孔型检测

孔型检测（共7篇）

孔型检测 篇1

随着电子工业的迅速发展, 集成电路、片式电子元器件上的部件向着更小、更多、更密集方向发展。为了提高组装密度、减少电子产品体积和重量, 产生了“表面贴装技术”, 简称SMT。打孔纸带在生产的过程中, 孔型会产生一些物理损伤, 这些现象将使元器件无法正常进入高速贴片设备进行焊接组装。因此, 打孔纸带孔型的好坏, 严重影响打孔纸带的质量。影响打孔纸带质量的主要因素有:一、表面质量。二、尺寸精度。因此, 对纸带孔型进行缺陷检测来提高纸带孔型的表面质量与尺寸精度是十分必要的。

1 改进的OTSU算法

图像分割是机器视觉与图像处理的基本问题之一。门限法中, 最大类间差法也称OTSU算法, 被认为是图像分割中阈值选取的最佳算法。但在实际中, 图像的分布不均匀的或是有异常数据等情况出现时, 结果通常不令人满意, 因此本文提出了改进的OTSU算法。

通常情况下, 不同对象内部的灰度都比较均匀, 而均方差值恰巧能体现图像灰度的离散程度。因此, 均方差就可以近似反映边界灰度变换。设灰度阈值t把图像分为c0和c1, 给定图像c0和c1灰度均方差γ0、γ1分别为:, 则存在γ=ω0γ0+ω1γ1。若把灰度均方差替换其中的灰度均值作为衡量参数, 并且综合利用图像的边界特征与区域特性, 可以得到改进的Co、C1类间方差为:

满足 (2) 式的最大阈值t即是改进OTSU确定的最佳分割阈值。

2 纸带孔型面积计算与定位算法

纸带孔型面积计算与定位是纸带孔型缺陷检测中的关键步骤。通过面积提取, 可以粗略的判断纸带孔型是否崩边等情况。通过孔型定位, 可以准确的了解各个孔型的方位与边界信息, 从而得到纸带孔型的尺寸等信息。操作如下:

(1) 对图像进行分块处理, 根据给定标准确定各孔型大致范围。

(2) 扫描给定范围内的像素点, 得出面积, 并建立4条链表, 分别将上、下、左、右最外层边界点的信息存入链表。对各边界的点进行取平均值计算, 得出中心。

(3) 根据 (2) 中得出最外层边界的点, 得出孔型离边界的距离。根据各个孔型的中心坐标判断各个孔型之间的距离。

(4) 各个孔型面积和边界信息与标准图像做比较, 若在误差范围内图像合格, 否则不合格。

3 实验结果

以数据和打孔纸带局部放大图为研究对象, 采用自适应阈值法、传统的OTSU算法、改进的OTSU算法进行分割实验, 获得打孔纸带孔型二值化图像如图1所示。由图1可见, 自适应阈值算法不仅出现过分分割现象, 而且把纸带孔型大量模糊处分割掉;传统的OTSU, 比较好的反映了原始图像的信息, 但是分割出的孔型还是不够准确;改进的OTSU, 边缘和孔型信息方面, 比传统的最大类间分割有了明显提高, 从直观上与放大后的孔型图像更为接近。改进的OTSU, 对放大的孔型图像进行孔型分割, 分割效果明显优于传统的OTSU, 且消除了传统方法的边缘过多分割现象, 因此具有更高的分割准确性。

4 结束语

本文通过改进经典Otsu图像分割方法, 在考虑OTSU的同时结合均方差, 提出了新的图像分割阈值选取算法。比较了三种图像分割方法的性能。结果表明运用改进Otsu分割前景与背景临界处 (孔型边缘) 更加柔和, 解决了传统Otsu法的分割边缘跳跃性, 可以获得更加接近实际情况的分割效果, 证明了其有效性以及优越性, 是一种适用于打孔纸带孔型图像的较好的阈值分割方法。通过实验和检测结果的分析比较, 改进的最大类间分割算法分割出的图像, 更准确, 误差更小。这种孔型检测法有效地提高了测量精度, 可以有效地应用于其他计算机视觉系统中。

摘要：提出了一种用于测量纸带孔型的视觉测量算法。算法首先将差因素引入传统分割算法, 提出一种改进的最大类间分割算法。其次, 对阈值化后的二值图像进行特定区域分块处理, 并进行面积统计和边缘定位。最后, 将传统的最大类间差法得出面积和边界数据与改进的最大类间差法得出的数据比较。实验结果:结果表明改进算法, 分割更加准确有效, 提取图像信息更完整能较好地完成对纸带孔型的缺陷检测。

关键词：孔型检测,定位,大津算法

参考文献

[1]刘健庄.栗文青.灰度图象的二维Otsu自动阈值分割法[J].自动化学报, 1993 (01) .

[2]范九伦, 赵凤.灰度图像的二维Otsu曲线阈值分割法[J].电子学报, 2007, 35 (4) :751-755.

[3]范九伦, 赵凤, 张雪峰.三维Otsu阈值分割方法的递推算法[J].电子学报, 2007 (07) .

热轧带齿C型钢孔型设计 篇2

带齿C型预埋件具有较高的承载能力,边距小(最小可达5cm),易于调整,安装时无噪音、无尘,防腐性能好(热浸镀锌钢材质),脚部齿形能起到防松、减震的作用等特点。所以,带齿C型预埋件作为挂件,大量应用于隧道、幕墙、铁路、水利、电力中等。但是,该型钢属于复杂断面型材,受到自身结构的限制,具有薄壁、带齿、半封闭的特点,所以不容易成形。目前,国内采用热轧方法生产的C型钢产量还不大,仍然需要从国外进口,所以迫切需要开发此类C型钢的热轧孔型系统。

参照其他复杂断面型钢的设计原理,并利用DEFORM-3D有限元软件辅助设计了一套热轧带齿C型钢的孔型系统。针对该C型钢在试轧过程中出现的缺陷,结合生产现场的实际情况,进行了深入的分析。通过孔型的改进,最终生产出了合格的产品。

