本發(fā)明屬于環(huán)件軋制成形加工，具體涉及一種大型環(huán)件雙向輾軋“s”形軋制曲線的確定方法、電子設(shè)備、存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、軋制曲線描述了環(huán)件雙向輾軋過程中徑向變形量與軸向變形量的瞬時(shí)分配關(guān)系，進(jìn)而決定了環(huán)軋成形過程的變形歷史與軋輥運(yùn)動(dòng)軌跡，因而對(duì)軋輥運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)控制、軋制過程的穩(wěn)定性、最終軋制環(huán)件的幾何精度與組織性能等具有重要作用。

2、軋制曲線的數(shù)學(xué)模型描述及確定方法，也是現(xiàn)代先進(jìn)數(shù)控環(huán)軋?jiān)O(shè)備控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)迫切需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。因此，軋制曲線的形式及其確定方法，是航空難變形材料(鈦合金、高溫合金等)環(huán)件雙向輾軋最為重要的核心技術(shù)之一。

3、公告號(hào)為cn104156499的中國(guó)發(fā)明專利公開了一種確定環(huán)件雙向輾軋過程軋制曲線的方法，具體公開了一種基于冪指數(shù)函數(shù)描述的“上凸形”、“直線形”、“下凹形”軋制曲線的確定方法，這對(duì)于克服現(xiàn)有技術(shù)中軋制曲線確定依賴于經(jīng)驗(yàn)而缺乏科學(xué)確定方法的不足具有重要意義。但上述方法在實(shí)際應(yīng)用中表明，這三類軋制曲線形式均不能很好地適應(yīng)于大型環(huán)件軋制過程，且該方法中涉及的軋制曲線函數(shù)中冪指數(shù)的確定過程復(fù)雜，不方便在現(xiàn)代先進(jìn)數(shù)控環(huán)軋?jiān)O(shè)備的控制系統(tǒng)中應(yīng)用。

4、另一方面，根據(jù)文獻(xiàn)“郭良剛，邸偉佳，楊合，李永堂。難變形材料環(huán)件雙向輾軋過程軋制曲線設(shè)計(jì)方法，機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2014，50(16)：83-88”中，綜合考慮“上凸形”和“下凹形”軋制曲線對(duì)鈦合金矩形環(huán)件雙向軋制的優(yōu)勢(shì)，通過組合“上凸形”和“下凹形”軋制曲線形成“s”形軋制曲線，并采用分段冪指數(shù)函數(shù)描述該“s”形軋制曲線，該方法存在如下問題：(1)該軋制曲線函數(shù)僅適用于文獻(xiàn)中提到的具體矩形環(huán)件尺寸，不適用于其他尺寸的環(huán)件軋制，因而不具有普適性；同時(shí)，也沒有給出具體的軋制曲線確定方法；(2)采用分段冪指數(shù)函數(shù)描述的“s”形軋制曲線，其中冪指數(shù)的確定缺乏具體的依據(jù)和方法，仍依賴于經(jīng)驗(yàn)和試錯(cuò)法；(3)基于上述兩方面原因，該方法同樣不方便應(yīng)用于現(xiàn)代先進(jìn)數(shù)控環(huán)軋?jiān)O(shè)備的數(shù)控系統(tǒng)中，從而難以實(shí)現(xiàn)對(duì)軋制過程進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。

5、同時(shí)，對(duì)于大型環(huán)件雙向輾軋過程，通常分為三個(gè)階段：(1)環(huán)坯規(guī)整階段。(2)穩(wěn)定軋制階段。(3)整圓階段。然而，上述專利(公告號(hào)cn104156499)提到的“上凸形”、“直線形”、“下凹形”軋制曲線，則均不適應(yīng)大型環(huán)件輾軋的三個(gè)階段的目的和要求，也難以應(yīng)用于現(xiàn)代先進(jìn)數(shù)控環(huán)軋?jiān)O(shè)備數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)；且上述文獻(xiàn)提到的采用分段冪指數(shù)函數(shù)描述的“s”形軋制曲線設(shè)計(jì)方法，因不具備普適性且冪指數(shù)的確定缺乏具體的依據(jù)和方法，也不適用于現(xiàn)代先進(jìn)數(shù)控環(huán)軋?jiān)O(shè)備數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種大型環(huán)件雙向輾軋“s”形軋制曲線的確定方法，適用于大型環(huán)件雙向輾軋過程以及現(xiàn)代先進(jìn)數(shù)控環(huán)軋?jiān)O(shè)備數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用。

