當(dāng)調(diào)整化學(xué)成分來(lái)達(dá)到。這也是一種尋優(yōu)的過(guò)程。 模擬可以分為物理模擬和數(shù)學(xué)模擬。物理模擬是通過(guò)相似原理進(jìn)行模擬試驗(yàn)， 經(jīng)過(guò)系統(tǒng)評(píng)價(jià)，確定最優(yōu)方案。例如通過(guò)軋制鉛、塑性蠟?zāi)嗟溶埣?lái)模擬熱軋鋼， 以確定生產(chǎn)中的最佳工藝參數(shù)。數(shù)學(xué)模擬是將所研究的對(duì)象設(shè)計(jì)成與該對(duì)象或其變 化過(guò)程相似的數(shù)學(xué)模型，然后通過(guò)數(shù)學(xué)模型來(lái)間接研究這個(gè)對(duì)象或其變化過(guò)程。數(shù) 學(xué)模擬是廣泛采用的一種模擬研究方法。 ( 2 ) 數(shù)學(xué)規(guī)劃( m a t h e m a t i c a l p r o g r a m m i n g ) 方法 對(duì)所研究的對(duì)象建立數(shù)學(xué)模型，通過(guò)數(shù)學(xué)規(guī)劃的方法，得出研究對(duì)象的最優(yōu) 解。數(shù)學(xué)規(guī)劃屬于運(yùn)籌學(xué)內(nèi)容，是確定型的研究方法。數(shù)學(xué)規(guī)劃可以分為線性規(guī) - 5 河北理工學(xué)院碩士學(xué)位論文 劃、非線性規(guī)劃、動(dòng)態(tài)規(guī)劃和多項(xiàng)目標(biāo)規(guī)劃等。例如，采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法確定板帶鋼 軋制能耗最小的壓下規(guī)程，可實(shí)現(xiàn)節(jié)省軋制能耗。 動(dòng)態(tài)規(guī)劃法是解多階段決策過(guò)程最優(yōu)化的一種方法。這種最優(yōu)化方法產(chǎn)生在5 0 年代，1 9 5 1 年美國(guó)數(shù)學(xué)家r - b e l l m a n 等人，根據(jù)一類(lèi)多階段決策問(wèn)題的特點(diǎn)，把 多階段決策問(wèn)題表示成一系列的單階段問(wèn)題提出了解決這一類(lèi)問(wèn)題的“最優(yōu)化原 理”。并將其應(yīng)用于很多實(shí)際問(wèn)題，從而形成了數(shù)學(xué)規(guī)劃中的一個(gè)重要分支一動(dòng)態(tài) 規(guī)劃。經(jīng)大量查閱資料【3 】 4 l 【5 1 1 6 】【7 】嘲在軋制變形規(guī)程優(yōu)化設(shè)計(jì)中，動(dòng)態(tài)規(guī)劃法采用的 最為廣泛。 動(dòng)態(tài)規(guī)劃法就是按過(guò)程的幾個(gè)階段分為幾步，計(jì)算的方向與所走的方向相反， 即從最后一段開(kāi)始計(jì)算到第一段。每一步都要做出決策，即每一步都要決定從哪條 路走。計(jì)算下一步時(shí)都要利用上一步的計(jì)算結(jié)果，故為迭代法。 動(dòng)態(tài)規(guī)劃法與窮舉法相比較，其優(yōu)點(diǎn)如下： i ) 可減少計(jì)算工作量當(dāng)段數(shù)很多時(shí)，各段的不同選擇很多時(shí)，動(dòng)態(tài)規(guī)劃 法這一優(yōu)點(diǎn)更為突出。且動(dòng)態(tài)規(guī)劃法實(shí)質(zhì)上是采用迭代法進(jìn)行計(jì)算的，這便于利用 計(jì)算機(jī)計(jì)算。 i i ) 豐富了計(jì)算結(jié)果用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法計(jì)算，不僅得到從起點(diǎn)出發(fā)到終點(diǎn)的最 優(yōu)路徑及其相應(yīng)的函數(shù)值，而且得到從各階段各點(diǎn)出發(fā)到終點(diǎn)的最優(yōu)路徑及其函數(shù) 值。這對(duì)許多實(shí)際問(wèn)題來(lái)說(shuō)是很有用的，在那些問(wèn)題中，希望知道的不僅是從某一 段的某一狀態(tài)出發(fā)的最優(yōu)決策，而是從許多段的許多狀態(tài)出發(fā)的最優(yōu)決策，也就是 說(shuō)，要求的是一族而不是一個(gè)最優(yōu)決策。