（材料學(xué)專業(yè)論文）中型軋機(jī)軋制20號角鋼孔型優(yōu)化設(shè)計.pdf

河北理工學(xué)院碩士學(xué)位論文 摘要 為滿足市場需求，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。 但同時也帶來了一些問題，就是軋機(jī)負(fù)荷過高。如果設(shè)計或調(diào)整不當(dāng)，容易出現(xiàn)事 故。一般按經(jīng)驗方法設(shè)計的孔型，軋機(jī)負(fù)荷很難做到均衡。雖然設(shè)計者盡量合理分 配壓下量，也會使各道次的軋制負(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)荷均衡的計算機(jī)輔助孔型優(yōu) 化設(shè)計軟件顯得尤為重要。 通過1 6 m n 鋼的變形阻力試驗，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?！庇啊? o 卜s ，( 爿“”- 1 6 2 6 1 ( 爿1 建立適合中型生產(chǎn)過程溫降模型缸= a a t ，一七，f ，一胚。 根據(jù)軋制角鋼時的孔型特點，首次采用分割法計算蝶式孔的接觸面積，從而為 準(zhǔn)確計算軋制力提供了依據(jù)。首次將動態(tài)規(guī)劃法用于中型孔型優(yōu)化設(shè)計，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”軟件，取代了傳統(tǒng)的靠經(jīng)驗進(jìn)行s l $ , j 規(guī)程制定及孔型參數(shù)計算， 這不僅省時省力，誤差小，計算精確，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)荷均衡的計算機(jī)優(yōu)化系統(tǒng)。v b 語言與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；動態(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?！敖?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 獨創(chuàng)性說明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是我個人在導(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)位或證書所使用過的材料。與 我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中做了明確的 說明并表示了謝意。 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 為滿足市場需求，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，在帶來經(jīng)濟(jì)效 益的同時也帶來一些問題，按經(jīng)驗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)計軋機(jī)負(fù)荷相對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 在軋鋼生產(chǎn)中，坯料經(jīng)過數(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，這一系列的軋制過程，是按著設(shè)計者根據(jù)生產(chǎn)條件所設(shè)計的軋制變形規(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)計軋制變 形規(guī)程。 軋制變形規(guī)程，對于不同類型的軋機(jī)所包括的內(nèi)容也不完全相同。對于初軋機(jī)主要 是指壓下規(guī)程和速度制度；對于板帶鋼軋機(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；對于型線材軋機(jī)主要指孔型設(shè)計和張力制度；對于管材軋機(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)計中基本的問題之一。在制定軋制變形 規(guī)程時，我們總是希望所制定的軋制變形規(guī)程是最好的。一般說來，最好的軋制變形規(guī) 程，在單位時間內(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，則會使生產(chǎn)過程不順利，影響到產(chǎn)量、質(zhì)量，甚至無法 正常生產(chǎn)。軋制變形規(guī)程是軋制工藝的核心，對軋鋼生產(chǎn)至關(guān)重要。合理的制定軋制變 形規(guī)程，使軋制過程達(dá)到最佳狀態(tài)，是工藝設(shè)計人員所追求的目標(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，板帶鋼的壓下規(guī)程等，一 般情況下還是以經(jīng)驗法為主。孔型設(shè)計時展寬系數(shù)的確定、板帶鋼軋制時壓下量的確定 等還都是根據(jù)設(shè)計者的生產(chǎn)經(jīng)驗來確定。雖然采用經(jīng)驗法所確定的變形規(guī)程能夠滿足生 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)的競爭能力。 要確定最優(yōu)的軋制變形規(guī)程，按通常的經(jīng)驗法來制定要達(dá)到該目的是比較困難 的a 這是由于用經(jīng)驗法確定某參數(shù)時，是在該參數(shù)的可行域內(nèi)憑經(jīng)驗而確定的，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，有時我們可能制定出幾 個方案加以比較，擇優(yōu)選取。這個比較、選擇的過程，也可以說是最原始的優(yōu)化過 程。擇優(yōu)選取，首先必須有多個方案，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)某個產(chǎn)品，在確定軋制變形規(guī)程時，所涉及到的方案很多，單 憑設(shè)計者的計算和經(jīng)驗是難以完成的。隨著計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的提高和普及，使用計 算機(jī)來完成這樣的任務(wù)才使之成為可能。