一种电火花毛化工作辊生产带钢的粗糙度预测和控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于板带轧制领域，涉及一种电火花毛化工作辊生产带钢的粗糙度预测和 控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着高档冷轧汽车面板和家电面板对表面质量要求的不断提高，表面形貌在冷轧 带钢生产中的重要性日益增加。带钢表面形貌对高档汽车面板和家电面板的冲压性能、辊 涂或喷涂后漆面与基体结合力有重要影响；对于采用罩式退火工艺的生产流程，冷轧后带 钢表面粗糙度影响钢卷在罩式退火炉中退火时发生粘结的概率；对于采用热镀锌的生产流 程，冷轧后带钢表面形貌对镀锌流程的工艺、镀层的金相组织及成品的表面形貌有重要影 响。
[0003] 实际生产中，为了快速高效的测量带钢表面形貌，便于带钢表面质量控制，一般用 算术平均粗糙度R a对带钢表面形貌进行表征。算术平均粗糙度R 3是实际生产中最主要的 表面形貌表征参数，也是冷连轧过程中带钢表面形貌最重要的被控对象。
[0004] 目前，冷轧带钢表面粗糙度主要靠冷轧成品机架电火花毛化工作辊表面粗糙度的 选择来保证，然而轧辊表面粗糙度会随着轧制过程发生变化，另外带钢形貌的生成还受到 轧制工艺参数和带钢来料特征等因素影响。这些因素在轧制过程中变化较大，会使得生产 带钢的表面粗糙度无法满足质量要求。
[0005] 文献1(白振华，王骏飞.冷连轧机成品板面粗糙度控制技术的研宄.中国机械工 程，2006,41(11) :46-49)中，使用冷轧带钢粗糙度的测量结果，建立了适用于宝钢2030冷 连轧机的带钢表面粗糙度控制模型。文献中，建立了轧辊表面粗糙度的预测公式以及带钢 粗糙度的预测公式，给出了针对冷连轧机的成品板面粗糙度控制方案，并将其应用到现场 成品板面粗糙度控制，取得了良好的效果。但是，该方法也存在着较明显的缺点：
[0006] (1)在轧辊表面粗糙度的预测中，磨损之后的轧辊表面粗糙度只与轧辊原始粗糙 度、材质以及轧制公里数有关。然而轧辊表面的磨损与接触界面的润滑状态有关，除了轧辊 原始粗糙度、带钢材质外影响界面的润滑状态的因素还有轧制工艺参数因素。
[0007] (2)在带钢粗糙度的预测中，文献1假设相同规格和工艺参数的带钢界面润滑状 态不发生变化。然而，随着轧辊表面粗糙度的磨损，在轧辊不同磨损时，即使生产相同规格 和工艺参数的带钢，界面的润滑状态也会有所差别，进一步的也会影响带钢表面粗糙度的 生成。
[0008] (3)文献1给出的预测公式以及控制方法是基于特定轧机生产过程的测量结果回 归分析得出的，一旦轧机发生变化或者生产带钢的特征发生变化则不能够继续使用，因此 通用性较差，不具有普适性。
[0009] 文献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，建立了粗糙度复印过程平面应变问题 的弹塑性有限元模型，乳辊的粗糙度由一系列半圆形微凸体来定义。通过统计学的方法 分析仿真结果，总结了不同的压力条件下轧辊粗糙度对粗糙度复印的影响。文献3(张晓 峰，李瑞，张勃洋，等.平整轧制过程中带钢表面形貌的生成模型.机械工程学报，2013， 49(14) :38-44)中，提出一种基于里兹法的板带轧制过程塑性变形的数值求解方法，将其 与辊系弹性变形相结合得到轧件-辊系一体化模型。进而将工作辊与带钢的弹塑性接触抽 象成两个粗糙表面物体的接触问题，考虑粗糙峰压入后边缘隆起以及与相邻粗糙峰的耦合 作用，分别建立压入、犁沟以及挤压作用下粗糙表面生成微观模型。将两个模型相结合，建 立综合考虑轧辊与带钢的粗糙峰接触、乳制力、乳辊与带钢相对滑动位移的平整轧制过程 带钢表面形貌生成模型，得到轧制过程带钢表面粗糙度。在文献2和文献3中，所提到的方 法也存在一定的局限性：
[0010] (1)采用有限元法计算时间较长，不能够成为表面粗糙度在线控制的模型；
[0011] (2)两种方法中都没有考虑冷轧过程界面间油膜分布对粗糙度复印过程的影响。
[0012] (3)两种方法中都没有考虑在轧制过程中因为磨损而产生的轧辊表面粗糙度的变 化，不能对轧辊服役期内生产的所有带钢表面粗糙度进行预测和控制。
【发明内容】
[0013] 本发明的目的就是要克服现有技术所存在的不足，提供一种电火花毛化工作辊生 产带钢的粗糙度预测和控制方法。本发明在计算界面间最小油膜厚度和电火花毛化工作辊 表面磨损深度及磨损表面粗糙度的基础上，通过粗糙度复印关系达到对生产带钢表面粗糙 度的预测，如果带钢粗糙度不满足产品质量要求，可以通过调整轧制压下率和轧制速度来 控制带钢表面粗糙度，提高带钢表面质量。
[0014] 为实现上述目的，本发明提出以下技术方案：
[0015] 一种电火花毛化工作辊生产带钢的粗糙度预测和控制方法，所述方法包括预测阶 段和控制阶段，所述预测阶段在计算界面间最小油膜厚度4和电火花毛化工作辊表面磨损 深度h w及磨损表面粗糙度R ^^的基础上，对生产带钢表面粗糙度的预测，当所述预测阶段 预测值不在带钢表面粗糙度目标区间时，进入所述控制阶段。
[0016] 进一步的，所述预测阶段包括以下步骤：
[0017] (1)使用粗糙度检测设备对上机前的电火花毛化工作辊表面进行测量，记录电火 花毛化工作辊表面初始粗糙度R atlroll;
[0018] (2)读入轧制计划中带钢参数以及轧制工艺参数的设定值；
[0019] (3)通过步骤⑵读入的数据，进行界面润滑分析得到界面间最小油膜厚度匕和 界面接触压力P aW及界面总压力P ;
[0020] (4)通过步骤（2)读入的数据，进行运动分析得到带钢和工作辊接触表面相对位 移I x;
[0021] (5)通过步骤（3)润滑分析得到的界面接触压力Pa和步骤（4)运动分析得到的接 触表面相对位移^以及步骤（1)测量得到的电火花毛化工作辊表面初始粗糙度R atojll，对 电火花毛化工作辊表面进行磨损分析得到电火花毛化工作辊表面磨损深度hw和表面粗糙 度 Raroll;
[0022] (6)通过步骤⑶润滑分析得到的界面最小油膜厚度Ill以及通过步骤（5)磨损分 析得到的电火花毛化工作辊表面磨损深度hw和表面粗糙度R aMll，对带钢表面粗糙度Rast^ 进行预测，它们之间的关系为：
[0023] RasteeI - (a 1+a2h1+a3h1 +a4hx +a5h1 ) X Raroll
[0024] 式中，Rasteel为带钢表面粗糙度，单位ym ;
[0025] Ral?。:η为电火花毛化工作棍磨损表面粗糙度，单位μηι ;
[0026] Ii1为乳制界面最小油膜厚度，单位μπι ;
[0027] a2, a3, a4, a5为无量纲系数，计算方法为：
[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