動(dòng)態(tài)規(guī)劃法使我們能求出整族的最優(yōu)決 策。 所以動(dòng)態(tài)規(guī)劃法是解決多階段決策問(wèn)題的有效方法。 ( 3 ) 決策分析( d e c i s i o n a n a l y s i s ) 和專(zhuān)家系統(tǒng)( e x p e r t s y s t e m ) 決策分析是運(yùn)籌學(xué)中的內(nèi)容之一，包括排隊(duì)論、存貯論、價(jià)值論和決策論等。 軋鋼生產(chǎn)的物流優(yōu)化，各機(jī)組的銜接和匹配等則可通過(guò)排隊(duì)論進(jìn)行優(yōu)化。專(zhuān)家系統(tǒng) 是指具有專(zhuān)家水平解決復(fù)雜專(zhuān)業(yè)問(wèn)題的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，在確定求解問(wèn)題之后專(zhuān)家 系統(tǒng)可通過(guò)推理、判斷而得出最優(yōu)結(jié)果。但是專(zhuān)家系統(tǒng)不能代替人工智能，它是將 6 河北理工學(xué)院碩士學(xué)位論文 專(zhuān)家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)通過(guò)整理存入知識(shí)庫(kù)，然后根據(jù)具體問(wèn)題利用知識(shí)庫(kù)來(lái)求解專(zhuān)門(mén) 問(wèn)題。 優(yōu)化技術(shù)在軋鋼生產(chǎn)中的應(yīng)用，已經(jīng)引起了軋鋼工作者的關(guān)注，在國(guó)內(nèi)外有關(guān)資料 中有許多報(bào)道。在軋鋼生產(chǎn)中，采用優(yōu)化技術(shù)已取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。隨 著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及和推廣，最優(yōu)化技術(shù)在軋鋼生產(chǎn)中的應(yīng)用前景會(huì)更加廣闊，掌握優(yōu) 化技術(shù)對(duì)于實(shí)現(xiàn)軋制過(guò)程優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗有著十分重要的意義。 1 4 課題問(wèn)題的提出和研究?jī)?nèi)容 唐鋼中型廠通常軋制n o 1 2 、n o 1 4 角鋼，為了開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，而在原有設(shè)備基礎(chǔ) 上軋制n o 1 8 、n o z 0 角鋼。n o 1 8 、n o 2 0 角鋼是大型軋機(jī)的下限產(chǎn)品。中型軋機(jī) 軋制大型下限產(chǎn)品，這樣帶來(lái)系列問(wèn)題，因?yàn)楫a(chǎn)品規(guī)格的增大，軋制角鋼的孔型 系統(tǒng)的槽深必然加大，軋輥的工作直徑減小，軋輥強(qiáng)度減弱，從另一方面來(lái)說(shuō)，軋 件與軋輥的接觸面積增大，軋制力增大，而通常設(shè)計(jì)某一道次壓下量大，就容易斷 輥。從總體來(lái)看，有的軋機(jī)負(fù)荷大，有的軋機(jī)負(fù)荷小，且軋機(jī)負(fù)荷分布不均勻，而 軋機(jī)負(fù)荷大的軋機(jī)處于一種臨界狀態(tài)運(yùn)行，極易帶來(lái)生產(chǎn)事故。為了解決這個(gè)問(wèn) 題，使軋機(jī)壓力，軋機(jī)負(fù)荷分配( 軋件的壓下量) 更為合理，所以對(duì)軋機(jī)負(fù)荷進(jìn)行均 衡優(yōu)化非常必要。 本文介紹的是在開(kāi)軋溫度一定的條件下，通過(guò)調(diào)整粗、精軋機(jī)組的壓下量來(lái)實(shí) 現(xiàn)粗、精軋機(jī)組軋制負(fù)荷的相對(duì)均衡。通過(guò)選擇壓下量達(dá)到負(fù)荷均衡優(yōu)化的目的， 對(duì)于粗、精軋機(jī)組來(lái)說(shuō)是可以實(shí)現(xiàn)的。 