1 孔型系统设计

1.1 热轧带齿C型钢的成品尺寸

该带齿C型钢的成品尺寸是由某公司提供的,其断面示意图如图1所示。

1.2 断面划分

带齿C型钢属于复杂断面型钢,为了合理分配

变形量,减少不同部分间金属的相互牵连或转移,保证轧件成形,一般将复杂断面划分成若干个简单断面[1]。该C型钢断面划分为1个腰部、2个腿部和2个脚部等5个部分(见图2)。

1.3 孔型设计

考虑到该C型钢成品壁厚为3mm,近于薄壁型钢,轧制过程中温降较快,在轧齿道次可能会出现温度比较低,变形抗力增大,导致齿形成型不理想的现象。为了保证最终的产品尺寸要求,保持轧齿时较高的温度是关键。因此应尽可能的减少轧制道次。采用蝶式混合孔型系统,具有以下几种设计优点:

(1)蝶式孔中腿部的侧压为垂直压下,可以使轧件的腿部变形稳定均匀,减小轧件变形过程中腰部和腿部的延伸差,使轧件横断面上的温度更均匀。

(2)蝶式孔中延伸系数大,可减少轧制道次或增大坯料断面,这样为轧机孔型设计和坯料断面尺寸的选择提供了更大的余地。

(3)工艺过程简单,操作方便,可加快生产节奏,提高机组作业率和机时产量。

综上所述,参照槽钢蝶式孔型的设计原则来进行带齿C型钢的孔型设计。按照逆轧制进行设计,采用延伸系数法确定轧制道次为1 1道次,再加上4道热弯孔型,共15道次。

孔型设计时重点考虑各部分延伸率(各部分断面的面积比),以此衡量复杂断面型钢在成型时变形的不均匀性。其中,K8-K6孔是预成型阶段,是整个轧件成型的关键环节。这几道次轧件的形状和尺寸已经接近于成品孔型,各部分的压下量都比较小,金属间相互转移的程度比较小,所以各部分间尽量采用比较接近的延伸率,确保成品尺寸和减小成品内应力。K5为轧齿孔,是成品尺寸孔,为了避免腰部、腿部的延伸影响到脚部齿形的成型,K5腰、腿部尺寸与K6腰、腿部尺寸相同。K8-K6孔参照了槽钢蝶形孔的设计经验,在腰部和腿部的交界处、腿部和脚部的交界处都使用了三角形状的假腿[2]。这样确保热整形过程中在外拐角处有足够的金属量,保证最终产品的外拐角为直角。

完成孔型设计后,利用DEFORM-3D有限元模拟软件对孔型的填充情况及金属的流动进行模拟验证。根据模拟分析结果,对孔型的形状和尺寸进行必要的调整。

2 有限元模拟

进行有限元模拟,主要是为了分析孔型的合理性,并进行必要的修改,最终获得一套合理的孔型系统。其次是研究轧制过程中各种力能参数的变化,为实际生产提供参考。由于设计孔型较多,文中主要详细分析K5-K8孔型。

2.1 有限元几何模型的建立

利用Proe三维建模软件与DEFORM有限元分析软件中的系统坐标完全重合的特点,采用Proe软件建立轧件、轧辊等的三维模型,并保存为STL形式的文件导入DEFORM软件中。

2.2 边界条件设定

模拟轧件材料为Q235,但是DEFORM材料库中没有Q235。根据AISI美国钢铁学会标准,低碳钢(AISI-1005～1026)的含碳量为0.06%～0.28%,对应国内含碳量标准(<0.25%),选取AISI-1020为研究材料[3]。坯料初始温度设定为1150℃。

C型钢轧制过程中,轧件与空气的温差非常大,轧件附近的空气被轧件表面加热,空气内部出现不均匀的温度分布。因此冷热各部分密度不同,引起空气升降对流,这时空气发生自然对流,有限元模型的对流换热系数定为0.02N/(mm·s·℃),辐射率设定为0.7,空气的温度设定为20℃。一般情况下轧件与轧辊之间的接触热传导还是用接触热传导系数来简化处理,通常轧辊与轧件接触传热系数设定为1 2N/sec/mm/C。根据以往模拟经验,各道次轧制过程中采用剪切摩擦模型,摩擦因子取为0.7[4]。根据轧机性能,设置轧制速度为3m/s。

2.3 孔型模拟结果

图3为K5-K8道次金属塑性变形过程中沿X向(轧制方向)的速度云图。X方向速度场主要反映了脚部、腿部、腰部的延伸趋势。K5速度分布不均,主要是由于该孔型仅在脚部完成齿形成型,为局部塑性变形,并且辊径差也较大。K6、K7、K8道次中脚部、腿部、腰部的速度比较均匀,说明各部分的延伸率配比较为合适。

图4为K5-K8道次金属塑性变形过程中沿Y向(宽展方向)的速度云图。Y方向速度场主要反映的是轧件向边部宽展趋势。K5轧件脚部向Y负方向的速度比较大,受孔型的挤压,迫使金属流动向脚部扩展,腰部和腿部Y向速度比较均匀。K6轧件整个断面Y向速度比较均匀。K7轧件腰部和腿部宽展比较均匀,脚部假腿处向Y正向流动比较大,保证了尖角处的填充。K8轧件整个断面Y向速度比较均匀。

图5为K5-K8道次金属塑性变形过程中沿Z向(压下方向)的速度云图。Z方向速度反映的是轧件在孔型中的填充情况。轧件受轧辊的挤压,在Z方向产生相对的速度,金属的流动受阻,就会向阻力小的区域流动,形成边角处的填充。K5道次中齿顶部分填充不满,出现这种现象的原因是这部分金属在塑性变形时,由于辊环和变形金属的接触表面上有摩擦力的存在,使接触表面附近的金属流动困难[5]。K6、K7、K8这三个道次孔型填充比较饱满,而且没有出现耳子。

3 现场调试

通过现场调试发现,轧制过程中主要出现的轧制缺陷:K9轧出的轧件带有耳子、K1轧出的成品腿部不平直。

3.1 两侧耳子

导致K 9出耳子的主要原因是:

(1)最初的K10孔型与K9孔型对比(见图6),发现不均匀变形程度过大且延伸系数比较大;

(2)轧件温度过低,使本孔的宽展量增大,同时由于轧件温度低,变形抗力增大,轧机弹跳加大,使K10孔的轧件厚度增加。

解决措施:

K10孔型结构改进为与K9孔相近的孔型,同时减小了延伸系数,改进后的K10孔型如图7所示。为了保证K10孔型脚部填充比较饱满,K11孔型脚部形状也做出了相应的调整,调整前、后的孔型如图8所示。

(2)通过改进中频加热炉的线圈,提高了轧件的初始加热温度,避免轧制低温钢、黑头钢。改进前后K9轧完的坯料如图9所示,由图9可以明显看出,改进孔型前轧件有耳子,改进之后K9孔型填充的很好。

3.2 成品腿部不平直

热整形道次完成之后,腿部不平直,主要表现在腿部反弯处回弯的不彻底,仍然存在较大的圆弧腿。

导致成品腿部不平直现象的主要原因是:K4、K3孔型反弯的支撑点位置不合理。

解决措施:

改进K4、K3孔型,增大了下辊的宽度,确保热整形过程中,腿部回弯的部位与下辊有合理的接触点,保证回弯之后轧件腿部平直。修改前后的K4、K3孔如图10,图11所示。

改进前后,轧完的成品如图12所示,对比发现,改进后腿部的平直度得到了很大的改善。

现场试轧过程中,对改进孔型后的各道次轧件留样,并进行了各部分尺寸的测量。发现各个轧件断面形状与模拟结果一致,最终成品各部分的尺寸均满足该公司的产品尺寸要求,证明了该孔型系统的合理性。

4 结论

(1)复杂断面型钢的孔型设计原则基本适用于带齿C型钢的孔型设计。

(2)在预成型孔中腿部与脚部、腿部与腰部外侧交界处,增加假脚,可保证热整形过程中外侧角金属充足,并改善成品孔尖角变圆角的缺陷。

(3)通过模拟研究,找到了带齿C型钢预成型各部分延伸率的合理配比,防止了耳子的出现以及轧件过度弯曲。

参考文献

[1]许云祥.型钢孔型设计[M].北京:冶金工业出版社,1993.

[2]徐春,王全胜,张弛.型钢孔型设计[M].北京:化学工业出版社,2008.

[3]王侃,范俊杰.变宽度圆盘剪剪切过程仿真研究[J].设计与分析,2011,15:168-169

[4]谢红飙,王长清,肖宏.热轧哈芬预埋槽钢孔型设计及实验[J].塑性工程学报,2012,19(3):35-38

孔型检测 篇3

关键词：烧结制品,热工性能,孔洞率,导热系数,传热系数

1 前言

随着全面建设小康社会的逐步推进,建设事业迅猛发展,建筑能耗也迅速增长。我国既有的近400亿m2建筑,仅有1%为节能建筑,单位面积采暖所耗能源相当于纬度相近的发达国家的2～3倍,而每年的新建建筑中真正称得上“节能建筑”的还不足1亿m2,建筑耗能总量在我国能源消费总量中的份额已达到30%左右[1,2,3]。目前,我国建筑能耗增长的速度远远超过能源生产可能增长的速度,如果此种高耗能建筑持续发展下去,能源生产势必将面临更大的压力。因此,国民经济要实现可持续发展,推行建筑节能势在必行。

建筑围护结构组成部件(墙体、屋顶、门和窗等)的设计对建筑能耗的影响巨大,一般增大围护结构的费用仅为总投资的3%～6%,而节能却可达20%～40%[3,4,5]。通过改善建筑物围护结构的热工性能,在夏季可减少室外热量传入室内,在冬季可减少室内热量的流失,使建筑热环境得以改善,从而减少建筑冷、热消耗。由于墙体是建筑围护结构的主要组成部分,从而以烧结制品为代表的墙体材料成为建筑节能设计的重点所在。本试验利用有限元分析软件ANSYS研究了稳态条件下、典型温度时烧结制品孔洞的对称性、列数、排数和间距对热工性能的影响,并提出了符合第三步建筑节能要求的新型保温烧结制品的孔型设计。

2 有限元热分析方法

采用Solid Quad 4nodes(PLANE55)单元,其属性如表1[6];砌体肋部与孔洞处分别设置材料参数。

经检测自制新型保温烧结制品的导热系数为0.463 W/m·K,自制保温砂浆的导热系数为0.043 W/m·K,假定空气导热系数为0.023 W/m·K,外表面热绝缘系数,取夏季时外墙和屋顶值0.05 m2·℃/W[7]。

砌体肋部采用线单元为0.003 m的尺寸,网格为三角形;由于孔洞内空气导热系数较小,故采用更致密的网格划分来提高计算精度,孔洞处线单元为0.001 m的尺寸,网格为三角形。在有限元模型中对外墙一侧加载温度荷载70℃,在对侧加载温度荷载20℃,即室内温度。考虑到烧结多孔砖最终会砌成墙体,内部孔洞空气流动可忽略不计,故设孔洞边缘处无对流线荷载。采用路径分析方法,对烧结制品的长边作平行直线,求各平行线的平均值即可得到维护结构的导热系数和传热系数。

3 孔型优化技术研究

3.1 对称性结构对烧结制品热工性能的影响

分别研究了孔型在上下、左右对称条件下传热系数、导热系数的变化情况(模型A/B/C,如图1所示),结果如表2所示。

由表2可知,在外形尺寸相同和孔隙率基本相近的情况下,随着孔洞排列对称性越高,模型传热系数越来越小,但其降幅有限,波动范围在千分之几内变化。另外,从制备工艺来说,孔洞对称性排列也是非常必要的,因为孔洞对称性排列有利于坯体受力均匀,避免挤出过程中应受力不均造成合格率降低。

