[发明专利]确定环件径向轧制中由环增速驱动的芯辊进给速度的方法

说明书

一种环件径向轧制中由环增速驱动的芯辊进给速度的确定方法，采用逆向思维，预设符合实际环轧过程的四段式环增速曲线，反向确定芯辊进给速度曲线，以实现环件直径按照起轧、主轧、减速和整圆四个阶段平缓长大的目的，有利于提高环轧过程的稳定性，并适应现有环轧设备的控制要求，为环件径向轧制过程的优化设计与稳健控制提供了重要技术支撑。图1为根据本发明方法确定的芯辊进给速度条件下，进行某一大型环件多工步轧制过程的有限元模拟虚拟轧制试验，环轧过程实现了稳定成形，获得了圆度良好的环件。

技术领域

本发明涉及环轧成形加工领域，具体是一种环件径向轧制过程中由环增速驱动的芯辊进给速度确定方法。

背景技术

环件径向轧制过程中，芯辊进给速度对环轧过程稳定性和环件质量具有重要影响作用。在芯辊的进给作用下，环件直径以某一长大速度(简称环增速)逐渐增大。在主辊转速及其他条件保持不变的情况下，环增速的变化过程和环轧过程的稳定性主要取决于芯辊进给速度变化特点与规律。在环轧过程的主轧制阶段，如果能保持环增速为常数，则环件直径长大加速度为零，这能够有效减轻环件与轧辊之间的动态接触碰撞，从而提高环轧过程稳定性。Guo Lianggang等(Guo L G,Yang H.Towards a steady forming condition forradial-axial ring rolling[J].International Journal of Mechanical Sciences,2011,53(4):286-299.)以环轧过程环增速为常数作为控制条件，建立了环件径轴向轧制过程稳定成形条件；华林等(华林,左治江,兰箭,et al.环件冷辗扩芯辊进给速度规范设计[J].中国机械工程,2006,17(9):953-957.)结合环件冷辗扩的特点，以环轧的整个过程中进给速度为常数、每转进给量为常数、环增速为常数和随动导向辊圆心的旋转速度为常数作为控制条件，提出了四种芯辊进给速度设计方法。然而，实际环轧过程一般是分为起轧、主轧、减速、整圆四个阶段进行的，起轧阶段实现轧制过程的稳定启动，完成对不规则环坯的规整作用，主轧阶段完成环件直径增长的大部分，当环件尺寸快要到达到目标尺寸前进入减速轧制阶段，实现轧制过程的稳定减速，整圆阶段用于实现对环件圆度和壁厚均匀性的校正。而上述文献的相关研究没有考虑环轧过程的这四个阶段，难以满足实际环轧过程中环轧设备的控制要求，从而难以实现环轧过程的优化设计。鉴于此，本发明提出了一种环件径向轧制过程中由环增速驱动的芯辊进给速度的确定方法，通过事先设计考虑环轧过程四个阶段的随环件实时外半径变化的环增速曲线，进而根据环增速与芯辊进给速度之间的函数关系，逆向确定芯辊进给速度随环件实时外半径的变化曲线。这种方法由于考虑了实际环轧过程中起轧、主轧、减速、整圆四个必要阶段，能够确保环轧过程稳定进行，并与实际环轧设备的控制要求相吻合，效率高且科学可靠，为实现环轧过程优化设计与稳健控制提供了重要技术支撑。

发明内容

为克服现有技术中存在的芯辊进给速度设计没有考虑实际环轧过程的四个必要阶段，导致成形过程不稳定和成形环件质量差、难以满足实际环轧过程环轧设备控制要求等问题，本发明提出了一种确定环件径向轧制中由环增速驱动的芯辊进给速度的方法。

本发明的具体步骤如下：

步骤一，确定环增速曲线的变化形式。

所述的环增速曲线，即为环轧过程环件直径长大速度随环件实时外半径变化的曲线，根据实际环轧过程将环增速曲线划分为起轧阶段、主轧阶段、减速阶段和整圆阶段。

设环轧全过程为100％，给定起轧阶段在环轧全过程的占比K₁为10％～30％、主轧阶段在环轧全过程的占比K₂为50％～80％、减速阶段在环轧全过程的占比K₃为5％～15％、整圆阶段在环轧全过程的占比K₄为2％～5％，四个占比需满足K₁+K₂+K₃+K₄＝100％。