角鋼屬常用型鋼，其孔型系統(tǒng)為延伸孔型和蝶式孔型構(gòu)成。蝶式孔的設(shè)計(jì)，常 采用分配壓下系數(shù)和壓下量的方法來(lái)構(gòu)成孔型。雖然這樣構(gòu)成的蝶式孔能滿(mǎn)足工藝 要求，但沒(méi)有考慮到軋制能耗及較準(zhǔn)確的軋制負(fù)荷，因此在進(jìn)行蝶式孔設(shè)計(jì)時(shí)，軋 機(jī)負(fù)荷均衡，可按優(yōu)化方法來(lái)確定蝶式孔壓下量或壓下系數(shù)。進(jìn)行軋制角鋼的孔型 設(shè)計(jì)中，使軋制負(fù)荷均衡，能夠充分發(fā)揮軋機(jī)的生產(chǎn)能力，并且能夠防止事故。軋 制負(fù)荷不均衡，是造成斷輥的原因之一。 均衡負(fù)荷、一般有兩種方法：改變孔型尺寸和調(diào)整輥縫。在現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際生產(chǎn)中， 目前主要是依靠調(diào)整輥縫來(lái)均衡負(fù)荷。這一過(guò)程完全靠現(xiàn)場(chǎng)工人憑經(jīng)驗(yàn)手工操作完 7 河北理工學(xué)院碩士學(xué)位論文 成。這不但增加了操作難度，而且給準(zhǔn)確控制軋件精度帶來(lái)了困難，并且調(diào)整后又 出現(xiàn)了新的不均衡現(xiàn)象。因此，現(xiàn)場(chǎng)希望通過(guò)改變孔型尺寸來(lái)實(shí)現(xiàn)軋制負(fù)荷的均 衡。這就要求用優(yōu)化方法確定軋機(jī)負(fù)荷均衡的孔型尺寸。 中型軋機(jī)軋制大號(hào)角鋼處于臨界狀態(tài)軋制，憑經(jīng)驗(yàn)難以完成最優(yōu)的孔型設(shè)計(jì)。 而通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型、確定負(fù)荷均衡為目標(biāo)函數(shù)，在一定的約束條件下選用合適的 優(yōu)化方法而得到的結(jié)果是所有可能方案中的最佳方案。這種建立在科學(xué)分析基礎(chǔ)上 的工藝制度，才能適應(yīng)于現(xiàn)代化的軋鋼生產(chǎn)。 針對(duì)以上情況，本文的研究包括以下幾方面的內(nèi)容： 1 建立軋機(jī)負(fù)荷的數(shù)學(xué)模型： 包括變形抗力計(jì)算，接觸面積計(jì)算，軋件斷面面積計(jì)算和力能參數(shù)計(jì)算等幾部 分內(nèi)容?？紤]現(xiàn)場(chǎng)中實(shí)際影響因素，對(duì)傳統(tǒng)公式進(jìn)行修正，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立 一套適合唐鋼中型生產(chǎn)的軋機(jī)負(fù)荷計(jì)算式。 2 以負(fù)荷均衡為目標(biāo)函數(shù)，采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法為優(yōu)化方法進(jìn)行優(yōu)化。 3 編制軋制負(fù)荷計(jì)算和優(yōu)化軟件，并給出軋制負(fù)荷均衡的孔型圖。 4 對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行分析。 研究中型軋制過(guò)程中的負(fù)荷分布并對(duì)其進(jìn)行均衡優(yōu)化具有十分重要的意義： 目前，盡管中國(guó)已成為一個(gè)世界鋼鐵大國(guó)，但從世界工業(yè)技術(shù)蓬勃發(fā)展的新形 勢(shì)看，中國(guó)還處在技術(shù)落后的地位，在產(chǎn)品的品種、質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上與先進(jìn)產(chǎn)鋼 國(guó)存在著不小的差距。這種現(xiàn)狀對(duì)處于經(jīng)濟(jì)和鋼鐵工業(yè)發(fā)展、改革關(guān)鍵時(shí)期的中國(guó) 來(lái)說(shuō)，既是難得的機(jī)遇，也面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。 