3.2 孔洞列数对烧结制品热工性能的影响

分别研究了孔洞排列分别为9、11、13列的条件下烧结多孔砖的传热系数、导热系数的变化情况(模型H/Q/J,如图2所示),结果如表3所示。

由表3可知,KH

3.3 孔洞排数对烧结制品热工性能的影响

分别研究了孔洞排数分别为3、4排的条件下烧结多孔砖的传热系数、导热系数的变化情况(模型H K,如图3所示),结果如表4所示。

由模型H和K知,在相同的外形尺寸和壁厚情况下,沿垂直于热流方向增加孔洞排数,传热系数显著增加。以模型K中m=5、n=9为例,可将其分为2个大小相同的纯砖材A层和9个砖材与空气层的混合层。采用电路模拟法,混合层中可看作是砖材与数个空气层热阻的串联,2个A层与9个混合层的关系为并联。随着并联电阻个数增加,总电阻将减小。而沿垂直于热流方向增加孔洞排列数相当于并联额外电阻,结果是总热阻减小,传热系数增大,不利于保温隔热。

3.4 孔洞间距对烧结制品热工性能的影响

分别研究了孔洞间距分别为5 mm、8 mm、10 mm的条件下烧结多孔砖的传热系数、导热系数的变化情况(模型C/D/E,如图4所示),结果如表5所示。

由表5可知,KC

3.5 符合第三步建筑节能的烧结制品的孔型设计

提出了符合第三步建筑节能的烧结多孔砖的孔型设计方案(模型M/P/T,如图5所示),具体参数对比如表6所示。

由表6可知,模型M、P和T的孔隙率均在35%以上,且传热系数均低于0.6 W/m2·℃,达到第三代建筑节能的设计要求。对于模型M,采用缩小孔间距来降低传热系数,且在相同条件下可提高孔洞率,但是它对原料性质和挤出机设备性能要求较高;对于模型P,采用增加烧结多孔砖的厚度来降低传热系数,但是它不仅增加了建筑面积,加大了建筑物的自重,甚至影响建筑物的质量和安全,在使用过程中有一定的局限性;对于模型T,采用保温层+多孔砖的符合墙体,一方面它可显著降低外墙的传热系数,另一方面它节约物料,减轻建筑结构的自重,增加其使用安全性。因此,在相对低孔洞率的基础上,提出了3种满足建筑节能50%～65%孔型排列与孔洞率的设计方案,相对降低了对设备和原料的要求,与国内烧结制品的技术水平相符合。

4 结论

在外形尺寸相同和孔隙率基本相近的情况下,随着孔洞排列对称性越高,烧结制品传热系数越来越小,但其降幅有限;在外形尺寸和壁厚相同的情况下,沿着热流传播方向增加孔洞排数和列数,烧结制品传热系数增加,且增幅越来越大;在外形尺寸和孔洞排列相同的情况下,沿着热流传播方向增加孔洞间距,烧结制品传热系数逐渐增大,且增加幅度较大。

M、P、T三种新型保温烧结制品的模型的孔洞率均大于35%,传热系数均低于0.6 W/m2·℃,符合第三步建筑节能的设计标准。

参考文献

[1]叶炳钰.对建筑节能问题的几点思考[J].建筑与工程,2010(5).

[2]陆建勇,马晓东,田立奇.既有建筑节能改造技术研究[J].陕西建筑,2008(1).

[3]柳琴.环境保护与建筑节能的相关性研究[J].建筑节能,2009(3).

[4]刘显成.建筑围护结构节能探讨[J].科技资讯,2007(25).

[5]李明海,王薇薇,许红升.既有建筑围护结构节能改造技术研究[J].建筑节能,2009(1).

[6]张朝晖主编.ANSYS热分析教程与实例解析[M].北京:中国铁道出版社.

带肋钢筋五切分轧制孔型设计原理 篇4

津西特钢螺纹钢厂二线全轧线共有18架轧机,分粗轧、中轧及精轧机组,全部为无牌坊短应力线轧机,平立交替布置。整个轧线采用全连轧,1#—12#轧机采用微张力控制,在精轧各架轧机之间均设置活套,实现无张力轧制。在中精轧后各设置水冷装置,实现控轧控冷轧制。

2 五切分工艺

2.1 孔型系统设计

五切分轧制特点:(1)变形严重不均匀性。切分楔处的压下量远大于其它部位;(2)切分变形延伸系数小;在切分孔中轧制时,槽底比切分楔处的压下量较大,且金属由于切分楔处宽展方向的水平分力较大,属强迫宽展,故整体延伸比宽展较小;(3)五切分轧制时,在预切和切分孔型中,按宽展方式轧件可分为左、中、右三部分,且两边为强迫宽展,轧件中部属限制宽展。因此,压下量相同情况下,轧件中部比两边的延伸较大。为保轧制稳定,切分后各根轧件面积必须相等或相差极小;(4)切分楔角的设计要合理,过大会切不开,过小会使切分轮受到过大的夹持力,使其负荷加大;切分带厚度应与辊缝相近,且留有一定的宽展量。

2.2 五切分轧制设计原理

五切分轧制技术源于两个三切分,其原理是在精轧机将来料轧制成扁坯后,再利用特殊孔型的轧辊和相配套的导卫,把扁坯加工成五个面积相同且并联的轧件,最后在切分道次上将其切分为面积相同且独立的轧件。五切分的关键是:要保证切分带的表面质量;在成品上切分带处不能有折叠;切分的速度与轧制速度一致[1]。

2.3 五切分孔型系统

五切分的关键是设计精轧区的孔型系统。我厂经多次与实际生产工艺过程结合,确定了K7~K3采用平孔一平孔一立箱孔一预切孔一切分孔,同时为合理分配各道次参数,达到切分轧制孔型最大限度共用,减少改规格换辊架次。

孔型设计的关键如下:

(1)K7、K6为平孔。K7为平辊主要是用于将来料压扁。其充分利用了自由宽展、压下量大的特点,降低了K6磨损速度,避免料型沿宽度方向上厚度不均,导致成品中线过长。

(2)K5为立箱孔,其主要对13架料型进行规矩,压下量较小,延伸系数一般在1.08~1.13。通过对K5轧机的辊缝调整,使K4轧件为尺寸、形状均合格的扁矩形,保证预切后得到面积均匀的五线。

