[发明专利]一种确定板带材冷弯成型各道次弯曲角度的方法

摘要

本发明属涉及一种确定板带材冷弯成型各道次弯曲角度的方法。其技术方案是：先设定冷弯成型的道次数，选取各道次的弯曲角度和轧辊工作辊径为试验因素，预选各试验因素的水平值，设计各试验因素和对应水平值的虚拟试验方案；再计算每个虚拟试验方案的板带材应变分布，建立各道次板带材外边缘沿其切线方向正应变绝对值的最大值的数学模型；然后以各道次正应变绝对值的最大值小于或等于1%和各试验因素水平值的上下限为约束条件，以各道次正应变绝对值的最大值最小为追求目标，优化和确定冷弯成型道次数、冷弯各道次板带材的弯曲角度和轧辊工作辊径。本发明具有充分发挥冷弯机组设备能力、避免板带材翘曲和能克服板带材边部浪形缺陷的特点。

主权项

一种确定板带材冷弯成型各道次弯曲角度的方法，其特征在于该方法的具体步骤是：第一步、虚拟试验方案的设计先根据形状因子函数或生产经验，设定冷弯成型的道次数n，进行辊花图设计，再选取板带材冷弯成型各道次的两个弯曲角度和轧辊工作辊径作为试验因素、或再选取板带材冷弯成型各道次的两个弯曲角度中的任一个弯曲角度和轧辊工作辊径作为试验因素；然后预选各试验因素的水平值，设计各试验因素和对应水平值的虚拟试验方案；第二步、有限元模拟计算先根据第一步设计的各道次的虚拟试验方案建立各自的有限元几何模型，再选取单元，采用有限元软件进行网络划分，然后确定板带材与轧辊之间的摩擦模型：μ＝μd+(μs‑μd)e‑cv    （1）式（1）中：v—板带材与轧辊之间的相对滑动速度，m/s；us—静摩擦系数，us＝0.2；ud—动摩擦系数，ud＝0.1；c—衰减指数，c＝0.02～0.08；最后对每个虚拟试验方案分别进行有限元模拟计算，得到各道次的每个虚拟试验方案的板带材应变分布；第三步、模型建立根据第二步各道次的每个虚拟试验方案的板带材应变分布，确定各道次的每个虚拟试验方案板带材外边缘沿其切线方向正应变值，得到各道次板带材外 边缘沿其切线方向正应变绝对值的最大值： ϵ i = a i 1 + a i 2 β i + a i 3 γ i + a i 4 D i + a i 5 β i 2 + a i 6 β i γ i + a i 7 β i D i + a i 8 γ i 2 + a i 9 γ i D i + a i 10 D i 2 + a i 11 β i 3 + a i 12 β i 2 γ i + a i 13 β i 2 D i + a i 14 γ i 2 β i + a i 15 γ i 3 + a i 16 γ i 2 D i + a i 17 D i 2 β i + a i 18 D i 2 γ i - - - ( 2 ) + a i 19 D i 3 + a i 20 β i 4 + a i 21 β i 2 γ i 2 + a i 22 β i 2 D i 2 + a i 23 γ i 2 D i 2 + a i 24 D i 2 β i 2 + a i 25 D i 4 式(2)中：ai1，ai2，…，ai25为i道次的回归系数；βi为i道次板带材第一弯曲角度；γi为i道次板带材第二弯曲角度；βi和γi中至少有一个弯曲角度是试验因素；Di为i道次轧辊工作辊径；i为1,2,…,n；第四步、正应变绝对值的最大值中的最小值以各道次板带材外边缘沿其切线方向正应变绝对值的最大值εi最小为优化目标，以各道次板带材外边缘沿其切线方向正应变绝对值的最大值εi≤1%和各试验因素水平值的上下限为约束条件，确定各道次板带材的第一弯曲角度的优化值βi0、第二弯曲角度的优化值γi0和轧辊工作辊径的优化值Di0；将各道次板带材的第一弯曲角度的优化值βi0、第二弯曲角度的优化值γi0和轧辊工作辊径的优化值Di0代替式(2)中对应的第一弯曲角度βi、第二弯曲角度γi和轧辊工作辊径Di，得到各道次板带材外边缘沿其切线方向正应变绝对值的最大值中的最小值： ϵ i 0 = a i 1 + a i 2 β i 0 + a i 3 γ i 0 + a i 4 D i 0 + a i 5 β i 0 2 + a i 6 β i 0 γ i 0 + a i 7 β i 0 D i 0 + a i 8 γ i 0 2 + a i 9 γ i 0 D i 0 + a i 10 D i 0 2 + a i 11 β i 0 3 + a i 12 β i 0 2 γ i 0 + a i 13 β i 0 2 D i 0 + a i 14 γ i 0 2 β i 0 + a i 15 γ i 0 3 + a i 16 γ i 0 2 D i 0 + a i 17 D i 0 2 β i 0 + a i 18 D i 0 2 γ i 0 - - - ( 3 ) + a i 19 D i 0 3 + a i 20 β i 0 4 + a i 21 β i 0 2 γ i 0 2 + a i 22 β i 0 2 D i 0 2 + a i 23 γ i 0 2 D i 0 2 + a i 24 D i 0 2 β i 0 2 + a i 25 D i 0 4 式（3）中：ai1，ai2，…，ai25为i道次的回归系数；βi0为i道次板带材第一弯曲角度的优化值；γi0为i道次板带材第二弯曲角度的优化值；βi0和γi0中至少有一个弯曲角度的优化值是试验因素；Di0为i道次轧辊工作辊径的优化值；i为1,2,…,n；第五步、冷弯道次数的确定第一分步、如果式(3)所确定的各道次板带材外边缘沿其切线方向正应变绝对值的最大值中的最小值εi0均在0.8～1.0%范围内，则第一步设定的道次数n得以确定；第二分步、如果式(3)所确定的各道次中的某道次板带材外边缘沿其切线方向正应变绝对值的最大值中的最小值εi0小于0.8%，则将第一步设定的道次数n减1，然后重复第一步至第四步，直至符合第五步第一分步；第三分步、如果式(3)所确定的各道次中的某道次板带材外边缘沿其切线方向正应变绝对值的最大值中的最小值εi0不存在，则将第一步设定的道次数n加1，然后重复第一步至第四步，直至符合第五步第一分步；第六步、弯曲角度和轧辊工作辊径的确定第一分步、若各道次板带材外边缘沿其切线方向正应变绝对值的最大值中的最小值εi0的级差与各道次板带材外边缘沿其切线方向正应变绝对值的最大值中的最小值εi0的平均值之比小于或等于10%，则板带材冷弯成型各道次第一弯曲角度的优化值βi0、第二弯曲角度的优化值γi0和轧辊工作辊径的优化值Di0得以确定；第二分步、若各道次板带材外边缘沿其切线方向正应变绝对值的最大值中的最小值εi0的级差与各道次板带材外边缘沿其切线方向正应变绝对值的最大值 中的最小值的平均值之比大于10%，则对第五步所确定的各道次板带材外边缘沿其切线方向正应变绝对值的最大值中的最小值εi0按其大小进行排序，再对排序中最大值和排序中最小值所对应道次试验因素的水平值进行调整，重复进行第一步至第五步，直至符合第六步第一分步。