2、一種大型環(huán)件雙向輾軋“s”形軋制曲線的確定方法，包括如下步驟：

3、步驟一，建立環(huán)件雙向輾軋過程變形前的環(huán)坯截面和變形后的環(huán)件截面的幾何構(gòu)型與坐標(biāo)系；其中，設(shè)置df、hf、bf分別為環(huán)件外徑、高度及壁厚；d0、h0、b0分別為環(huán)坯的外徑、高度及壁厚，使“s”形軋制曲線的起點(diǎn)坐標(biāo)為(b0，h0)，“s”形軋制曲線的終點(diǎn)坐標(biāo)為(bf，hf)；

4、步驟二，建立“s”形軋制曲線的方程；在步驟一建立的環(huán)件雙向輾軋過程變形前的環(huán)坯截面和變形后的環(huán)件截面的幾何構(gòu)型與坐標(biāo)系下，所述“s”形軋制曲線的曲線方程由式(1)所示的二次有理分式確定：

5、h＝hf+[a1(b-bf)2+a2(b-bf)+a3])/[a4(b-bf)2+a5(b-bf)+1]???(1)

6、其中，式(1)中h為環(huán)件在成形過程中不斷變化的瞬時(shí)高度；b為環(huán)件在成形過程中不斷變化的瞬時(shí)壁厚，hf、bf分別為環(huán)件成形后最終的高度及壁厚；a1、a2、a3、a4、a5均為待定系數(shù)；

7、步驟三，確定“s”形軋制曲線方程的邊界條件；所述邊界條件為“s”形軋制曲線在所述坐標(biāo)系中經(jīng)過的坐標(biāo)點(diǎn)，包括起點(diǎn)(b0，h0)、終點(diǎn)(bf，hf)、途經(jīng)點(diǎn)(bf+(b0-bf)/2，hf+k(h0-hf))，且曲線起點(diǎn)(b0，h0)以及終點(diǎn)(bf，hf)處的斜率為0；其中，k為引入的“s”形軋制曲線系數(shù)，用于描述當(dāng)環(huán)坯壁厚減薄量達(dá)到環(huán)軋過程總壁厚減薄量的一半時(shí)，環(huán)坯高度變形量占總高度變形量的比例，k的取值范圍為(0，1)；

8、步驟四，確定環(huán)坯的高度h0、壁厚b0和環(huán)件的高度hf、壁厚bf，以及“s”形軋制曲線系數(shù)k；

9、步驟五，求解“s”形軋制曲線方程中的待定系數(shù)；

10、步驟六，繪制“s”形軋制曲線圖形。

11、優(yōu)選的，環(huán)坯截面為由第一側(cè)邊i、上邊j、第二側(cè)邊k和下邊l所圍成的矩形；環(huán)件截面為由第一側(cè)邊i、上邊j、第二側(cè)邊k和下邊l所圍成的矩形；其中，環(huán)坯截面的第一側(cè)邊i與環(huán)件截面的第一側(cè)邊i部分重合；環(huán)坯截面的下邊l與環(huán)件截面的下邊l部分重合。

12、優(yōu)選的，“s”形軋制曲線的起點(diǎn)坐標(biāo)(b0，h0)為環(huán)坯截面上邊j與第二側(cè)邊k的交點(diǎn)；所述“s”形軋制曲線的終點(diǎn)坐標(biāo)(bf，hf)為環(huán)件截面上邊j與第二側(cè)邊k的交點(diǎn)。

13、優(yōu)選的，確定環(huán)坯的高度h0、壁厚b0和環(huán)件的高度hf、壁厚bf的具體過程如下：

14、獲取成形環(huán)件尺寸，包括環(huán)件外徑df、環(huán)件高度hf、環(huán)件壁厚bf，再計(jì)算得到環(huán)坯尺寸，包括環(huán)坯外徑d0、環(huán)坯高度h0、環(huán)坯壁厚b0；

15、其中，環(huán)坯壁厚b0由式(4)確定：

16、

17、環(huán)坯高度h0由式(5)確定：

18、h0＝ψbfhf/b0?????????????????????????????????????(5)

19、環(huán)坯外徑d0由式(6)確定：

20、d0＝(df-bf)bfhf/h0b0+b0???????????????????????????(6)

