一種電火花毛化工作輥生產(chǎn)帶鋼的粗糙度預測和控制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于板帶軋制領域，涉及一種電火花毛化工作輥生產(chǎn)帶鋼的粗糙度預測和 控制方法。
【背景技術】
[0002] 隨著高檔冷軋汽車面板和家電面板對表面質(zhì)量要求的不斷提高，表面形貌在冷軋 帶鋼生產(chǎn)中的重要性日益增加。帶鋼表面形貌對高檔汽車面板和家電面板的沖壓性能、輥 涂或噴涂后漆面與基體結合力有重要影響；對于采用罩式退火工藝的生產(chǎn)流程，冷軋后帶 鋼表面粗糙度影響鋼卷在罩式退火爐中退火時發(fā)生粘結的概率；對于采用熱鍍鋅的生產(chǎn)流 程，冷軋后帶鋼表面形貌對鍍鋅流程的工藝、鍍層的金相組織及成品的表面形貌有重要影 響。
[0003] 實際生產(chǎn)中，為了快速高效的測量帶鋼表面形貌，便于帶鋼表面質(zhì)量控制，一般用 算術平均粗糙度R a對帶鋼表面形貌進行表征。算術平均粗糙度R 3是實際生產(chǎn)中最主要的 表面形貌表征參數(shù)，也是冷連軋過程中帶鋼表面形貌最重要的被控對象。
[0004] 目前，冷軋帶鋼表面粗糙度主要靠冷軋成品機架電火花毛化工作輥表面粗糙度的 選擇來保證，然而軋輥表面粗糙度會隨著軋制過程發(fā)生變化，另外帶鋼形貌的生成還受到 軋制工藝參數(shù)和帶鋼來料特征等因素影響。這些因素在軋制過程中變化較大，會使得生產(chǎn) 帶鋼的表面粗糙度無法滿足質(zhì)量要求。
[0005] 文獻1(白振華，王駿飛.冷連軋機成品板面粗糙度控制技術的研宄.中國機械工 程，2006,41(11) :46-49)中，使用冷軋帶鋼粗糙度的測量結果，建立了適用于寶鋼2030冷 連軋機的帶鋼表面粗糙度控制模型。文獻中，建立了軋輥表面粗糙度的預測公式以及帶鋼 粗糙度的預測公式，給出了針對冷連軋機的成品板面粗糙度控制方案，并將其應用到現(xiàn)場 成品板面粗糙度控制，取得了良好的效果。但是，該方法也存在著較明顯的缺點：
[0006] (1)在軋輥表面粗糙度的預測中，磨損之后的軋輥表面粗糙度只與軋輥原始粗糙 度、材質(zhì)以及軋制公里數(shù)有關。然而軋輥表面的磨損與接觸界面的潤滑狀態(tài)有關，除了軋輥 原始粗糙度、帶鋼材質(zhì)外影響界面的潤滑狀態(tài)的因素還有軋制工藝參數(shù)因素。
[0007] (2)在帶鋼粗糙度的預測中，文獻1假設相同規(guī)格和工藝參數(shù)的帶鋼界面潤滑狀 態(tài)不發(fā)生變化。然而，隨著軋輥表面粗糙度的磨損，在軋輥不同磨損時，即使生產(chǎn)相同規(guī)格 和工藝參數(shù)的帶鋼，界面的潤滑狀態(tài)也會有所差別，進一步的也會影響帶鋼表面粗糙度的 生成。
[0008] (3)文獻1給出的預測公式以及控制方法是基于特定軋機生產(chǎn)過程的測量結果回 歸分析得出的，一旦軋機發(fā)生變化或者生產(chǎn)帶鋼的特征發(fā)生變化則不能夠繼續(xù)使用，因此 通用性較差，不具有普適性。
[0009] 文獻2 (Ki jima H，Bay N. Skin-pass rolling i-studies on roughness transfer and elongation under pure normal loading. International Journal of Machine Tools and Manufacture，2008, 48 (12-13) : 1313-1317)中，建立了粗糙度復印過程平面應變問題 的彈塑性有限元模型，乳輥的粗糙度由一系列半圓形微凸體來定義。通過統(tǒng)計學的方法 分析仿真結果，總結了不同的壓力條件下軋輥粗糙度對粗糙度復印的影響。文獻3(張曉 峰，李瑞，張勃洋，等.平整軋制過程中帶鋼表面形貌的生成模型.機械工程學報，2013， 49(14) :38-44)中，提出一種基于里茲法的板帶軋制過程塑性變形的數(shù)值求解方法，將其 與輥系彈性變形相結合得到軋件-輥系一體化模型。進而將工作輥與帶鋼的彈塑性接觸抽 象成兩個粗糙表面物體的接觸問題，考慮粗糙峰壓入后邊緣隆起以及與相鄰粗糙峰的耦合 作用，分別建立壓入、犁溝以及擠壓作用下粗糙表面生成微觀模型。將兩個模型相結合，建 立綜合考慮軋輥與帶鋼的粗糙峰接觸、乳制力、乳輥與帶鋼相對滑動位移的平整軋制過程 帶鋼表面形貌生成模型，得到軋制過程帶鋼表面粗糙度。在文獻2和文獻3中，所提到的方 法也存在一定的局限性：
