冷軋帶材尺寸精度的影響因素研究

田敬剛

（山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司 山東日照276800）

1 前言

冷軋薄金屬帶材在電子和儀表工業(yè)具有廣泛應(yīng)用，這些行業(yè)要求帶材具有極高的精度［1－2］。在實(shí)際應(yīng)用中，厚度小于0.5mm的冷軋薄帶應(yīng)用種類(lèi)不斷增加，對(duì)高質(zhì)量薄帶的需求迫使行業(yè)達(dá)到更高的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，以保持競(jìng)爭(zhēng)力。薄帶材的使用，可以顯著降低成本和部件重量。但是生產(chǎn)更薄的帶材，軋制力大，軋制速度快，導(dǎo)致軋制穩(wěn)定性差，需要更高的成本和時(shí)間［3－4］。由于軋制過(guò)程中軋輥的彈性變形，難以保持薄帶的形狀和輪廓以及尺寸精度［5］。

為了維持帶鋼軋制的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，制造企業(yè)非常關(guān)注提高生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)率。對(duì)軋制過(guò)程和產(chǎn)品質(zhì)量有重大影響的兩個(gè)最關(guān)鍵的特征是薄帶的形狀和輪廓。帶鋼的質(zhì)量主要取決于軋制參數(shù)的優(yōu)化，例如軋制速度，壓下量，帶鋼寬度，摩擦，軋輥交叉角和工作輥移位值［6］。

軋機(jī)可以通過(guò)改變工作輥之間的間隙形狀來(lái)控制帶材輪廓。這種輥縫輪廓控制可以在配備有工作輥交叉裝置的軋機(jī)上進(jìn)行，也可以結(jié)合使用輥軸向移動(dòng)和不對(duì)稱(chēng)軋制進(jìn)行。

控制輥系交叉，可以提高軋機(jī)穩(wěn)定性。利用積累的大量軋輥數(shù)據(jù)，可以建立與生產(chǎn)線(xiàn)對(duì)應(yīng)的軋輥數(shù)據(jù)庫(kù)，并不斷更新數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容，通過(guò)編程進(jìn)行軋機(jī)軋輥匹配，選出最佳配合方案，可以提高軋機(jī)穩(wěn)定性和帶材質(zhì)量［7－8］。工作輥移位目的是通過(guò)移位工作輥使帶材厚度均勻并且在帶材寬度上提高平整度。工作軋輥交叉的目的是通過(guò)增加與軋輥中心的距離來(lái)增大軋輥間隙，從而獲得更大的形狀和輪廓控制效率。通過(guò)使上下工作軋輥稍微交叉，并減小軋輥從帶材中心到邊緣的軋制力，也可以實(shí)現(xiàn)更大的凸度［9］。

不對(duì)稱(chēng)軋制是在不同軋制速度的工作輥上，工作輥具有不相等的直徑，因此具有不相等的速度。實(shí)現(xiàn)不對(duì)稱(chēng)軋制的方法主要有兩種，一種是通過(guò)使工作輥具有相同的直徑并以不同的角速度旋轉(zhuǎn)，而另一種方法是使工作輥具有不同的直徑并以相同的角速度旋轉(zhuǎn)。通常，當(dāng)兩輥直徑以及角速度同時(shí)變化時(shí)，稱(chēng)為不對(duì)稱(chēng)軋制，通過(guò)提高對(duì)中軋制精度，板凸度控制，輥型優(yōu)化等可以有效降低板形不良缺陷的產(chǎn)生［10－11］。

2 軋制實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

使用四輥軋機(jī)在潤(rùn)滑條件下對(duì)鋁帶材進(jìn)行冷軋，軋機(jī)上下工作輥直徑分別為63mm和83mm，長(zhǎng)度為250mm，備用輥直徑為228mm，長(zhǎng)度為250mm，帶材的寬度為80mm和100mm。軋制力和扭矩通過(guò)分別安裝在支承輥上的測(cè)力傳感器和與變速箱和支承輥連接的傳感器單元進(jìn)行測(cè)量。通過(guò)使用上側(cè)和下側(cè)塊中的螺桿軸調(diào)節(jié)軋輥缺口，使上，下工作軋輥分別向操作員側(cè)和驅(qū)動(dòng)側(cè)軸向滑動(dòng)，可以獲得各種WRC角度和WRS值。實(shí)驗(yàn)軋機(jī)的工作輥移位和交叉示意圖如圖1所示，分別選擇0mm，4.0mm和8.0mm的工作輥偏移值以及0°，0.5°和1.0°的工作輥交叉角。在潤(rùn)滑條件下，軋制速度選擇為20rpm和30rpm。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，得到了在潤(rùn)滑條件下對(duì)薄鋁帶進(jìn)行冷軋的結(jié)果。下面詳細(xì)分析各種軋制參數(shù)包括WRC角度，WRS值，軋制速度，帶鋼寬度和壓下率等對(duì)帶鋼形狀和輪廓的影響。

3.1 工作輥交叉角和工作輥移位的影響

寬度為80mm帶材在無(wú)工作輥移位，軋制加工率為30%，軋制速度為20rpm軋制參數(shù)下進(jìn)行軋制，圖2顯示了工作輥交叉角度對(duì)出口帶材輪廓的影響。在工作輥交叉角為0處，帶材輪廓趨于朝邊緣顯著減小，從而導(dǎo)致帶材拱頂。在帶材邊緣附近，對(duì)軋制材料的橫向流動(dòng)的阻力最小。然而，當(dāng)工作輥的交叉角從0°改變?yōu)?.5°時(shí)，出口帶材輪廓趨于變平整。當(dāng)工作輥的交叉角增加到1°時(shí)，平整度進(jìn)一步提高。這表明，增加工作輥的交叉角，可以保持輥縫分布的均勻性，因此提高帶材形狀和輪廓控制的效果。主要原因是通過(guò)控制工作輥交叉角，可以控制材料的橫向流動(dòng)。