21、其中，軋比ψ＝b0h0/bfhf，徑軸向分配比tanα＝(h0-hf)/(b0-bf)。

22、優(yōu)選的，確定“s”形軋制曲線系數(shù)k的過程如下：

23、當(dāng)環(huán)件雙向軋制過程的軸向變形集中在軋制后半程時(shí)，選取k∈(0.5，1)，“s”形軋制曲線為“上偏形”；

24、當(dāng)環(huán)件雙向軋制過程的軸向變形集中在軋制前半程時(shí)，選取k∈(0，0.5)，“s”形軋制曲線為“下偏形”；

25、當(dāng)環(huán)件雙向軋制過程的軸向變形量和徑向變形量在軋制的前后半程平均分配時(shí)，選取k＝0.5，“s”形軋制曲線為“居中形”。

26、本發(fā)明的第二方面，提出一種電子設(shè)備，所述電子設(shè)備包括：存儲(chǔ)器和至少一個(gè)處理器，所述存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序；所述至少一個(gè)處理器調(diào)用所述存儲(chǔ)器中的所述計(jì)算機(jī)程序，以使得所述電子設(shè)備執(zhí)行如上述的大型環(huán)件雙向輾軋“s”形軋制曲線的確定方法。

27、本發(fā)明的第三方面，提出一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上述的大型環(huán)件雙向輾軋“s”形軋制曲線的確定方法。

28、本發(fā)明的有益效果是：該大型環(huán)件雙向輾軋“s”形軋制曲線的確定方法、電子設(shè)備、存儲(chǔ)介質(zhì)，首先，通過確定成形環(huán)件尺寸df、hf、bf以及環(huán)坯尺寸d0、h0、b0，得到“s”形軋制曲線的起點(diǎn)坐標(biāo)(b0，h0)和終點(diǎn)坐標(biāo)(bf，hf)；然后，采用二次有理分式的簡(jiǎn)單函數(shù)形式來描述大型環(huán)件雙向輾軋的“s”形軋制曲線；最后，確定“s”形軋制曲線方程的邊界條件，并在(0，1)的范圍內(nèi)確定“s”形軋制曲線系數(shù)k的取值，然后求解“s”形軋制曲線方程的待定系數(shù)，則可確定相應(yīng)的“s”形軋制曲線方程，從而繪制得到“s”形軋制曲線的圖形。

29、該方法確定的“s”形軋制曲線將軋制過程分為與環(huán)件雙向軋制過程相吻合的三個(gè)階段：(1)環(huán)坯規(guī)整階段。此階段以徑向軋制為主，對(duì)應(yīng)“s”形軋制曲線的上段，使得環(huán)坯順利咬入徑向孔型建立軋制運(yùn)動(dòng)，消除環(huán)坯的壁厚不均勻性，并逐漸過渡到穩(wěn)定軋制階段；(2)穩(wěn)定軋制階段。此階段為徑軸向聯(lián)合軋制階段，對(duì)應(yīng)“s”形軋制曲線的中段，控制環(huán)坯勻速長(zhǎng)大以緩解環(huán)坯與各軋輥的沖擊碰撞，從而提高軋制過程穩(wěn)定性；(3)整圓階段。此階段因環(huán)件軸向高度尺寸基本到位，故以徑向整圓為主，對(duì)應(yīng)“s”形軋制曲線的下段，獲得高圓度質(zhì)量和壁厚均勻的軋制環(huán)件。

30、該“s”形軋制曲線的確定方法，更加適應(yīng)于大型環(huán)件雙向輾軋成形過程，有利于協(xié)調(diào)控制軋輥的運(yùn)動(dòng)及軋制過程，實(shí)現(xiàn)環(huán)件雙向軋制過程徑軸向協(xié)調(diào)變形，提高軋制過程穩(wěn)定性；同時(shí)，采用二次有理分式的簡(jiǎn)單函數(shù)形式描述“s”形軋制曲線，該曲線方程簡(jiǎn)潔，計(jì)算簡(jiǎn)便；另一方面，引入“s”形軋制曲線系數(shù)k(k在0-1之間取值)，用于調(diào)控“s”形軋制曲線的“上偏形”、“居中形”、“下偏形”的形狀，特別適用于現(xiàn)代先進(jìn)數(shù)控環(huán)軋?jiān)O(shè)備數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用，為難變形材料大型環(huán)件形性一體化成形制造提供了重要方法和技術(shù)基礎(chǔ)。