沈陽(yáng)第一機(jī)床廠摘要：本文主要是關(guān)于連續(xù)變截面輥軋板(TRB)的控制模型建立的理論基礎(chǔ)，連續(xù)變截面輥軋板的軋制控制是一種新的控制方法，不同于以往任何軋板沈陽(yáng)第一機(jī)床廠的軋制過(guò)程。連續(xù)變截面輥軋板的控制模型的建立過(guò)程是連續(xù)變截面輥軋板進(jìn)行生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，該模型的成功建立可以使連續(xù)變截面輥軋板的批量生產(chǎn)成為可能，為車身輕量化拓寬了思路，其結(jié)果對(duì)汽車降低能耗具有積極的推動(dòng)作用。
TRB是在汽車輕量化日益成為人們關(guān)注焦點(diǎn)的前提下提出來(lái)的，TRB板的提出為汽車輕量化開(kāi)辟了新的途徑。在環(huán)境污染和能源短缺成為當(dāng)今社會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重的問(wèn)題，為了應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)格的環(huán)保挑戰(zhàn)，世界汽車業(yè)正積極行動(dòng)起來(lái)，大力研制環(huán)境友好型的汽車，例如歐洲的EUCAR，美國(guó)的PNGV項(xiàng)目等就是具體的例證。環(huán)境友好型汽車的重要標(biāo)志是油耗低、排放少，而降低油耗、減少排放的重沈陽(yáng)第一機(jī)床廠要措施就是減輕車體的重量。有關(guān)機(jī)構(gòu)的研究表明:若汽車質(zhì)量減輕10%，則油耗減少4%～5%[1]。目前實(shí)現(xiàn)車身輕量化的有效途徑有以下幾種：(1)使用密度小、強(qiáng)度高的輕質(zhì)材料;(2)使用同密度、同彈性模量而且工藝性能好的較薄的高強(qiáng)度鋼;(3)使用基于新材料加工技術(shù)的輕量化結(jié)構(gòu)用材，如拼焊板等[2]。相比之下，鋼的綜合性能使其仍然是汽車車身制造用材的最佳選擇，這主要因?yàn)殇摬牟粌H具有優(yōu)異的性價(jià)比，還有長(zhǎng)期以來(lái)所積累成熟的冶金技術(shù)和成形加工經(jīng)驗(yàn)�；谳p量化結(jié)構(gòu)用材，提出了一種顯著減輕車身質(zhì)量的新型薄板——連續(xù)變截面板。
用于車身輕星化制造的變截面薄板分為兩種，一種是拼焊板(Tailor Welded Blanks，TWB) ，是將2塊或2塊以上不同厚度或不同材質(zhì)的板料焊接在一起，然沈陽(yáng)第一機(jī)床廠后進(jìn)行沖壓成形，以滿足不同的性能要求，減輕車身質(zhì)量。但是，TWB在拼接處存在板料厚度的突變、母材承載能力差異和焊縫及其熱影響區(qū)的硬化等，因而在成形過(guò)程中會(huì)誘發(fā)下列問(wèn)題：(1)板料厚度的突變使壓邊力大小不一致，容易引起薄料流入過(guò)程中壓應(yīng)變過(guò)大而皺曲;(2)焊縫兩側(cè)材料承載能力不一致，使材料流入和變形不均勻，引起焊縫移動(dòng)，加劇應(yīng)變集中，降低整塊板的成形性能;(3)焊縫及其熱影響區(qū)的硬化作用導(dǎo)致整塊板成形性能降低，成形困難。另一種是通過(guò)柔性軋制工藝生產(chǎn)的連續(xù)變截面板(Tailor Rolling Blanks，TRB)，是一種新沈陽(yáng)第一機(jī)床廠的軋制技術(shù)生產(chǎn)的板。變截面薄板經(jīng)加工后制成的汽車零部件將具有更好的承載能力，且明顯地減輕了質(zhì)量。TRB軋制工藝解決或緩解了TWB存在的問(wèn)題，TRB的應(yīng)用給汽車輕量化開(kāi)創(chuàng)廠一個(gè)良好的途徑。
1 連續(xù)變截面板的扎制
TRB是一種新工藝板材，它在軋制過(guò)程中，通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制和調(diào)整軋輥的輥縫間距，以獲取沿軋制方向上按預(yù)先定制連續(xù)變化的板料厚度，參見(jiàn)圖1。 圖1T沈陽(yáng)第一機(jī)床廠RB成形是傳統(tǒng)橫向軋制和縱向周期性連續(xù)變化軋制的有機(jī)結(jié)合。其最大的特點(diǎn)是在軋制過(guò)程中，軋輥的輥縫必須連續(xù)、周期性按預(yù)先設(shè)定的形狀變化，而且輥縫的變化必須和橫向軋制變形相協(xié)調(diào)。因此，必須借助高性能計(jì)算機(jī)對(duì)軋輥的橫向和縱向進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，以快速響應(yīng)、協(xié)調(diào)輥縫的連續(xù)變化和橫向送進(jìn)變化，從而實(shí)現(xiàn)由等厚度板到TRB板的軋制。
TRB的特點(diǎn)是軋制過(guò)程中能使軋件的厚度按預(yù)先設(shè)計(jì)的曲線要求變化。由于TRB的生產(chǎn)是一個(gè)連續(xù)過(guò)程，為了使計(jì)算機(jī)能直接控制被控對(duì)象，保證軋制沈陽(yáng)第一機(jī)床廠的定位精度，必須采用高精度的輥縫位移傳感器在線直接測(cè)量輥縫的變化，并通過(guò)計(jì)算機(jī)與伺服閥控制伺服缸動(dòng)作來(lái)快速調(diào)節(jié)輥縫的周期性連續(xù)變化。因此，輥縫位移傳感器的響應(yīng)速度和靈敏度，以及伺服系統(tǒng)響應(yīng)速度、流量、行程和精度就成了實(shí)施TRB軋制過(guò)程的關(guān)鍵技術(shù)。