確定最優(yōu)的軋制變形規(guī)程，稱為軋制變形 規(guī)程的優(yōu)化設(shè)計。優(yōu)化設(shè)計( o p t i m a ld e s i g n ) 是指在一切可能的設(shè)計方案中尋求最 優(yōu)方案。這種尋優(yōu)過程需要大量的計算工作，繁重的計算工作若由人工來完成不僅 工作量大，而且是難以實現(xiàn)和完成的。 優(yōu)化設(shè)計是隨著計算機(jī)技術(shù)進(jìn)入工程設(shè)計領(lǐng)域后，采用數(shù)學(xué)規(guī)劃的方法而發(fā)展 起來的設(shè)計方法。由于計算機(jī)的運(yùn)算速度和能力是人工計算所無法比擬的，這就可 將大量繁重的計算工作由計算機(jī)來完成，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)計者來完成。這樣才能在眾多的設(shè)計方案中選擇最優(yōu)方案，以達(dá)到優(yōu)化設(shè) 計之目的。 在軋制變形規(guī)程優(yōu)化設(shè)計時，首先必須要明確優(yōu)化的目標(biāo)，也就是說最優(yōu)指的是什 么最優(yōu)。我們所說的最優(yōu)，都有一定的相對性，并且與我們所確定的尋優(yōu)目標(biāo)密切相 關(guān)。這個目標(biāo)是設(shè)計者對軋制過程提出來的具體要求，若用數(shù)學(xué)形式描述出來就稱之為 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)過程的特點由設(shè)計者確定，以使生產(chǎn)工藝過程達(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。 計算機(jī)的應(yīng)用是當(dāng)前科學(xué)技術(shù)的重大突破。計算機(jī)技術(shù)在各個領(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 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，需要大量的計算以 便進(jìn)行優(yōu)化。而計算機(jī)為這種繁重的計算創(chuàng)造了條件，使得最優(yōu)化技術(shù)快速的發(fā)展 起來a 也可以說，最優(yōu)化技術(shù)發(fā)展是以計算機(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)計較為廣泛。例如，型鋼生 產(chǎn)中的孔型設(shè)計，板帶鋼軋制過程中的壓下規(guī)程設(shè)計以及高速線材軋機(jī)精軋機(jī)的微 恒張力設(shè)計等，采用優(yōu)化方法進(jìn)行設(shè)計已較為普遍。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、板帶鋼壓下規(guī)程設(shè)計等傳統(tǒng)的設(shè)計方法是按照經(jīng)驗所確定的變形系 數(shù)和變形率來設(shè)計孔型和壓下制度。這種設(shè)計方法已不適應(yīng)現(xiàn)代化的生產(chǎn)方式。因為隨 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。 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)計始于7 0 年代，發(fā)展 于8 0 年代，是在計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)上而發(fā)展的。計算機(jī)輔助設(shè)計 ( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ) 早在5 0 年代就開始應(yīng)用于工程設(shè)計。隨著計算機(jī)的廣泛 應(yīng)用和計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展、提高，計算機(jī)輔助功能越來越廣泛。計算機(jī)輔助功 能應(yīng)用于軋鋼孔型設(shè)計，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 ) 。計算機(jī)輔 助孔型設(shè)計( c a r d ) 是在傳統(tǒng)孔型設(shè)計方法的基礎(chǔ)上，利用計算機(jī)強(qiáng)大的計算能力和 圖形顯示能力，計算孔型設(shè)計所必須的參數(shù)，檢驗必要的限制條件，適時地在屏幕 或其它輸出設(shè)備上顯示設(shè)計結(jié)果。c a r d 技術(shù)可減少人工設(shè)計時繁瑣計算、畫圖等 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)計結(jié)果。由于c a r d 技術(shù)具有 計算速度快、精度高、結(jié)果可靠等優(yōu)點，近年來得到迅速發(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。計算機(jī)輔助孔型 設(shè)計，可以縮短設(shè)計周期，計算精確，并可選擇設(shè)計方案，通過繪圖儀可直接得到 符合工程要求的孔型圖。將最優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用于計算機(jī)輔助孔型設(shè)計，是計算機(jī)輔助 功能的開發(fā)和發(fā)展，也是計算機(jī)輔助設(shè)計的必然發(fā)展趨勢。 最優(yōu)化技術(shù)在軋制變形規(guī)程設(shè)計中的應(yīng)用，對軋鋼生產(chǎn)向最佳化邁進(jìn)是重要的 一步，而且對于現(xiàn)代化軋鋼生產(chǎn)也是非常必要的。型鋼的孔型設(shè)計憑經(jīng)驗難以完成 最優(yōu)的孔型設(shè)計。而通過建立數(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)過程是一個系統(tǒng)工程，由原料到成品需要多個生產(chǎn)工序，這些工序存 在最優(yōu)組合問題。軋制產(chǎn)品的生產(chǎn)過程不是唯一的，各機(jī)組間的銜接、匹配也存在 最優(yōu)化問題。