高精度四輥銅板帶軋機(jī)的板形控制

竇 鋒，郭 軍，陳 璽

（中國重型機(jī)械研究院股份公司，陜西 西安 710032）

板形（平直度和板凸度）是高精度銅板帶質(zhì)量控制的重要指標(biāo)，它的好壞直接影響板帶產(chǎn)品的質(zhì)量等級、成材率和后續(xù)深加工產(chǎn)品的質(zhì)量及深加工的順利進(jìn)行?？刂坪卯a(chǎn)品的板形，不僅能使材料性能的均勻性得到改善，也能使產(chǎn)品的質(zhì)量等級得到提高，同時在一定程度上可以取消平整工藝，生產(chǎn)效率更高，帶材的成材率更高，軋機(jī)停機(jī)時間得以縮短，軋制速度更快，還可提高下道工序的產(chǎn)品質(zhì)量成才率和勞動生產(chǎn)率。實(shí)踐證明，根據(jù)生產(chǎn)的材料和軋機(jī)類型等不同情況，板形控制可使生產(chǎn)效率提高大約在20%～50%，平直度提高大約8～10 I。

1 板形的定義

所謂板形，是指板帶產(chǎn)品經(jīng)平輥軋制后，將軋件放置在平臺上目測其是否平直、翹曲或波浪。有板形不良說明銅板帶內(nèi)部存在殘余應(yīng)力。軋件在軋制過程中由于受外因如摩擦條件、軋輥直徑、張力、軋制速度、彎輥力、軋輥磨削及磨損、軋件及軋輥溫度等軋制條件的變化，內(nèi)因如金屬本性（來料組織性能不均、公差波動等）的影響，而導(dǎo)致沿橫、縱向產(chǎn)生不均勻變形。我們一般用‘I’來定量板形，它來源于加拿大鋁公司，一個I單位相當(dāng)于相對長度差乘以105，計算單位如下［1］：

式中：∑st為板形平直度，I；L 為單位（1 m）長度，mm；△L 是將1 m長的成品切成10 mm寬后，最長的與最短的長度差，mm。

衡量板形是否合格，取決于用戶對板形的要求，一般軋制產(chǎn)品的板形被控制在50～100 I；如果控制得好，可以控制到50 I以內(nèi)。

2 影響板形的主要因素

理想板形是平坦的，帶材內(nèi)應(yīng)力沿帶材寬度方向均勻分布；潛在板形是帶材內(nèi)應(yīng)力沿帶材寬度方向不均勻分布，但其內(nèi)應(yīng)力足以抵制帶材平直度的改變，當(dāng)內(nèi)應(yīng)力釋放后，帶材就會發(fā)生不規(guī)則改變；表現(xiàn)板形是帶材內(nèi)應(yīng)力沿帶材寬度方向不均勻分布，同時其內(nèi)應(yīng)力不足以抵制帶材平直度的改變，導(dǎo)致帶材局部區(qū)域發(fā)生翹曲變形［1］。

軋件在軋制時，凡影響工作輥間輥縫形狀的因素都是影響板形的因素。為了解軋制過程中工作輥間的輥縫形狀，必須了解軋輥受力時的負(fù)荷分布規(guī)律。常見的板形缺陷有：單邊浪、雙邊浪、中浪、二肋浪、復(fù)合浪、周期浪、局部浪，這些均與帶材內(nèi)部的應(yīng)力分布有直接關(guān)系［1］。

2.1 來料板形對板形的影響

來料板形的好壞直接影響到成品板形，它是獲得良好板形的重要條件，即要求來料斷面形狀和軋制時的輥縫形狀相匹配。

2.2 軋輥接觸狀態(tài)對板形的影響

如圖1所示在軋制過程中，軋輥的接觸負(fù)荷的分布是不均勻的，中間負(fù)荷大，邊部負(fù)荷小，使中間壓扁，中間軋件的厚度勢必大于邊部厚度。這種厚度的不均勻性分布與軋件的寬度對輥身長度的比值有關(guān)，比值越小，不均勻性越大；同時在軋件寬度范圍以外的區(qū)域，輥間壓力會形成一個有害的彎矩，它使軋輥產(chǎn)生多余的彎曲，引起軋輥?zhàn)冃危?］。

圖1 工作輥接觸壓力示意圖

2.3 軋制過程中輥型變化對板形的影響

在軋制過程中，由于條件的變化使軋輥原始磨削輥型發(fā)生變化。變化的原因有內(nèi)因和外因，內(nèi)因是金屬在軋制過程中的變形熱使輥溫上升；外因有兩個，一個是金屬相對軋輥滑動產(chǎn)生的摩擦熱，使輥溫上升，另外一個是冷卻潤滑液及空氣從軋輥中帶走部分熱量。這些均使原始輥型發(fā)生變化，結(jié)果導(dǎo)致輥縫形狀改變，這部分變化對板形的影響最大，尤其在薄帶軋制時表現(xiàn)更為突出。

