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的軋制過程。連續(xù)變截面輥軋板的控制模型的建立過程是連續(xù)變截面輥軋板進行生產(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)果對汽車降低能耗具有積極的推動作用。
trb是在汽車輕量化日益成為人們關(guān)注焦點的前提下提出來的，trb板的提出為汽車輕量化開辟了新的途徑。在環(huán)境污染和能源短缺成為當(dāng)今社會越來越嚴(yán)重的問題，為了應(yīng)對日益嚴(yán)格的環(huán)保挑戰(zhàn)，世界汽車業(yè)正積極行動起來，大力研制環(huán)境友好型的汽車，例如歐洲的eucar，美國的pngv項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、減少排放的重要措施就是減輕車體的重量。有關(guān)機構(gòu)的研究表明:若汽車質(zhì)量減輕10%，則油耗減少4%～5%[1]。目前實現(xiàn)車身輕量化的有效途徑有以下幾種：（1）使用密度小、強度高的輕質(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*選擇，這主要因為鋼材不僅具有優(yōu)異的性價比，還有長期以來所積累成熟的冶金技術(shù)和成形加工經(jīng)驗?；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，然后進行沖壓成形，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，因而在成形過程中會誘發(fā)下列問題：（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程中壓應(yīng)變過大而皺曲;（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，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存在的問題，trb的應(yīng)用給汽車輕量化開創(chuàng)廠一個良好的途徑。
1 連續(xù)變截面板的扎制
trb是一種新工藝板材，它在軋制過程中，通過計算機實時控制和調(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，參見圖1。
圖1
trb成形是傳統(tǒng)橫向軋制和縱向周期性連續(xù)變化軋制的有機結(jié)合。其zui大的特點是在軋制過程中，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，必須借助高性能計算機對軋輥的橫向和縱向進行實時控制，以快速響應(yīng)、協(xié)調(diào)輥縫的連續(xù)變化和橫向送進變化，從而實現(xiàn)由等厚度板到trb板的軋制。
trb的特點是軋制過程中能使軋件的厚度按預(yù)先設(shè)計的曲線要求變化。由于trb的生產(chǎn)是一個連續(xù)過程，為了使計算機能直接控制被控對象，保證軋制的定位精度，必須采用高精度的輥縫位移傳感器在線直接測量輥縫的變化，并通過計算機與伺服閥控制伺服缸動作來快速調(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施trb軋制過程的關(guān)鍵技術(shù)。
2 連續(xù)變截面板的扎制控制
trb的特點是軋制過程中能使軋件的厚度按預(yù)先設(shè)計的曲線要求變化。由于trb的生產(chǎn)是一個連續(xù)過程，為了使計算機能直接控制被控對象，保證軋制的定位精度，必須采用高精度的輥縫位移傳感器在線直接測量輥縫的變化，并通過計算機與伺服閥控制伺服缸動作來快速調(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施trb軋制過程的關(guān)鍵技術(shù)。
trb板在扎制的過程需要測量的數(shù)據(jù)包括：張緊力，進料厚度，軋輥位置，扎制力，軋輥的轉(zhuǎn)動速度，出料厚度等。在相應(yīng)的位置安置好的傳感器，即時的獲取數(shù)據(jù)。測得的數(shù)據(jù)要傳輸?shù)接嬎銠C，計算經(jīng)過計算再把數(shù)據(jù)傳輸給扎機，對滾縫進行控制，對扎機進行即時控制[3]。控制的數(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)，然后通過滾筒的定位位置對數(shù)據(jù)板料的外形數(shù)據(jù)進行確認(rèn)，外形數(shù)據(jù)確認(rèn)后對滾縫進行控制，把滾縫調(diào)節(jié)到現(xiàn)在需扎制的厚度的滾縫間隙。然后再測量滾縫輸出端的板料厚度傳回計算機，計算判斷扎制出的厚度是否符合需要的厚度，即時對滾縫進行調(diào)節(jié)控制。
數(shù)據(jù)的流程圖，如圖3所示：
圖3
對系統(tǒng)特性進行分析，也就是采用機理建模的方法建立起系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型，然后依據(jù)這些建立起來的數(shù)學(xué)模型對其進行適當(dāng)?shù)目刂啤C理建模方法就是根據(jù)實際系統(tǒng)工作的物理過程機理，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象動靜態(tài)特性的數(shù)學(xué)模型[4]。
根據(jù)建立好的各個部件的系統(tǒng)模型，畫出液壓系統(tǒng)軋機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語言進行仿真，就可以模擬軋機輥縫控制實際輸入和輸出的之間的動態(tài)響應(yīng)關(guān)系[5] 。
3 trb板的應(yīng)用前景
trb應(yīng)用評價是設(shè)計決策的重要內(nèi)容。由于應(yīng)用過程涉及面廣，影響因素多，因此必須綜合考慮應(yīng)用的各個方面，例如技術(shù)、生產(chǎn)效率、經(jīng)濟性等等。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)評價的關(guān)鍵，工藝方案論證和制造加工策略對降低成本、縮短開發(fā)周期、提高工藝和模具設(shè)計的成功率至關(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、集成的模糊綜合評價策略是推廣trb應(yīng)用*的組成部分?？偠灾畉rb板的應(yīng)用前景是非常廣闊的，trb板的扎制研究是非常有意義的。