在型鋼生產(chǎn)過(guò)程中，為正確確定各架軋機(jī)的軋制規(guī)程( 設(shè)定各機(jī)架的輥縫和速 度等) ，首先必須確定合理的負(fù)荷分配，即在一定的軋制條件下( 軋件的鋼種、厚 度、寬度、溫度等) 的壓下量分配。從本質(zhì)上講，負(fù)荷分配決定t 車(chē)l u 過(guò)程的狀態(tài) 特性。其合理與否，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、軋制設(shè)備調(diào)整和事故的多少均有重要的影響f 9 1 。 我國(guó)型線材產(chǎn)品已處于國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)浪潮之中，為適應(yīng)這一形勢(shì)，當(dāng)務(wù)之急 是降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，這樣才能使型線材生產(chǎn)廠在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中得以生存 和發(fā)展。降低生產(chǎn)成本主要措施是降低能耗燃料與電能消耗、金屬消耗、軋輥 消耗、水的消耗。采用以能耗最少為目標(biāo)函數(shù)的計(jì)算機(jī)優(yōu)化孔型輔助設(shè)計(jì)，可節(jié)約 河北理工學(xué)院碩士學(xué)位論文 軋制能耗，同時(shí)可取得使孔型磨損較均勻和產(chǎn)品質(zhì)量較好的效果；使用合理的孔型 設(shè)計(jì)和導(dǎo)衛(wèi)裝置，并對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，使軋制過(guò)程穩(wěn)定，可提高產(chǎn)品合格率，減少或 消除產(chǎn)品缺陷或中間因軋卡等造成的廢品，從而降低金屬消耗；負(fù)荷均衡可保證軋 制過(guò)程穩(wěn)定，軋輥磨損較為均勻，最終達(dá)到節(jié)約軋輥消耗的目的【1 0 】。 經(jīng)大量查閱資料可知，在冷軋、熱軋板帶、棒材、高速線材領(lǐng)域，有關(guān)于軋制 負(fù)荷分布優(yōu)化研究的報(bào)道，但在型材生產(chǎn)領(lǐng)域未見(jiàn)報(bào)道。n o 2 0 角鋼利用優(yōu)化方法 進(jìn)行負(fù)荷分配研究是一個(gè)創(chuàng)新。總之，進(jìn)行軋制過(guò)程的負(fù)荷均衡優(yōu)化對(duì)保證設(shè)備正 常運(yùn)行、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低軋制能耗等具有十分重要的意義。 河北理工學(xué)院碩士學(xué)位論文 第二章數(shù)學(xué)模型的建立 2 1 變形阻力模型的建立 2 1 1 實(shí)驗(yàn)研究 2 1 1 ，1 實(shí)驗(yàn)條件 變形阻力試驗(yàn)在東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動(dòng)化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。唐鋼中 型廠所用鋼種為1 6 m n ，故本試驗(yàn)所用鋼種為t 6 m n ，加工成書(shū)8 1 0 m m 的圓柱試 件。1 6 m n 鋼的化學(xué)成分如下所示： 表2 11 6 m n 化學(xué)成分表( ) t a b l e2 1t a b l eo fc h e m i c c o m p o n e n t o f1 6 m n ( ) 2 1 1 2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)及功能 試驗(yàn)所用的設(shè)備為熱模擬試驗(yàn)機(jī)，型號(hào)為m o d e lg l e e b l e - - - 1 5 0 0 ，生產(chǎn)廠家為美 國(guó)的d u f f e r s 1 1 】。整個(gè)試驗(yàn)在計(jì)算機(jī)控制下進(jìn)行。該機(jī)可同時(shí)實(shí)現(xiàn)力學(xué)系統(tǒng)及加熱系 統(tǒng)的精確控制，是一臺(tái)理想的動(dòng)態(tài)材料試驗(yàn)機(jī)。 