(3)K4为预切分孔,此道次延伸系数为1.26~1.33,考虑其稳定性,中间三线比两侧略大,一般为1.5%~2.2%。切分楔处远大于槽底处的压下系数,两楔间距过小,造成预切分楔磨损严重;过大,会造成切分孔的切分尖磨损过快,易导致炸槽,一般为5~7.6 mm。预切分楔角度一般为68°~76°,其间距比K3小0.1~0.3,切分楔过渡圆弧半径一般为1.4~1.7mm。

(4)K3为切分孔,主要是对轧件的料型和切分带进行规整、加工,为五线切分做好准备。其延伸系数为1.15~1.26。选择中间三线比两边线的截面积大0.6%~1.0%,切分带厚度为0.8~1.0 mm,切分楔角度为52.5°~60°,切分尖过渡圆弧半径为0.7~0.9mm。

3 五切分常见问题

3.1 切分刀粘钢分析

(1)切分轮切偏或没对准轧槽。导致料与切分轮不能对正而切偏,造成切分带过大,与切分刀发生摩擦,引起粘钢。

(2)切分刀冷却不好,切分导卫必须保证冷却,尤其是切分刀,正常生产过程中因坯料,轧槽磨损等原因,造成轧件切分带形状不规矩,与切分刀摩擦粘在两边。

(3)来料过大或过小,切分轧制遵循楔形斧头原理,来料必须与切分架次切分楔处角度匹配。否则导致切分带过大,切分带与切分刀发生摩擦,引起粘钢。

(4)关键架次导卫梁和导卫未对正轧制中心,切偏。如预切分或切分架次。

(5)切分刀间距不合适,就会出现轧件与切分刀发生摩擦而粘钢。

3.2 切分线差产生分析

(1)预切分或切分架次进口导卫没对正轧线,偏向一侧,此时来料被切分后偏向的一侧断面积大,导致此线成品长度长。

(2)两侧辊缝不一致。由于15—18架两侧辊缝控制不一致,辊缝大的一侧孔型面积就大。

(3)12—16架次料形控制有问题,造成料形比预切分或切分架次的进口导卫轮间隙过小。对轧件失去了夹持力,轧件来回摆动,线差不稳定。

(4)孔型磨损不一致。由于轧槽冷却不一致,前道次料形不规矩或导卫安装不正确使导卫直接接触到孔型,从而导致孔型磨损严重的一线断面积就会增大。

(5)预切分或切分架次进口导卫本体底座松动,或导卫横移装置底座大螺栓松动或进口导卫两侧支臂活动量不一致,造成轧件来回摆动,线差不稳定。

4 应用效果

切分轧制技术是一种投资少、收效大的轧钢工艺。与四切分对比,机时产量提高了约22%,吨钢电耗降约13%,创造了显著的经济效益。

参考文献

[1]徐春,王全胜,张弛.型钢孔型设计[M].北京:化学工业出版社,2008:10.

大规格合金钢棒材孔型设计及分析 篇5

根据国内钢铁市场调研, Φ100 mm以上大规格圆钢有一定的市场, 目前市场供应的大规格圆钢, 虽然国内已有连轧机生产合金钢轧材, 但相当一部分大规格棒材仍由锻锤和650 横列式轧机生产, 普遍存在表面质量差、公差范围大, 锯切毛刺多等问题[1]。这与孔型设计的优劣有很大程度的关系。因此, 合理的设计大规格合金钢棒材孔型有重要的意义。

根据笔者的生产经验, 对棒材产品表面质量及精度有重要影响甚至起决定作用的是精轧孔型系统, 尤其是成品孔型系统。因此, 本文在孔型设计基础理论的基础上, 结合现场实践经验, 以Φ150 mm合金钢棒材的孔型设计为例, 研究大规格棒材的精轧孔型系统尤其是成品孔型系统的孔型设计。

1精轧孔型系统的设计

根据某厂的多年生产实践及相关资料的介绍, 精轧孔型选择万能孔型系统。

1.1成品孔型系统

成品孔型的设计主要从以下几个方面考虑[2]:

(1) 轧制温度的变化;

(2) 宽展量的变化;

(3) 尺寸公差的要求;

(4) 孔型的磨损。

为保证成品的断面形状和尺寸精度及轧机的调整方便, 成品孔型如图1所示, Φ150mm轧材成品孔型尺寸为:

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式中 hk为成品孔型基圆直径 (mm) ;bk 为成品孔型扩展圆直径 (mm) ;D 为冷态公称直径 (mm) ;Δ为允许负偏差的绝对值;η为热膨胀系数;α为扩展角;R 为基圆半径 (mm) 。

图1中扩展圆圆心与基圆圆心在Y-Y轴上的偏心距S, 由正弦定理可得[3] (见图2) :

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Lc为槽口宽度, 由图2可得

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可得Φ150 mm轧材成品孔型尺寸: S=6 mm。

1. 2精轧孔型系统

精轧孔型系统的共用程度依圆钢的直径而异, 最大与最小圆钢直径差D-d 最好不超过10 mm, 因为D-d 的差值愈大, 设计出的立轧孔的高宽比愈小, 轧件在立轧孔中愈不稳定, 所以选用Φ145～150 mm共用一组精轧孔型。

精轧孔型的配置采用4 辊两套制, 车修两支中辊, 上下辊可对调, 降低轧辊消耗。

1.2.1 椭圆孔型

椭圆孔型尺寸如图3。

根据下列经验公式:

椭圆孔型高度为

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椭圆孔型宽度为

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椭圆圆弧半径为

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由S=8 mm得

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1. 2. 2 立轧孔型

根据经验公式计算得:

立孔型高度:hk2=168 mm;

立孔型宽度:bk2=170 mm;

大圆弧半径:R=142 mm;

小圆弧半径:R′≈R/3=47 mm;

偏心距:S=8 mm;