[0010] (1)采用有限元法計算時間較長，不能夠成為表面粗糙度在線控制的模型；
[0011] (2)兩種方法中都沒有考慮冷軋過程界面間油膜分布對粗糙度復印過程的影響。
[0012] (3)兩種方法中都沒有考慮在軋制過程中因為磨損而產(chǎn)生的軋輥表面粗糙度的變 化，不能對軋輥服役期內(nèi)生產(chǎn)的所有帶鋼表面粗糙度進行預測和控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明的目的就是要克服現(xiàn)有技術所存在的不足，提供一種電火花毛化工作輥生 產(chǎn)帶鋼的粗糙度預測和控制方法。本發(fā)明在計算界面間最小油膜厚度和電火花毛化工作輥 表面磨損深度及磨損表面粗糙度的基礎上，通過粗糙度復印關系達到對生產(chǎn)帶鋼表面粗糙 度的預測，如果帶鋼粗糙度不滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求，可以通過調(diào)整軋制壓下率和軋制速度來 控制帶鋼表面粗糙度，提高帶鋼表面質(zhì)量。
[0014] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出以下技術方案：
[0015] 一種電火花毛化工作輥生產(chǎn)帶鋼的粗糙度預測和控制方法，所述方法包括預測階 段和控制階段，所述預測階段在計算界面間最小油膜厚度4和電火花毛化工作輥表面磨損 深度h w及磨損表面粗糙度R ^^的基礎上，對生產(chǎn)帶鋼表面粗糙度的預測，當所述預測階段 預測值不在帶鋼表面粗糙度目標區(qū)間時，進入所述控制階段。
[0016] 進一步的，所述預測階段包括以下步驟：
[0017] (1)使用粗糙度檢測設備對上機前的電火花毛化工作輥表面進行測量，記錄電火 花毛化工作輥表面初始粗糙度R atlroll;
[0018] (2)讀入軋制計劃中帶鋼參數(shù)以及軋制工藝參數(shù)的設定值；
[0019] (3)通過步驟⑵讀入的數(shù)據(jù)，進行界面潤滑分析得到界面間最小油膜厚度匕和 界面接觸壓力P aW及界面總壓力P ;
[0020] (4)通過步驟（2)讀入的數(shù)據(jù)，進行運動分析得到帶鋼和工作輥接觸表面相對位 移I x;
[0021] (5)通過步驟（3)潤滑分析得到的界面接觸壓力Pa和步驟（4)運動分析得到的接 觸表面相對位移^以及步驟（1)測量得到的電火花毛化工作輥表面初始粗糙度R atojll，對 電火花毛化工作輥表面進行磨損分析得到電火花毛化工作輥表面磨損深度hw和表面粗糙 度 Raroll;
[0022] (6)通過步驟⑶潤滑分析得到的界面最小油膜厚度Ill以及通過步驟（5)磨損分 析得到的電火花毛化工作輥表面磨損深度hw和表面粗糙度R aMll，對帶鋼表面粗糙度Rast^ 進行預測，它們之間的關系為：
[0023] RasteeI - (a 1+a2h1+a3h1 +a4hx +a5h1 ) X Raroll
[0024] 式中，Rasteel為帶鋼表面粗糙度，單位ym ;
[0025] Ral?。:η為電火花毛化工作棍磨損表面粗糙度，單位μηι ;
[0026] Ii1為乳制界面最小油膜厚度，單位μπι ;
[0027] a2, a3, a4, a5為無量綱系數(shù)，計算方法為：
[0028] O1 =9.565x10 1 -7.791x10 2Htt -1.180x10 2/? +1.785x10 2/?；. -4.036x10 +2.692x10 4Z^1 ；
[0029] O2 = -2.628x10 1 +1.442x10 2^ii. +8.714x10 2Λ; -4.628x10 2^, +9.086x10 -5.829x10 ;
[0030] α3 = 2.710 X10-2 +1.117 X10-2A,,, - 5.532 X10 -2^ +1.363 X10-2 Λ,:, - 1.763 X10-3< + 8.980 X10-5;
[0031] α4 = -1.300 χ 10_3 - 8.105 χ 1