熱模擬試驗(yàn)機(jī)由三個(gè)主要控制系統(tǒng)和五部分設(shè)備單元構(gòu)成。另外有許多輔助設(shè) 備，增強(qiáng)了設(shè)備的功能和試驗(yàn)?zāi)芰?。三個(gè)主要的控制系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，熱學(xué) 控制系統(tǒng)和力學(xué)控制系統(tǒng)。設(shè)備的五個(gè)單元是由計(jì)算機(jī)終端、主控單元、試驗(yàn)單 元、液壓動(dòng)力單元、真空單元構(gòu)成。其它輔助設(shè)備有淬火系統(tǒng)、繪圖儀和氣壓機(jī) 等。采用語(yǔ)言為g p l ( g l e e b l ep r o g r a m i n g l a n g u a g e ) 。 g l e e b l e - - - 1 5 0 0 加熱系統(tǒng)主要由加熱變壓器、溫度測(cè)量與控制系統(tǒng)以及冷卻系統(tǒng) 三部分組成1 1 2 1o 當(dāng)?shù)皖l( 電源頻率) 電流通過(guò)試件時(shí)，試件靠自身的電阻被加熱， 因金屬與合金體的電阻相當(dāng)均勻，所以熱量均勻通過(guò)試件，集膚效應(yīng)可忽略不計(jì)。 在均溫區(qū)，試件表面與芯部的溫度梯度可近似的看作零，用焊在試件表面的一對(duì)熱 電偶測(cè)量溫度。加熱系統(tǒng)為伺服閉環(huán)控制回路，可實(shí)現(xiàn)溫度的精確測(cè)量。力學(xué)系統(tǒng) 也是一個(gè)伺服系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)載荷控制、位移控制或應(yīng)變控制。該設(shè)備的重要輔件包 - 1 0 - 河北理工學(xué)院碩士學(xué)位論文 括載荷傳感器、軸向傳感器和徑向傳感器等。為了保證降溫及保溫過(guò)程中試件與壓 頭的良好接觸( 不致因體積變化而脫落) ，設(shè)備上的空氣彈簧起著重要的作用。 g l e e b l e 一1 5 0 0 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)功能較強(qiáng)，采樣時(shí)間短至零點(diǎn)幾秒，長(zhǎng)至3 8 小 時(shí)。采樣速度率可根據(jù)需要設(shè)定，從每?jī)擅胍粋€(gè)試樣至每秒5 0 k h z 該設(shè)備可以完成金屬力學(xué)性能的測(cè)試工作。試驗(yàn)內(nèi)容有形變過(guò)程中變形抗力的 測(cè)定及制定變形抗力圖。測(cè)定塑性指標(biāo)和制定塑性圖。應(yīng)力應(yīng)變曲線的制定，變形 過(guò)程中的連續(xù)控制，變形過(guò)程對(duì)材料性能的影響，形變誘導(dǎo)相變。形變誘導(dǎo)析出、 形變熱處理【1 3 】。 該設(shè)備可以模擬熔煉及連續(xù)鑄造工藝、常規(guī)軋制、控制軋制工藝、鍛造工藝、 擠壓工藝、焊接工藝以及粉末冶金工藝、燒結(jié)工藝、及雙金屬?gòu)?fù)合加工工藝、控制 冷卻加工工藝等。 2 1 1 3 試驗(yàn)方法 試驗(yàn)在東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動(dòng)化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，利用g l e e b l e 1 5 0 0 熱模擬試驗(yàn)機(jī)，試樣為巾8 1 0 m m ，在真空條件下加熱試樣到設(shè)定溫度，保溫 1 分鐘后進(jìn)行壓縮。試驗(yàn)時(shí)，采用低頻電流加熱試樣，并充入氬氣來(lái)防止試樣氧 化。利用焊接在試樣表面的熱電偶來(lái)測(cè)量溫度，通過(guò)溫度反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可使試樣 溫度精確地達(dá)到預(yù)期溫度，誤差不超過(guò)2 。在變形速率的控制方面，采用電液伺 服閥，用無(wú)級(jí)調(diào)速來(lái)實(shí)現(xiàn)變形速率的恒定。