2 連續(xù)變截面板的扎制控制
TRB的特點(diǎn)是軋制過(guò)程中能使軋件的厚度按預(yù)先設(shè)計(jì)的曲線要求變化。由于TRB的生產(chǎn)是一個(gè)連續(xù)過(guò)程，為了使計(jì)算機(jī)能直接控制被控對(duì)象，保證軋制的定位沈陽(yáng)第一機(jī)床廠精度，必須采用高精度的輥縫位移傳感器在線直接測(cè)量輥縫的變化，并通過(guò)計(jì)算機(jī)與伺服閥控制伺服缸動(dòng)作來(lái)快速調(diào)節(jié)輥縫的周期性連續(xù)變化。因此，輥縫位移傳感器的響應(yīng)速度和靈敏度，以及伺服系統(tǒng)響應(yīng)速度、流量、行程和精度就成了實(shí)施TRB軋制過(guò)程的關(guān)鍵技術(shù)。
TRB板在扎制的過(guò)程需要測(cè)量的數(shù)據(jù)包沈陽(yáng)第一機(jī)床廠括：張緊力，進(jìn)料厚度，軋輥位置，扎制力，軋輥的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，出料厚度等。在相應(yīng)的位置安置好精確的傳感器，即時(shí)的獲取數(shù)據(jù)。測(cè)得的數(shù)據(jù)要傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，計(jì)算經(jīng)過(guò)計(jì)算再把數(shù)據(jù)傳輸給扎機(jī)，對(duì)滾縫進(jìn)行控制，對(duì)扎機(jī)進(jìn)行即時(shí)控制[3]�？刂频臄�(shù)據(jù)傳輸如圖2所示。 圖2首先要采集板料外形的基本數(shù)據(jù)，然后通過(guò)滾筒的定位位置對(duì)數(shù)據(jù)板料的外形數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)，外形數(shù)據(jù)確認(rèn)后對(duì)滾縫進(jìn)行控制，把滾縫調(diào)節(jié)到現(xiàn)在需扎制的厚度的滾縫間隙。然后再測(cè)量滾縫輸出端的板料厚度傳回計(jì)算機(jī)，計(jì)算判斷扎制出的厚度是否符合需要的厚度，即時(shí)對(duì)滾縫進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。
數(shù)據(jù)的流程圖，如圖3所示： 圖3對(duì)系統(tǒng)特性進(jìn)行分析，也就是采用機(jī)理建模的方法建立起系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型，然后依據(jù)這些建立起來(lái)的數(shù)學(xué)模型沈陽(yáng)第一機(jī)床廠對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂啤C(jī)理建模方法就是根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)工作的物理過(guò)程機(jī)理，在某種假定的條件下，按照相應(yīng)的理論寫出代表其邊界條件和初始條件，在采用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)處理辦法得出能夠正確反映對(duì)象動(dòng)靜態(tài)特性的數(shù)學(xué)模型[4]。
根據(jù)建立好的各個(gè)部件的系統(tǒng)模型，畫出液壓系統(tǒng)軋機(jī)輥縫控制的傳遞函數(shù)圖。依據(jù)此傳遞函數(shù)框圖，利用MATLAB語(yǔ)言進(jìn)行仿真，就可以模擬軋機(jī)輥縫控制實(shí)際輸入和輸出的之間的動(dòng)態(tài)響應(yīng)關(guān)系[5] 。
3 TRB板的應(yīng)用前景
TRB應(yīng)用評(píng)價(jià)是設(shè)計(jì)決策的重要內(nèi)容。由于應(yīng)用過(guò)程涉及面廣，影響因素多，因此必須綜合考慮應(yīng)用的各個(gè)方面，例如技術(shù)、生產(chǎn)效率、經(jīng)濟(jì)性等等。TRB可成形性是指其是否符合相關(guān)的沖壓工藝要求，它是技術(shù)評(píng)價(jià)的關(guān)鍵，工藝方案論證和制造加工策略對(duì)降低成本、縮沈陽(yáng)第一機(jī)床廠短開(kāi)發(fā)周期、提高工藝和模具設(shè)計(jì)的成功率至關(guān)重要。而這些因素既有定量的，也有定性的，定性的因素幾乎都存在著極大的模糊性，并且各因素在應(yīng)用過(guò)程中的權(quán)重又受技術(shù)、管理、設(shè)備等影響。因此，探索多層次、集成的模糊綜合評(píng)價(jià)策略是推廣TRB應(yīng)用不可缺少的組成部分�？偠�
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