軋鋼生產(chǎn)過程優(yōu)化對降低軋制產(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，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，既要考慮到能夠真實全面反映實際軋制過程，又要使 數(shù)學(xué)模型盡量簡化，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： ( 1 ) 試驗與模擬( t e s ta n ds i m u l a t i o n ) 方法 對某生產(chǎn)過程通過安排試驗，回歸出統(tǒng)計模型。這種方法廣泛應(yīng)用于評價各工 藝參數(shù)對研究問題的影響程度，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，可以通過正交試驗而得出屈服強(qiáng)度與化學(xué)成分的回歸統(tǒng)計式。為提高 鋼材的屈服強(qiáng)度，可以通過適當(dāng)調(diào)整化學(xué)成分來達(dá)到。這也是一種尋優(yōu)的過程。 模擬可以分為物理模擬和數(shù)學(xué)模擬。物理模擬是通過相似原理進(jìn)行模擬試驗， 經(jīng)過系統(tǒng)評價，確定最優(yōu)方案。例如通過軋制鉛、塑性蠟?zāi)嗟溶埣砟M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象設(shè)計成與該對象或其變 化過程相似的數(shù)學(xué)模型，然后通過數(shù)學(xué)模型來間接研究這個對象或其變化過程。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 對所研究的對象建立數(shù)學(xué)模型，通過數(shù)學(xué)規(guī)劃的方法，得出研究對象的最優(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、動態(tài)規(guī)劃和多項目標(biāo)規(guī)劃等。例如，采用動態(tài)規(guī)劃法確定板帶鋼 軋制能耗最小的壓下規(guī)程，可實現(xiàn)節(jié)省軋制能耗。 動態(tài)規(guī)劃法是解多階段決策過程最優(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 年美國數(shù)學(xué)家r - b e l l m a n 等人，根據(jù)一類多階段決策問題的特點，把 多階段決策問題表示成一系列的單階段問題提出了解決這一類問題的“最優(yōu)化原 理”。并將其應(yīng)用于很多實際問題，從而形成了數(shù)學(xué)規(guī)劃中的一個重要分支一動態(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)計中，動態(tài)規(guī)劃法采用的 最為廣泛。 動態(tài)規(guī)劃法就是按過程的幾個階段分為幾步，計算的方向與所走的方向相反， 即從最后一段開始計算到第一段。每一步都要做出決策，即每一步都要決定從哪條 路走。計算下一步時都要利用上一步的計算結(jié)果，故為迭代法。 動態(tài)規(guī)劃法與窮舉法相比較，其優(yōu)點如下： i ) 可減少計算工作量當(dāng)段數(shù)很多時，各段的不同選擇很多時，動態(tài)規(guī)劃 法這一優(yōu)點更為突出。且動態(tài)規(guī)劃法實質(zhì)上是采用迭代法進(jìn)行計算的，這便于利用 計算機(jī)計算。 i i ) 豐富了計算結(jié)果用動態(tài)規(guī)劃法計算，不僅得到從起點出發(fā)到終點的最 優(yōu)路徑及其相應(yīng)的函數(shù)值，而且得到從各階段各點出發(fā)到終點的最優(yōu)路徑及其函數(shù) 值。這對許多實際問題來說是很有用的，在那些問題中，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，要求的是一族而不是一個最優(yōu)決策。動態(tài)規(guī)劃法使我們能求出整族的最優(yōu)決 策。 所以動態(tài)規(guī)劃法是解決多階段決策問題的有效方法。 ( 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，包括排隊論、存貯論、價值論和決策論等。 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排隊論進(jìn)行優(yōu)化。專家系統(tǒng) 是指具有專家水平解決復(fù)雜專業(yè)問題的計算機(jī)軟件系統(tǒng)，在確定求解問題之后專家 系統(tǒng)可通過推理、判斷而得出最優(yōu)結(jié)果。但是專家系統(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 專家的知識和經(jīng)驗通過整理存入知識庫，然后根據(jù)具體問題利用知識庫來求解專門 問題。 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，在國內(nèi)外有關(guān)資料 中有許多報道。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)效益和社會效益。隨 著計算機(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)用前景會更加廣闊，掌握優(yōu) 化技術(shù)對于實現(xiàn)軋制過程優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗有著十分重要的意義。 1 4 課題問題的提出和研究內(nèi)容 唐鋼中型廠通常軋制n o 1 2 、n o 1 4 角鋼，為了開發(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，這樣帶來系列問題，因為產(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，從另一方面來說，軋 件與軋輥的接觸面積增大，軋制力增大，而通常設(shè)計某一道次壓下量大，就容易斷 輥。從總體來看，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，極易帶來生產(chǎn)事故。為了解決這個問 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。 本文介紹的是在開軋溫度一定的條件下，通過調(diào)整粗、精軋機(jī)組的壓下量來實 現(xiàn)粗、精軋機(jī)組軋制負(fù)荷的相對均衡。