運(yùn)行時(shí)，計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的要求，控制 熱模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)的變形工藝，并將試驗(yàn)中的壓力、位移、時(shí)間、應(yīng)力和溫度等信號(hào)瞬 時(shí)采集儲(chǔ)存，并同時(shí)以曲線的形式輸出。變形條件為：變形溫度t = 9 5 0 。c 1 1 5 0 。c ， 變形程度= o 2 0 5 ，變形速率= l - 2 0 s 一。 2 1 2 變形阻力模型的建立 金屬材料的變形阻力是指金屬在定的變形條件下進(jìn)行塑性變形時(shí)于單位橫截面積 上抵抗此變形的能力1 4 1 。變形阻力的大小與變形時(shí)刻的工藝條件有密切的關(guān)系。建立正 確反映金屬材料力能參數(shù)與熱變形工藝參數(shù)的數(shù)學(xué)模型，可實(shí)現(xiàn)軋制過(guò)程的計(jì)算機(jī)模 擬，從而達(dá)到優(yōu)化熱軋工藝過(guò)程，進(jìn)步提高鋼材的力學(xué)陛能和組織性能水平之目的。 河北理工學(xué)院碩士學(xué)位論文 本文通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定1 6 m n 在熱變形過(guò)程中的數(shù)據(jù)，研究變形抗力與變形溫度、 變形程度及應(yīng)變速率之間的關(guān)系，以期得到一個(gè)能比較精確描述1 6 m n 鋼變形阻力 的模型。 2 1 2 1 試驗(yàn)結(jié)果及分析 1 變形溫度對(duì)變形阻力的影響 9 9 1 咖1 咖1 1 1 1 圖2 1 不同j 時(shí)，1 6 m n 鋼的6 t 曲線 f i g 2 1o - tc u r v eo f1 6 m na td i f f e r e n t 毒 - 1 2 河北理工學(xué)院碩士學(xué)位論文 亨蓄爹季z z o 一 圖2 3 變形阻力。與變形速率0 的關(guān)系曲線 f i g 2 3r e l a t i o nc l l r v eo f d i s t o r t i o n r e s i s t a n c e o a n dd i s t o r t i o ns p e e d j 1 3 河北理工學(xué)院碩士學(xué)位論文 按試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到圖2 3 ，變形阻力與變形速率的關(guān)系曲線。由圖2 3 可知，隨 變形速率增大，變形阻力在不同的變形溫度下都要上升。在變形程度較大時(shí)，變形 阻力的上升趨勢(shì)更為明顯。 3 變形程度對(duì)變形阻力的影響 2 1 0 瑚 b 1 7 0 “日 f t * 。t ， 1 i d 1 嘣0 2 5咖0 * 0 4 00 4 50 圖2 4 不同變形速度條件下盯一占關(guān)系曲線 f i g 2 4r e l a t i o nc u r v eo f 0 一ea td i s t o r t i o ns p e e d 按試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到圖2 4 所示的變形阻力與變形程度的關(guān)系曲線。由圖可以看 出，變形阻力在較低變形速率下( k = 1 ) 和在較高的溫度下隨變形程度增加逐漸升 高然后有下降的趨勢(shì)。在其他的變形速率下( 0 = 5 、1 5 、2 0 ) ，變形阻力隨變形程 度增大而增大【1 5 】。 1 4 w帕”m t d ：口 主一 ；霾 三二三萋鎏 河北理工學(xué)院碩士學(xué)位論文 2 i 2 2 變形阻力數(shù)學(xué)模型的建立 金屬塑性變形阻力的大小，決定于金屬的化學(xué)成分、金屬的組織、加工溫度、變形 速度以及與這些有關(guān)的各個(gè)過(guò)程，如加工硬化、再結(jié)晶、動(dòng)態(tài)恢復(fù)、靜態(tài)恢復(fù)等。這些 因素通過(guò)金屬的內(nèi)部影響變形阻力的大小?？