侧壁斜度:ψ=32%。

2成品孔型设计分析

针对看似降低成本的负偏差轧制孔型设计, 笔者根据理论分析和经验对这一孔型设计尤其是成品孔型的负偏差设计进行分析, 具体分析如下。

合金钢等特种钢材是按“实际重量”交货, 不是按长度折算的“理论重量”交货, 所以按负偏差轧制不仅不会给生产厂带来经济效益, 相反地可能在质量上带来一些麻烦, 主要有:

(1) 对于冷切削加工用钢, 按负偏差控制钢棒尺寸时, 表面缺陷深度容易超标, 造成废品。按国家标准规定:供冷切削加工用钢, 表面缺陷深度和清除深度的考核是“由公称尺寸算起”[4]。这意味着:在缺陷的“实际深度”相同的情况下, 按正偏差轧制的钢棒, 缺陷的“计算深度”较浅;相反, 按负偏差轧制的“计算深度”要深得多, 容易因“计算深度”超标而造成废品;

(2) 轧后尚需经过热处理 (回火、退火、正火) 出厂的钢棒, 轧制公差很难掌握。热处理过程中, 钢棒的直径会氧化烧损0.1～0.3 mm。因此, 需经热处理后出厂的钢棒轧制尺寸要比出厂尺寸大0.01～0.03 mm。譬如出厂的尺寸为Φ80±0.25 mm, 那么轧制尺寸应为Φ80+0.26+0.28mm, 也就是按正偏差轧制[5]。很显然, 在用负偏差设计的成品孔中, 要轧出正偏差的钢棒是十分困难的;

(3) 按负偏差设计的成品孔型寿命较低因为成品前孔是椭圆形, 所以成品孔轧槽的磨损集中在槽底, 膀子处磨损很少, 轧槽磨损后, 为了维持成品尺寸D1, 通常要缩小辊缝, 随着辊缝缩小, 膀子处直径发生变化, 很容易低于负偏差下限, 造成钢棒膀子处直径不合格, 被迫更换孔型, 降低了孔型的使用寿命。

除此之外, 还有孔型的槽口宽度太小等问题。因此, 在设计精轧孔, 尤其是成品孔型系统时应按零偏差或正偏差来设计孔型系统。

采用此类近规格共用孔型设计的优点是:

(1) 降低了轧辊消耗, 减少孔型加工次数及降低加工成本, 降低生产成本;

(2) 共用孔型的使用, 通过在线调整, 减少换规格次数, 即减少了连轧机组换轧机次数, 提高作业时间及作业率, 降低劳动强度, 提高产量及生产率, 增加经济效益。

3结束语

本文根据孔型设计理论和多年的孔型设计经验, 以Φ150 mm大规格合金钢棒材的精轧和成品孔型为具体对象进行了设计, 对成品孔型的设计进行了分析, 得出成品孔型系统应按零偏差或正偏差来设计。通过现场的实践取得了良好的效果。

参考文献

[1]李民.POMINI公司圆钢成品孔型设计分析[J].特殊钢, 1998, 19 (1) :35.

[2]余文忠, 饶立华.中型连轧线万能孔型轧制方钢[J].特殊钢, 2001, 22 (4) :30-31.

[3]李文惠.650 mm×4型钢轧机力参数试验[J].特殊钢, 1994, 15 (2) :31-36.

[4]张马林, 徐小贝, 陈联和.大规格圆钢质量分析和控制[J].湖南冶金, 2004;32 (2) :27-29.

孔型检测 篇6

关键词：圆钢,顶锻开裂,箱型孔

优质碳素钢、合金结构钢等高品质圆钢在使用过程中需要锻打成型,如锻打开裂将产生废品,因此顶锻合格率成为圆钢的一个重要性能指标,是优质圆钢检验的必检项目。检测时如顶锻不合格,则需将该批次成品判废处理。三钢圆棒在生产初期,顶锻指标不理想,其中以尾部样开裂居多,为此需要对开裂原因进行分析并加以改进,以提高顶锻合格率。

1 热顶锻开裂机制及形貌

金属材料的热顶锻开裂,通常是材料宏观或微观缺陷受到外力的作用而暴露、扩展或延伸造成。按工序分类,可分为原料自身缺陷和轧制产生的缺陷。其中轧制缺陷造成的顶锻开裂占主要部分。轧制缺陷按产生的原因分别有:刮伤、折叠、褶皱等。在实际生产中,发现有5种典型的裂纹缺陷,具体形貌及金相组织如下。

(1)铸坯表面缺陷造成的裂纹;

(2)夹杂物造成的裂纹;

(3)刮伤造成的裂纹;

Fig.2 Schematic diagram of folding

(4)折叠造成的裂纹;

(5)皱褶造成的裂纹。

2 尾部开裂原因分析

通过对尾部开裂样进行金相分析,成品尾部顶锻情况见图11。开裂的原因主要是折叠造成的,经现场查看,粗轧前两道次采用平辊,因料型尾部扶持度不良,尾部产生扭转,在后道槽孔中形成耳子再被压倒轧平产生折叠,形成原理如图12。

针对尾部容易倒坯的问题,分析与无孔型轧制有关,特别是尾部温度低,轧制时更容易产生脱方现象,而造成扭转。对此决定采用箱型孔,以提高过钢的稳定性。

3 箱型孔的设计及使用情况

3.1 孔型设计

箱型孔通常采用下式进行设计,其孔型示意图如下图13。

bk=b-(0～5)

Bk=b+βΔh+4～6

s=(0.02～0.05)D

R=(0.12～0.2)b

r=(0.08～0.12)b

h=H-Δh

式中:b为来料宽度,mm;∈为宽展系数;Δh为压下量,mm;H为来料高度,mm;D为轧辊直径,mm。

经理论计算,前2道次料型尺寸如表1。

参考设计后1#、2#箱型孔型尺寸见图

3.2 改用箱型孔后圆钢的顶锻质量

改用箱型孔后尾部扭转现象得到改善,但小规格成品有细裂纹,Φ40mm以上规格圆钢有4条明显近似对称的裂纹,见图15。

取1#飞剪样做酸洗及金相分析,见图16、17,结果如下。

试样表面存在4簇对称的表面缺陷,缺陷最深约0.25mm,缺陷内存在氧化物,部分缺陷尾部存在氧化原点。经4%硝酸酒精腐蚀:缺陷两侧组织一致。初步判断该缺陷为褶皱裂纹。