2.4 張力變化對板形的影響

1）張力變化影響軋制壓力的波動，軋制壓力的變化導(dǎo)致軋輥彈性變形變化，即對板形產(chǎn)生影響。

2）張力分布對產(chǎn)品橫向流動產(chǎn)生影響，當(dāng)張力沿橫向分布不均時，會使軋件產(chǎn)生明顯橫向流動。

2.5 軋制中工藝潤滑條件對板形的影響

工藝潤滑條件是指軋制中對冷卻潤滑劑材質(zhì)的選擇和對冷卻潤滑流量的配置，以及工作過程狀況的變化，這些都直接影響軋件在軋制中板形的好壞。

2.6 帶材縱向厚度不均對板形的影響

縱向厚度的波動直接影響帶材的形狀，當(dāng)調(diào)整厚度時必然會改變軋制力沿輥縫的分布，也導(dǎo)致軋輥彈性變形的變化，即影響輥縫形狀，使板形發(fā)生變化。

3 板形控制的手段

為了得到高質(zhì)量的軋制帶材，必須隨時調(diào)整軋輥的輥縫以適合來料的板凸度，并補(bǔ)償各種因素對輥縫的影響。對于不同寬度、厚度的帶材只有一種最佳的凸度，軋輥才能產(chǎn)生理想的目標(biāo)板形。因此，板形控制的實(shí)質(zhì)就是對承載輥縫的控制，必須對軋件寬度跨距內(nèi)的全輥縫形狀進(jìn)行控制，而厚度控制只需控制輥縫中點(diǎn)處的開口精度。

隨著電子技術(shù)、液壓技術(shù)在工藝生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，控制好帶材軋制過程中的板形，手段愈來愈多，由過去憑經(jīng)驗(yàn)人工手段調(diào)節(jié)相關(guān)參數(shù)（如壓下量、冷卻量、張力等）發(fā)展到人工給定開環(huán)調(diào)節(jié)，到目前已發(fā)展到通過板形測量進(jìn)行全自動板形閉環(huán)控制。無論手動控制或自動控制均要通過傾斜調(diào)節(jié)、液壓彎輥調(diào)節(jié)、工藝?yán)鋮s潤滑液的調(diào)節(jié)、工作輥磨削凸度等環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3.1 傾斜調(diào)節(jié)

當(dāng)軋制帶材出現(xiàn)單邊浪時，若選人工控制，要及時、準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)單側(cè)壓下，否則會出現(xiàn)跑偏壓折，使板形惡化以致斷帶。經(jīng)統(tǒng)計，由此原因造成的廢品占工藝廢品的15%以上。

3.2 液壓彎輥調(diào)節(jié)

通過工作輥或支承輥輥頸施加液壓彎輥力（可分為正彎力與負(fù)彎力），改變軋制時工作輥與支承輥之間力的分布，從而改變輥縫寬向的分布。該方法主要為克服軋件在四輥軋機(jī)上軋制時，因軋輥接觸壓力的不均，在板寬范圍以外形成一個有害彎矩，通過彎輥可部分抵消有害彎矩引起的軋輥?zhàn)冃巍?/p>

液壓彎輥調(diào)節(jié)只適用于出現(xiàn)中浪或者雙邊浪的調(diào)節(jié)。當(dāng)出現(xiàn)中浪時，應(yīng)減少正彎或者使用負(fù)彎；當(dāng)出現(xiàn)雙邊浪時，應(yīng)增大正彎值。

3.3 工藝?yán)鋮s潤滑液調(diào)節(jié)

軋制過程使用的工藝?yán)鋮s潤滑液一方面起潤滑作用，同時起冷卻作用。若沿輥?zhàn)娱L度方向改變冷卻液的流量或壓力，可改變各部分的冷卻條件，也起到調(diào)節(jié)軋輥熱凸度的作用，改變寬向輥縫的分布。

比如，精軋機(jī)的支承輥單面冷卻可根據(jù)支承輥輥身寬度設(shè)計噴嘴個數(shù)以及分幾段控制。同樣，工作輥單面冷卻也可根據(jù)工作輥輥身寬度設(shè)計噴嘴個數(shù)，每個噴嘴由單獨(dú)開關(guān)控制，出現(xiàn)板形缺陷時，可適當(dāng)調(diào)節(jié)噴嘴流量和個別噴嘴開關(guān)來改善板形。比如，軋件易出現(xiàn)雙邊浪時，在軋制前半卷時可減少總輸油管的流量，開啟全部噴嘴，進(jìn)行平均冷卻；軋制到后半卷（出現(xiàn)雙邊浪）時就增大總輸油管流量，關(guān)掉支承輥中間段噴嘴開關(guān)以及工作輥中段一半軋制油噴嘴開關(guān)，進(jìn)行分段冷卻。

3.4 工作輥磨削凸度

為彌補(bǔ)軋輥彈性壓扁和受力變形，一般會將冷軋機(jī)的工作輥上輥磨削一定的凸度，根據(jù)厚度和軋制工藝的不同，凸度值也不同。根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格，一般將精軋機(jī)工作輥磨削到0.02～0.03 mm的凸度以防止出現(xiàn)邊浪。

4 結(jié)語

板形控制是一項(xiàng)綜合技術(shù)，必須通過先進(jìn)的控制手段與工藝參數(shù)的合理匹配，才能獲得理想的板形。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，先進(jìn)的板形控制技術(shù)不斷涌現(xiàn)并日臻完善。板形控制技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了冷軋板帶工業(yè)的裝備進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級，生產(chǎn)效率和效益大幅提升。

［1］王國棟.板形控制及板形理論［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1986.

［2］金茲伯格.高精度板帶材軋制理論與實(shí)踐［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2002.