梢杂孟率鲫P(guān)系表述： 仃= 如，r ，”，z ) ( 2 i ) 式中： z 一金屬的化學(xué)成分和組織； t 變形溫度； u 一變形速度； y 一變形程度； f 一相鄰加工道次間時(shí)間間隔，或稱(chēng)變形歷史的影響。 經(jīng)過(guò)大量的研究表明，合金元素對(duì)鋼變形阻力影響的復(fù)雜性，企圖用一個(gè)數(shù)學(xué)模 型，把諸合金包羅萬(wàn)象的放到變形阻力數(shù)學(xué)模型之中，表述合金元素對(duì)變形阻力的影 響，不僅是相當(dāng)復(fù)雜、數(shù)學(xué)模型相當(dāng)冗長(zhǎng)，而且也難以實(shí)現(xiàn)。即使得到了其變形阻力數(shù) 學(xué)模型，也不便計(jì)算機(jī)在線控制軋鋼生產(chǎn)采用，而且其計(jì)算精度勢(shì)必不高。為此，周紀(jì) 華、管克智采用各鋼種為單元，按鋼種建立變形阻力數(shù)學(xué)模型。這不僅可以簡(jiǎn)化變形阻 力數(shù)學(xué)模型的結(jié)構(gòu)便于計(jì)算機(jī)在線控制軋鋼生產(chǎn)使用，而且其變形阻力計(jì)算精度也較 高。 周紀(jì)華、管克智采用凸輪式高速形變?cè)囼?yàn)機(jī)，在廣泛的變形溫度、變形速度和變 形程度范圍內(nèi)，測(cè)定了各種碳鋼、低合金鋼和合金鋼等的變形阻力，在詳細(xì)地分析了變 形溫度、變形速度和變形程度對(duì)變形阻力的影響關(guān)系的基礎(chǔ)上，以鋼種為單元，擬訂以 下幾個(gè)變形阻力數(shù)學(xué)模型，并采用非線性回歸分析，得到各回歸系數(shù)的值和回歸方差 【1 6 】。 仃= c r o 唧h r 塢) ( 劫“q 卜( 志) “山。叫去 c z 仃= c r o e d 爭(zhēng)+ ( 嵩) 4 “ 吼( 孟) “一瓴_ 1 ) 擊 c z 河北理工學(xué)院碩士學(xué)位論文 x p ( a f + a 2 甜”，“ 旺。， c r = e x p ( ；+ d ： ( 希 。+ “ c z s ， 盯= e x p 。，+ 口：) ( 蓋 。7 + “k ， c ：s ， 盯= e x p ( 爭(zhēng)+ 日：) ( 蓋 。7 + “k ， c z ， k ，= b o + 6 t ，+ 6 2 y 2 + 6 ，y 3 式中oo 、a l a 6 、b o m b 3 、r 卜回歸系數(shù)，其值取決于鋼種。 周紀(jì)華、管克智等人詳情地分析了部分鋼和合金采用式( 2 2 ) 至式( 2 7 ) 的結(jié)構(gòu)型式， 做非線性回歸分析，得到各回歸系數(shù)值和回歸方差( 擬和精度) 。分析回歸方差表明， 采用式( 2 2 ) 結(jié)構(gòu)型式的變形阻力數(shù)學(xué)模型，不僅其回歸方差普遍小于式( 2 、3 ) 至式( 2 7 ) ；結(jié) 構(gòu)的數(shù)學(xué)模型，而且其數(shù)學(xué)模型的結(jié)構(gòu)也較簡(jiǎn)單，便于計(jì)算機(jī)在線控制軋鋼生產(chǎn)和設(shè)計(jì) 計(jì)算使用。 所以1 6 m n 的變形阻力數(shù)學(xué)模型采用( 2 2 ) 式的結(jié)構(gòu)型式，見(jiàn)式佗8 】。 式中：t = t + 2 7 3 ： 吼一基準(zhǔn)變形阻力，即t = 1 0 0 0 。c 、s = 0 4 和舌= 1 0 s 1 時(shí)的變形阻力( m p a ) t 一變形溫度； 0 變形速度： 占一變形程度( 對(duì)數(shù)應(yīng)變) ： 盯。、a l a r 回歸系數(shù)，其值取決于鋼種。 - 1 6 、一4甸三 h d o 一 三啪k q 一 哎廠 強(qiáng) 生 一插 河北理工學(xué)院碩士學(xué)位論文 按照式( 2 8 ) 結(jié)構(gòu)的變形阻力數(shù)學(xué)模型，根據(jù)試驗(yàn)中測(cè)得的應(yīng)力一應(yīng)變曲線規(guī)律， 對(duì)1 6 m n 鋼高溫變形曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行l(wèi) e v e n b e r g m a r q u a r d t 多元非線性回歸【1 7 l l 協(xié)l ，得出 ( 2 8 ) 式模型系數(shù)和變形阻力基值如下： 表2 2 變形阻力模型系數(shù)表 t a b l e2 2m o d u l u st a b l eo f d i s t o r t i o nr e s i s t a n c e 由此得出叟彤抗力時(shí)數(shù)字模型為 c r = - 4 。