取1#轧机样酸洗,在样品角部1公分范围内有多条断续褶皱,见图18,说明在1#轧机处已形成裂纹源。

4 裂纹原因分析

通过排除法分析,造成该处褶皱应与新改孔型有关,对箱型孔与坯料进行CAD画图模拟分析。

该孔型槽底宽度163mm,槽底倒角R30mm,槽底直线段长度126mm,坯料热态实测尺寸165mm*165mm,变形后尺寸113mm*180mm。当坯料咬入轧机时,四个角部最先与孔型侧壁四点接触,而受到正向压力,受力分析如图19,该力与槽底倒角垂直,与坯料对角线成4.44°交角,在此力作用下,轧件角部先产生变形,角部金属朝中下方向移动。当轧件完全咬入轧机后,受到竖直方向轧制力的影响,轧件宽展发生较大变化,边角部变形加剧,同时坯料宽度方向受到侧壁的限制,部分金属向上方流动,角部金属因无法正常流动产生堆积形成皱褶。经多道次变形延伸后,成为细小裂纹。当轧制规格较小时,裂纹不明显,规格较大时则清楚可见。

5 优化改进

5.1 改进措施

1#孔型槽底宽度加大7mm,侧壁斜度由20°改为15°,内圆角半径由30mm改为15mm。2#孔型因充满度不足90%,孔型扶持力不理想,将槽底宽度减小5mm。改后充满度达92%。改进后孔型如图20、21。

5.2 优化后效果

取1#轧机样酸洗未发现褶皱情况,见图22。

成品顶锻质量良好,未再出现四条对称裂纹,倒尾现象也得到解决。顶锻合格率比改前明显提高,改进前后5个月指标对比见图23。

6 结语

随着市场对圆钢质量要求的不断提高,成品热顶锻合格率已成为用户特别关心的一项指标,生产单位除了要控制好坯料自身的缺陷,更要控制好生产过程中带来的缺陷。轧制过程中刮伤、折叠等缺陷容易查找,但因孔型设计而造成的褶皱则不易发现,金相分析时容易与坯料缺陷混淆,导致故障处理不及时,而出现批量质量事故。为此,在做孔型设计时,除了借鉴传统的孔型设计理论外,更需要结合生产实际特点,设计符合自身条件的孔型。只有这样才能避免因基础条件不足,而造成的质量问题。

参考文献

[1]樊超伟,王子龙,等.优碳圆钢表面质量改进[J].轧钢,2014(1):181.

[2]张江山,李京社,杨树峰.铸坯表面划伤在圆钢轧制过程中的演变研究[J].轧钢,2014,31(6):28.

[3]赵松筠.型钢孔型设计[M].北京:冶金工艺出版社,2005.

[4]孔祥涛,包燕平,孙彦辉,等.影响中、小型转炉45圆钢热顶锻合格率的冶金因素分析[C].2005年中国钢铁年会论文集[A]:209.

孔型检测 篇7

关键词：拉丝模,孔型测量,嵌入式系统

硬质合金拉丝模是生产金属丝材的重要工具之一,它的质量优劣将直接影响着金属丝材的产量和质量。模孔结构及各部尺寸是模具质量的关键参数,孔型结构不符合设计要求,将严重影响模具的寿命和拉丝机的拉拔速度。这就要求模具在生产过程中,生产者要及时掌握这些参数,以便进行必要的研磨修正,从而提高产品质量。选择合适的测量系统,是快速、精确测量的关键。

随着现代科学技术的不断进步,不同学科间的交叉与渗透日益增多,且不断发展。在工程领域,由于微电子技术和计算机技术的迅猛发展及其向机械工业技术的不断渗透,形成了所谓的机电一体化技术[1]。在机电一体化技术领域中引入嵌入式系统技术,更加促进机电一体化技术的发展。嵌入式Linux由于其系统稳定,内核精悍,运行所需资源少,被广泛地应用。为此,笔者以嵌入式Linux系统为平台,设计了基于ARM9的拉丝模孔型测试系统。

1 系统结构

1.1 拉丝模孔型特点

拉丝模如图1所示,模孔按工作性质可分入口锥A、压缩锥B、定径带C和出口锥D 4部分。模具在生产过程中拉丝模的内径轮廓很重要,它决定着压缩线材所需的拉力,并影响拉拔后线材中的残余应力。拉丝模孔型测量系统主要测量的是轴向参数,包括入口锥、工作锥、定径带长度和工作锥角度(2β,2γ),其中压缩锥锥角2γ主要用于确定拉拔力的大小:2γ过大,则金属丝在变形区中的流线急剧转弯,从而导致附加剪切变形增大造成模具破裂;2γ过小,金属丝与模壁工作面的接触面积增大,从而增大金属丝与模孔的摩擦力使拉拔力增大。

A———入口锥;B———压缩锥;C———定径带;D———出口锥;2β———入口锥锥角;2γ———压缩锥锥角;2α———出口锥锥角

1.2 测量系统的结构设计

内部几何结构测量器具活动空间受到限制,操作调整不便,特别是小孔、深孔的测量难度更大[2]。模孔定径带的最小直径为0.5mm,一般的测量方法无法实现内孔参数的直接测量。因此,采用探针式接触测量,电机转动带动模具水平移动,从而使探针产生垂直位移。探针的微小位移变化,被位移传感器转化为电压信号输出。这种间接测量将拉丝模模孔轴向变化最终传递给位移传感器,达到测量的目的。测量系统结构如图2所示。

2 系统设计

2.1 嵌入式软件平台设计

笔者采用Samsung公司的ARM920T处理器作为硬件平台,以具有功能强大、免费以及开发资源丰富等优势的Linux作为嵌入式软件平台。该嵌入式平台,能够满足数据的高速处理和大存储量的要求,并具有丰富的接口资源。嵌入式系统开发通常由开发机和目标板组成,合并在交叉编译环境下进行。首先,在运行Linux操作系统的开发机上搭建交叉编译环境,接下来将引导加载程序、Linux内核和文件系统的可执行映像一次存放在目标板上。针对本交叉编译是指利用运行在机器上的编译器编译某源程序,生成能在另一台机器上运行的目标代码的过程[3]。针对次开发,需要安装arm-linux-gcc-3.4.1。