通過選擇壓下量達(dá)到負(fù)荷均衡優(yōu)化的目的， 對于粗、精軋機(jī)組來說是可以實現(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，常 采用分配壓下系數(shù)和壓下量的方法來構(gòu)成孔型。雖然這樣構(gòu)成的蝶式孔能滿足工藝 要求，但沒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)計時，軋 機(jī)負(fù)荷均衡，可按優(yōu)化方法來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)場的實際生產(chǎn)中， 目前主要是依靠調(diào)整輥縫來均衡負(fù)荷。這一過程完全靠現(xiàn)場工人憑經(jīng)驗手工操作完 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)場希望通過改變孔型尺寸來實現(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)軋制大號角鋼處于臨界狀態(tài)軋制，憑經(jīng)驗難以完成最優(yōu)的孔型設(shè)計。 而通過建立數(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： 包括變形抗力計算，接觸面積計算，軋件斷面面積計算和力能參數(shù)計算等幾部 分內(nèi)容?？紤]現(xiàn)場中實際影響因素，對傳統(tǒng)公式進(jìn)行修正，并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，建立 一套適合唐鋼中型生產(chǎn)的軋機(jī)負(fù)荷計算式。 2 以負(fù)荷均衡為目標(biāo)函數(shù)，采用動態(tài)規(guī)劃法為優(yōu)化方法進(jìn)行優(yōu)化。 3 編制軋制負(fù)荷計算和優(yōu)化軟件，并給出軋制負(fù)荷均衡的孔型圖。 4 對優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行分析。 研究中型軋制過程中的負(fù)荷分布并對其進(jìn)行均衡優(yōu)化具有十分重要的意義： 目前，盡管中國已成為一個世界鋼鐵大國，但從世界工業(yè)技術(shù)蓬勃發(fā)展的新形 勢看，中國還處在技術(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 國存在著不小的差距。這種現(xiàn)狀對處于經(jīng)濟(jì)和鋼鐵工業(yè)發(fā)展、改革關(guān)鍵時期的中國 來說，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l u 過程的狀態(tài) 特性。其合理與否，對產(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 。 我國型線材產(chǎn)品已處于國內(nèi)外市場競爭浪潮之中，為適應(yīng)這一形勢，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)廠在市場競爭中得以生存 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)的計算機(jī)優(yōu)化孔型輔助設(shè)計，可節(jié)約 河北理工學(xué)院碩士學(xué)位論文 軋制能耗，同時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)計和導(dǎo)衛(wèi)裝置，并對其進(jìn)行調(diào)整，使軋制過程穩(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)化研究的報道，但在型材生產(chǎn)領(lǐng)域未見報道。n o 2 0 角鋼利用優(yōu)化方法 進(jìn)行負(fù)荷分配研究是一個創(chuàng)新。總之，進(jìn)行軋制過程的負(fù)荷均衡優(yōu)化對保證設(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 實驗研究 2 1 1 ，1 實驗條件 變形阻力試驗在東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動化國家重點實驗室完成。唐鋼中 型廠所用鋼種為1 6 m n ，故本試驗所用鋼種為t 6 m n ，加工成書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 實驗設(shè)備的結(jié)構(gòu)及功能 試驗所用的設(shè)備為熱模擬試驗機(jī)，型號為m o d e lg l e e b l e - - - 1 5 0 0 ，生產(chǎn)廠家為美 國的d u f f e r s 1 1 】。整個試驗在計算機(jī)控制下進(jìn)行。該機(jī)可同時實現(xiàn)力學(xué)系統(tǒng)及加熱系 統(tǒng)的精確控制，是一臺理想的動態(tài)材料試驗機(jī)。 熱模擬試驗機(jī)由三個主要控制系統(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?zāi)芰ΑＨ齻€主要的控制系統(tǒng)是計算機(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)備的五個單元是由計算機(jī)終端、主控單元、試驗單 元、液壓動力單元、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) 電流通過試件時，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，所以熱量均勻通過試件，集膚效應(yīng)可忽略不計。 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熱 電偶測量溫度。加熱系統(tǒng)為伺服閉環(huán)控制回路，可實現(xiàn)溫度的精確測量。力學(xué)系統(tǒng) 也是一個伺服系統(tǒng)，可實現(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)，采樣時間短至零點幾秒，長至3 8 小 時。采樣速度率可根據(jù)需要設(shè)定，從每兩秒一個試樣至每秒5 0 k h z 該設(shè)備可以完成金屬力學(xué)性能的測試工作。