e x p ( - 27 , 0 6 x 志+ 3 , 4 6 0 9 ) ( 嗇 。2 3 5 1 。i 孟一。2 1 6 3 2 6 2 s - “”“s z s ，志i 錯(cuò)誤類(lèi)型： e e 0 5 1 3e e 1 1 7e e 2 3 0 ( 2 9 ) e e f 0 ”0 1 ”，故回歸方程高度顯著。 射聯(lián)系數(shù)舷1 毒觀9 9 1 8 1 7 河北理工學(xué)院碩士學(xué)位論文 剩余標(biāo)準(zhǔn)差：s ，：、旦：4 3 5 9 2 m p a 。 v 門(mén)一m 取信度口= 0 1 ，f = 1 1 7 ，查表得f 0 0 1 1 1 7 = 2 ，6 1 7 ，故有9 0 的把握認(rèn)為計(jì)算值的精 度范圍在吒1 1 0 7 1 s y = 7 2 2 7 6 m p a 之內(nèi)1 9 1 。 2 ，1 3 計(jì)算值與實(shí)測(cè)值比較 1 6 m n 鋼的變形阻力的由式( 2 9 ) 計(jì)算得出的計(jì)算值和實(shí)測(cè)值及誤差見(jiàn)附錄a 。 1 6 m n 鋼在溫度為9 0 0 。c 1 1 5 0 。c ，變形速率為1 2 0 s ，變形程度為0 2 0 5 變形條件下的比較見(jiàn)圖2 5 。 主 善 翼 體 圖2 51 6 m n 變形阻力的計(jì)算值和實(shí)測(cè)值的比較 f i 9 2 5c o m p a r i s o no f o b e t w e e nn u m e r i c a lv a l u e o f c a l c u l a t i n g a n d m e a s u r i n g i nf a c t 由上圖可以看出，點(diǎn)在直線段周?chē)姆植急容^均勻，說(shuō)明計(jì)算值和實(shí)測(cè)值比較 接近。 2 2 溫降模型的建立 軋制過(guò)程中，軋件的溫降對(duì)變形制度、加熱制度及軋后冷卻方式等有重要影 響。在軋制過(guò)程中，由于軋件的斷面不斷發(fā)生變化，軋件周?chē)膿Q熱條件復(fù)雜，變 形熱對(duì)溫降也有很大影響，給分析軋件溫度變化增加了巨大困難。隨著計(jì)算機(jī)的普 一1 8 河北理工學(xué)院碩士學(xué)位論文 及，數(shù)值計(jì)算方法得到了很大發(fā)展【2 0 l 。目前，已有人用數(shù)值方法分析了某些軋制工 藝下軋件溫降規(guī)律，獲得了一些有用結(jié)果【2 ”。本文通過(guò)對(duì)典型工藝條件下軋件的溫 度進(jìn)行實(shí)測(cè)，回歸出了軋件軋制過(guò)程中溫降模型，為進(jìn)一步了解軋件溫度變化規(guī) 律，合理制定加熱制度、軋制制度及冷卻制度，提供了理論依據(jù)。 在金屬壓力加工過(guò)程中，溫度對(duì)軋制力的影響是非常顯著的。 軋制過(guò)程中每一道次上軋件的溫度變化為a t ，它可以分解成幾個(gè)部分即【2 2 ： a t = a t p + a t r ( a t 。+ t 一t 。+ t d ) 式中：a t 一道次軋件溫度變化； a t 。一由塑性變形功轉(zhuǎn)變的溫升： 培一- 車(chē)l 件與軋輥間相互摩擦產(chǎn)生的溫升； t n , - - 軋件向周?chē)椛洚a(chǎn)生的溫降： at d 一軋輥熱傳導(dǎo)引起的軋件溫降； t u 軋件在機(jī)架間運(yùn)行時(shí)空氣對(duì)流引起的溫降； t s 一冷卻水引起的軋件溫降。 為了便于計(jì)算對(duì)以上模型進(jìn)行下列簡(jiǎn)化：軋件與軋輥相互摩擦產(chǎn)生的溫升很 小，因此t f 可以忽略，對(duì)t m ，t u ，k 做如下處理：令 k 。a t t = t 。+ t u + t s 式中：k 。一一軋機(jī)形式系數(shù)，取k = 1 1 5 簡(jiǎn)化后的變形溫度模型為： at ：t p - k k a t d ( 2 1 0 ) 2 2 1