[发明专利]直缝焊管排辊成型机组全流程自动化参数建模的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种塑性加工技术领域的建模方法，具体是一种直缝焊管排辊成型机组全流程自动化参数建模的方法。

背景技术

辊弯成型是板带深度加工的一个重要领域。它是通过由多段具有一定表面形状成型轧辊所组成的成型机组对坯料逐步进行弯曲变形，从而得到均一截面产品的塑性加工方法。直缝焊管是其主要的产品之一，由于直缝焊管具有生产效率高、管壁厚度均匀、尺寸精度高、表面质量好、能源和材料消耗少等优点，所以直缝焊管生产在最近的几十年里面有了非常迅速的发展，目前在世界各国钢管生产中，直缝焊管所占的比例不断增加。在直缝焊管的传统辊式成型的过程中，板材依次经过布置在成形方向上的各个水平和垂直成型轧辊，由平面逐渐连续地弯曲成所需要的圆周截面，其整个变形是一个经历大位移、有限应变的过程，具有很强的非线性，成形规律难以把握。

经对现有技术的文献检索发现，韩志武等在《金属学报》2000年第36卷第11期第1219～1222页上发表了“有限条法模拟直缝焊管成型过程”，该文中提出了采用基于增量拉格朗日法的大变形样条有限条法，并用于模拟直缝焊管的成型过程，获得了变形带材的三维位移场、应变场和应力场。有限条法不足在于：主要侧重于对辊弯成型过程中板带最终变形曲面建模，由于是通过逐段对板带在两组轧辊之间的变形情况进行分析的并且没有对成型轧辊进行建模，不能有效反映整个全流程中所有轧辊共同作用下板带实际的变形形态。检索中还发现，姜军生等在《焊管》2006年第29卷第6期第37～39页上发表了“基于Solidworks的焊管成型辊三维参数化造型系统开发”，该文中提出了以Solidworks为绘图支撑平台，采用基于焊管成型辊形状特征技术的参数化绘图方法，实现了整套焊管成型辊零件参数化绘图。其不足在于：仅仅是实现了所有成型辊零件的参数化绘图，既无法实现成型机组全流程CAD模型的自动化参数建模，更无法实现成型机组全流程CAE模型的自动化参数建模。

由于传统的辊式机组轧辊数量少，建模简单，所以多数专业人员通过成熟的商业化软件依次分别手动进行CAD和CAE建模。但是对于高频直缝焊管排辊成型机组而言(排辊成型是为了克服传统辊弯成型中边缘变形和回弹过大以及成型立辊共用性差的缺点而在成型方向用大量形状相同小辊代替成型立辊的一种较先进的技术)，由于该成型机组的轧辊数量非常多(有近100个成型轧辊)，接触情况异常复杂，建立CAD/CAE模型时各排辊的空间定位非常复杂，所以目前国内外针对高频直缝焊管排辊成型机组的自动化参数建模技术的研究基本处于空白。如果仅借助商业化软件来进行手动建模，其建模的工作量大，时间长，效率低，而且很难保证建模的准确性，更无法进行方便的修改。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种直缝焊管排辊成型机组全流程自动化参数建模的方法，使其克服目前高频直缝焊管排辊成型机组的轧辊数量极多，其品种规格繁多，而传统的手工建模方法过于繁琐、效率较低、容易出错、不便修改的问题，可以更方便灵活地研究极其复杂的高频直缝焊管排辊成型过程的成形规律，提前预测产品缺陷，以减少轧辊设计和孔型设计的盲目性。本发明是一种能够准确、快速、高效、灵活地实现了从数据库中调用快速设定参数以及相应产品规格的轧辊几何特征参数来自动参数化生成成型机组CAD/CAE模型的方法，同时它还具有极好的可重复修改的特点。

本发明是通过以下技术方案实现的，具体包括如下步骤：

第一步，对成型轧辊的辊形特征和快速设定参数进行数据集成

首先从现场的工控机中导出跟所有辊位参数密切关联的快速设定参数(即QS参数)，然后从现场取得所有图纸中，分别整理出来轧辊的零件图纸和装配图纸以及基准图纸(用于描述快速设定参数和辊心的关系)，然后根据零件图纸确定各个成型轧辊自身的几何特征参数(即辊形参数)，同时根据装配图纸得到不同成型段各轧辊的装配关系。

第二步，确定各道次成型轧辊辊心的空间位置与快速设定参数的关系式

首先根据装配图纸抽象出各成形轧辊之间的相互装配关系，再依据各成型道次相应的基准图纸确定快速设定参数与基准线间的关系式，最后结合相应的装配关系就可以建立起快速设定参数与辊心之间的关系式，从而得到轧辊辊心高度、宽度以及旋转角度跟快速设定参数的关系式。

第三步，高频直缝焊管排辊成型机组全流程CAD模型的自动参数化建模