2.1.1 引导加载程序

引导加载程序又称为bootloder。在嵌入式系统中,操作系统内核是不能直接运行的,必须先运行bootloder。通过这段程序,可以完成硬件设备的初始化,并建立内存空间的映射图。bootloder系统上电后执行的第一个程序用来初始化硬件,引导操作系统。Mini2440开发套件中给出了支持S3C2440芯片的bootloder源码,使用Make命令交叉编译源码后生成可执行映像,根据具体需要修改arch/arm/mach-s3c2440/mach-smdk2440.c,如修改内核中平台的时钟频率(mini2440开发板使用12MHz晶振),并用JTAG下载到到开发板SBC2440的Nor Flash中。

2.1.2 编译内核

Mini2440开发套件选用内核2.6.32.2。Linux 2.6已经在内核主体中加入了提高中断性能和调度响应时间的改进,其中有3个最显著的改进:采用可抢占内核;更加有效的调度算法;同步性的提高。同样在进行交叉编译前,要对源码做必要的修改,包括时钟频率、机器类型、设置Nand Flash分区、增加Yaffs2文件系统的支持以及根据需要配置内核。将生成好的zImage内核映像,下载到Nand Flash中,实现内核的移植。

2.1.3 根文件系统

Linux启动时,第一个必须挂载的是根文件系统,若系统不能从指定设备上挂载根文件系统,则系统会因出错而退出启动,之后可以自动或手动挂载其它的文件系统。YAFFS相比其它文件系统减少了一些功能,因此速度更快、占用内存更少。移植过程包括以下几部分:

a. 建立YAFFS,并下载源码;

b. 修改Kconfig和makefile,使内核可以配置yaffs;

c. 在/arm/mach-s3c241mach-smdk2410.c找到smdk_default_nand_part结构,修改Nand分区;

d. 配置内核时选中MTD支持;

e. 配置内核时选中YAFFS支持;

f. 编译内核并将内核下载到开发板的Flash中。

2.2 嵌入式硬件设计

拉丝模孔径测量仪设计硬件系统(图3)由采集模块、按键模块、显示模块、电机驱动、串口通信模块和存储模块构成。启动系统,首先初始化系统,液晶显示屏显示初始界面,之后等待测试启动命令。测量开始后,电机匀速转动,被测模具产生水平位移,同时位移传感器周期性采集数据。在液晶显示器中显示模具的内部孔型结构,并计算出夹角。

2.2.1 采集模块

本模块选用GD19P35C-2.5通用型直流LVDT位移传感器。LVDT(Linear Variable Differential Transformer)是线性可变差动变压器,属于直线位移传感器,是铁芯可动变压器,由一个初级线圈、两个次级线圈、铁芯、线圈骨架及外壳等部件组成。LVDT因其无摩擦测量、无限机械寿命、无限的分辨率、零位可重复性和坚固耐用的特性得到了广泛应用[4]。

2.2.2 电机驱动

系统测量中,根据不同的工艺要求,模具平台需要以不同的恒定速度平稳移动,该系统使用微型直流步进电机带动平台运动。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件[5]。本驱动电路由L298芯片来驱动和控制电机,L298其实就是一个全桥驱动电路。它接收的是PWM方波,输出为跟PWM方波占空比相同的外接电压方波,具有控制范围宽、精度高的特点。

2.2.3 键盘与液晶显示模块

控制系统使用统宝3.5LCD作为人机显示器件,人机界面采用菜单操作方式,通过显示电路可以显示出模型的结构曲线及各个参数,通过键盘按键禁用菜单进行操作。为了简化系统设计,键盘采用独立键盘结构。

3 Linux驱动

Linux系统主要将设备分成3种类型:字符设备、块设备和网络接口[6]。每个模块通常实现其中一种类型,相应的模块可分为字符模块、块模块和网络模块3种。为了实现良好的伸缩性和扩展性,通常还要为每个功能创建一个不同的模块。对用户程序而言,操作系统隐藏了设备的具体细节,把设备映射为一个设备文件,用户程序可以对设备文件进行open、close、read及write等操作。这些操作与驱动程序是通过struct file_operations这一数据结构关联起来的,编写设备驱动程序的主要是编写子函数填充file_operations的各个字段。

S3C2440开发板中GPIO的许多引脚是和地址线、数据线及串口线等引脚复用的,所以必须对GPIO进行重新定义和配置。写驱动可以在内核中找相近的驱动程序,以它为模板进行开发,有时也要从零开始,驱动开发完成后,要进行测试。把编写好的驱动程序在PC机上进行交叉编译。然后insmod加载模块到内核中,通过命令rmmod可以卸载模块。用mknod建立与驱动程序相应的设备节点。

4 结束语

拉丝模具是金属拉丝生产的核心工具,模具孔型结构的各个部分参数是模具质量的关键参数,特别是在高速的拉丝机中,孔型结构的精密程度直接影响模具的寿命和拉丝的速度。基于ARM9的拉丝模测量模具可以使生产者掌握这些参数,以便进行必要的研磨修正,从而提高产品质量。

参考文献

[1]Webb W.基于机电一体化的嵌入式设计技术[J].电子设计技术,2008,15(1):56～60.

[2]张玉杰,郑晨升,蔡陈替.拉丝模孔型测量仪的研制[J].冶金自动化,2005,29(1):63～65.

[3]李文,张建泽.基于S3C2440的嵌入式Linux系统移植[J].化工自动化及仪表,2010,37(9):88～92.

[4]郭敏,李月贞.基于LVDT的微小位置测量系统设计[J].现代电子技术,2010,33(7):151～153.

[5]袁旭龙,唐杰,陈军华等.基于ARM的步进电机控制器设计[J].邵阳学院学报(自然科学版),2010,7(2):22～25.