試驗內(nèi)容有形變過程中變形抗力的 測定及制定變形抗力圖。測定塑性指標(biāo)和制定塑性圖。應(yīng)力應(yīng)變曲線的制定，變形 過程中的連續(xù)控制，變形過程對材料性能的影響，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、及雙金屬復(fù)合加工工藝、控制 冷卻加工工藝等。 2 1 1 3 試驗方法 試驗在東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動化國家重點實驗室進(jìn)行，利用g l e e b l e 1 5 0 0 熱模擬試驗機(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。試驗時，采用低頻電流加熱試樣，并充入氬氣來防止試樣氧 化。利用焊接在試樣表面的熱電偶來測量溫度，通過溫度反饋調(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2 。在變形速率的控制方面，采用電液伺 服閥，用無級調(diào)速來實現(xiàn)變形速率的恒定。運(yùn)行時，計算機(jī)根據(jù)輸入的要求，控制 熱模擬實驗機(jī)的變形工藝，并將試驗中的壓力、位移、時間、應(yīng)力和溫度等信號瞬 時采集儲存，并同時以曲線的形式輸出。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，可實現(xiàn)軋制過程的計算機(jī)模 擬，從而達(dá)到優(yōu)化熱軋工藝過程，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 本文通過試驗測定1 6 m n 在熱變形過程中的數(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 試驗結(jié)果及分析 1 變形溫度對變形阻力的影響 9 9 1 咖1 咖1 1 1 1 圖2 1 不同j 時，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，變形 阻力的上升趨勢更為明顯。 3 變形程度對變形阻力的影響 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。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)的各個過程，如加工硬化、再結(jié)晶、動態(tài)恢復(fù)、靜態(tài)恢復(fù)等。這些 因素通過金屬的內(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間間隔，或稱變形歷史的影響。 經(jīng)過大量的研究表明，合金元素對鋼變形阻力影響的復(fù)雜性，企圖用一個數(shù)學(xué)模 型，把諸合金包羅萬象的放到變形阻力數(shù)學(xué)模型之中，表述合金元素對變形阻力的影 響，不僅是相當(dāng)復(fù)雜、數(shù)學(xué)模型相當(dāng)冗長，而且也難以實現(xiàn)。即使得到了其變形阻力數(shù) 學(xué)模型，也不便計算機(jī)在線控制軋鋼生產(chǎn)采用，而且其計算精度勢必不高。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。這不僅可以簡化變形阻 力數(shù)學(xué)模型的結(jié)構(gòu)便于計算機(jī)在線控制軋鋼生產(chǎn)使用，而且其變形阻力計算精度也較 高。 周紀(jì)華、管克智采用凸輪式高速形變試驗機(jī)，在廣泛的變形溫度、變形速度和變 形程度范圍內(nèi)，測定了各種碳鋼、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+ ( 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+ 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)也較簡單，便于計算機(jī)在線控制軋鋼生產(chǎn)和設(shè)計 計算使用。 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)試驗中測得的應(yīng)力一應(yīng)變曲線規(guī)律， 對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 錯誤類型： 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 計算值與實測值比較 1 6 m n 鋼的變形阻力的由式( 2 9 ) 計算得出的計算值和實測值及誤差見附錄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圖2 5 。 主 善 翼 體 圖2 51 6 m n 變形阻力的計算值和實測值的比較 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，點在直線段周圍的分布比較均勻，說明計算值和實測值比較 接近。 2 2 溫降模型的建立 軋制過程中，軋件的溫降對變形制度、加熱制度及軋后冷卻方式等有重要影 響。在軋制過程中，由于軋件的斷面不斷發(fā)生變化，軋件周圍的換熱條件復(fù)雜，變 形熱對溫降也有很大影響，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 ”。本文通過對典型工藝條件下軋件的溫 度進(jìn)行實測，回歸出了軋件軋制過程中溫降模型，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)。 在金屬壓力加工過程中，溫度對軋制力的影響是非常顯著的。 軋制過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l 件與軋輥間相互摩擦產(chǎn)生的溫升； t n , - - 軋件向周圍輻射產(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)行時空氣對流引起的溫降； t s 一冷卻水引起的軋件溫降。 為了便于計算對以上模型進(jìn)行下列簡化：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 簡化后的變形溫度模型為： at ：t p - k k a t d ( 2 1 0 ) 2 2 1