圖2 WRC角度對(duì)帶材的影響

3.2 工作輥移位的影響

當(dāng)工作輥沒(méi)有交叉角，此帶材在相同的軋制參數(shù)下，得到工作輥移位對(duì)帶材輪廓的影響如圖3所示。顯然，與工作輥的交叉角度效應(yīng)相比，工作輥的移位對(duì)帶材輪廓方面影響并不明顯。但是，隨著工作輥移位值的增加，帶材輪廓變得更好，原因是由于上下工作輥之間的相對(duì)移動(dòng)，使得軋制力分布變得更加均勻。

圖3 工作輥移位對(duì)帶材的影響

3.3 帶材寬度的影響

當(dāng)工作輥偏移4mm，軋制加工率為30%，軋制速度為20rpm時(shí)，帶材寬度為80mm和100mm時(shí)軋制后輪廓的影響如圖4所示。可以看出，在工作輥偏移4mm且寬度相同的情況下，帶材輪廓隨著工作輥交叉角的增加而變得更好。對(duì)于小寬度的鋼帶，鋼帶輪廓往往更好。寬度增加會(huì)導(dǎo)致輥縫分布不均勻，從而導(dǎo)致帶材凸厚。寬度為80mm時(shí)，材料在輥縫處的分布更加均勻，從而使帶材輪廓更好。

圖4 不同帶材寬度下軋輥交叉角度對(duì)帶材的影響

兩種帶材寬度的軋制力如圖5所示，可以看出當(dāng)寬度為100mm時(shí)，軋制力變高，因?yàn)檩^大寬度的帶材使較大體積的材料塑性變形所需的較大的軋制力。對(duì)于相同的寬度，軋制力隨著工作輥交叉角的增加而顯著下降。這歸因于通過(guò)工作輥的交叉角實(shí)現(xiàn)的均勻的輥縫分布，從而使對(duì)金屬橫向流動(dòng)的阻力最小，從而減小了作用在輥上的力。

圖5 帶材寬度對(duì)軋制力的影響

3.4 壓下量的影響

帶材寬度為80mm，軋制速度為20rpm時(shí)，工作輥偏移4mm，軋制加工率分別為20%和30%時(shí)的工作輥的交叉角度帶材輪廓的影響如圖6所示。可以看出，隨著軋制加工率的增加，帶材輪廓變得更好。這是通過(guò)增加軋制力來(lái)實(shí)現(xiàn)的，軋制力的提高增強(qiáng)了軋制間隙內(nèi)的物料流動(dòng)性，并提高了分布均勻性。此外，對(duì)于特定的壓下率，帶材輪廓隨著工作輥交叉角的增加而改善。

3.5 軋制速度的影響

帶材寬度為80mm，軋制加工率為30%，工作輥偏移4mm，軋制速度分別為20rpm和30rpm時(shí)工作輥交叉角對(duì)帶材輪廓的影響如圖8所示。出口帶材輪廓表明，工作輥交叉角對(duì)軋制速度為20rpm和30rpm的影響相似。然而，在更高的軋制速度的情況下，所得帶材厚度較小。這表明，軋制速度和工作輥交叉角的最佳組合可產(chǎn)生更好的帶材輪廓并減小厚度。

圖8 軋制速度對(duì)軋制力的影響

軋制速度對(duì)軋制力的影響如圖7所示，可以看出對(duì)于不同的軋制速度，軋制力沒(méi)有顯著變化，因?yàn)閮煞N情況下的凈接觸面基本相同，因此兩種情況下的軋制力基本相同。

圖7 不同軋制速度下軋輥交叉角度對(duì)帶材的影響

3.6 帶鋼形狀控制

寬度為80mm和100mm的帶材在軋制加工率為20%，軋制速度為30rpm，工作輥無(wú)移位時(shí)，在各種工作輥交叉角下軋制得到的帶材如圖9所示?？梢钥闯觯诠ぷ鬏亰A角為0°時(shí)，帶材形狀沒(méi)有明顯變化；在夾角為0.5°時(shí)，無(wú)論是80mm寬度還是100mm寬度，帶材輪廓的平坦度都得到了改善；在夾角為1°時(shí)，80mm寬度的帶材平整度明顯改善，但是寬度為100mm的帶材中心處出現(xiàn)彎曲。出現(xiàn)中心處彎曲，是因?yàn)闆](méi)有張力，并且?guī)Р闹行牡氖湛s率比邊緣高，另一個(gè)原因是由于工作輥的交叉角的增加，致使接觸面積減小。

圖9 工作輥夾角對(duì)帶材形狀的影響

4 結(jié)論

金屬軋制變形過(guò)程，主導(dǎo)變形是厚度方向的壓縮。當(dāng)軋件厚度方向受到軋輥壓縮時(shí)，將使金屬發(fā)生沿縱向和橫向的流動(dòng)，但是縱向的延伸變形總是大大超過(guò)橫向的擴(kuò)展量，這是因?yàn)檩伱婺Σ亮?duì)寬向流動(dòng)的阻礙總是大于縱向，也就是說(shuō)，相對(duì)縱向而言，橫向的寬展總是比較小。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究冷軋薄鋁帶材的出口帶材輪廓，得出了工作輥交叉角，工作輥移位，壓下率和軋制速度對(duì)帶材尺寸精度的影響，結(jié)論可以為軋制工藝中的參數(shù)選擇提供參考。