銅及鋁板帶軋制過(guò)程中軋機(jī)不穩(wěn)定因素探討

佘軍

摘要：在銅及鋁板帶軋制過(guò)程中難免會(huì)發(fā)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因較多，其問(wèn)題主要集中在軋機(jī)上，從而對(duì)帶材高精度生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。由于有色金屬板的性能區(qū)別于鋼鐵的性能，因此對(duì)軋機(jī)的要求有所不同。本研究中，筆者對(duì)軋機(jī)軋制過(guò)程中不穩(wěn)定現(xiàn)象從工藝、設(shè)備等的角度進(jìn)行分析，以供同行工作者參考。

關(guān)鍵詞：銅及鋁板帶；軋制；軋機(jī)；不穩(wěn)定因素

當(dāng)前，隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，在有色金屬的加工技術(shù)中，對(duì)板帶材精度和質(zhì)量隨之提出了更高的要求。為確保軋機(jī)軋制在板帶軋制過(guò)程中的穩(wěn)定性，消除外擾因素很重要，只有認(rèn)真發(fā)現(xiàn)銅及鋁板帶軋制過(guò)程中存在的一些問(wèn)題，才能消除由于這些不穩(wěn)定因素的發(fā)生導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題的現(xiàn)象。

1. 軋機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性受軋制材料的質(zhì)量的影響

1.1軋制過(guò)程中發(fā)生輥顫與材料相關(guān)

采用鑄軋壞料在鋁粗軋機(jī)進(jìn)行軋制的調(diào)試時(shí)，通常采用軋制速度及壓下量等常規(guī)軋制工藝參數(shù)，整個(gè)軋機(jī)有時(shí)會(huì)發(fā)生顫動(dòng)的現(xiàn)象，這使工藝參數(shù)的調(diào)整受到影響。出現(xiàn)這種現(xiàn)象主要是因鑄軋坯料鑄軋后表面氧化膜化厚，其主要因放置時(shí)間較長(zhǎng)所致，材料表面性能及其內(nèi)部組織在長(zhǎng)時(shí)間后均會(huì)發(fā)生變化，使軋材與輥面的摩擦系統(tǒng)不斷降低，再加上摩擦力與咬入力小較，而導(dǎo)致打滑的現(xiàn)象發(fā)生，而導(dǎo)致軋輥顫振。

1.2來(lái)料偏差不宜過(guò)大

一般試驗(yàn)過(guò)程中經(jīng)常采用厚度偏差不同的帶坯，而軋制厚度偏差的帶坯為0.1～0.12mm時(shí)，相比0.15mm的軋制厚差帶坯，軋機(jī)穩(wěn)定性較高。

2. 軋機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性受工藝潤(rùn)滑劑的影響

經(jīng)常發(fā)生輥顫還有一個(gè)重要原因是由于潤(rùn)滑劑與所選擇的工藝參數(shù)不匹配，對(duì)于軋機(jī)系統(tǒng)的振動(dòng)因被軋金屬與輥縫處輥面之間的摩擦因素而受到影響主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）在軋機(jī)系統(tǒng)的垂直運(yùn)動(dòng)中輥縫的潤(rùn)滑油膜能起到一定的阻尼作用，其阻尼作用在油膜摩擦系數(shù)越低的情況下越小，則會(huì)降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性質(zhì)，軋機(jī)在外部等量擾動(dòng)的情況下極易發(fā)生振動(dòng)；（2）在充分潤(rùn)滑的條件下，會(huì)減小輥縫摩擦，而在干擾因素不穩(wěn)定的情況下，輥縫狀態(tài)的波動(dòng)會(huì)增大，則會(huì)嚴(yán)重影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性；（3）輥縫的摩擦系數(shù)越小，軋機(jī)軋制壓力所受到的摩擦壓力也就越小，軋制壓力受到軋制張力的影響也就越大，從而會(huì)降低軋機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使軋機(jī)容易發(fā)生振動(dòng)。

從上述分析中可以看出：軋機(jī)在輥縫摩擦系數(shù)較小的情況下容易發(fā)生振動(dòng)。

3. 軋機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性受軋制速度的影響

某廠在調(diào)試一臺(tái)冷軋機(jī)過(guò)程中，可看到軋機(jī)有嚴(yán)重的輥顫現(xiàn)象。對(duì)軋機(jī)各部分性能進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題出現(xiàn)在軋制時(shí)軋機(jī)速度上，如將速度設(shè)定在4m/s時(shí)，其始終保持著3.9～4.1的傳動(dòng)速度，期間有出現(xiàn)周期性擺動(dòng)，而導(dǎo)致軋機(jī)輥顫，并且有帶材厚薄不均的現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)軋機(jī)主傳動(dòng)和卷取機(jī)電氣反復(fù)調(diào)整后，在速度穩(wěn)定的情況下，消除了輥顫的現(xiàn)象。

軋機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及其外部的擾動(dòng)能量決定著其是否會(huì)發(fā)生自激振動(dòng)，軋機(jī)系統(tǒng)會(huì)受到軋機(jī)軋制速度高低的影響，其主要體現(xiàn)在：（1）在軋制速度不斷提高的情況下，軋機(jī)周圍會(huì)有越來(lái)越多的擾動(dòng)因素，并且擾動(dòng)強(qiáng)度也越來(lái)越高，那么要確保其平穩(wěn)就必須保證其速度較低；（2）軋制速度較低時(shí)，軋機(jī)諧振頻率會(huì)高于外擾頻率，不容易出現(xiàn)共振；而當(dāng)軋制速度越高的情況下，其工作輥入口張力變化與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系將越緊密，系統(tǒng)的自激關(guān)系也就越強(qiáng)烈，從而會(huì)增強(qiáng)各種外擾頻率，軋機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性越差的情況下，便容易出現(xiàn)振動(dòng)。

此外，軋機(jī)輥縫中的潤(rùn)滑情況也會(huì)受到軋制速度的影響。潤(rùn)滑液膜在速度越高的情況下厚度越大，因此在輥縫一定時(shí)，帶材的厚度公差會(huì)直接受到速度高低的影響。

4. 軋機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性受壓輥壓力和軋機(jī)剛度不足的影響

4.1壓輥壓力不足

通常軋輥前后均有壓緊輥，該輥組會(huì)有一定的壓緊力，否則在帶材跳動(dòng)的情況下容易產(chǎn)生軋機(jī)輥顫。

4.2軋機(jī)剛度不足

隨著液壓下補(bǔ)償功能的日趨完善，通常設(shè)計(jì)者為了使設(shè)備重量減輕，而對(duì)于軋機(jī)自然剛度設(shè)計(jì)較小。這樣一來(lái)必然會(huì)導(dǎo)致來(lái)料帶材的硬度或厚度出現(xiàn)不均，軋機(jī)在軋制過(guò)程中會(huì)增大其受力波動(dòng)振幅，即使得到一定的補(bǔ)償，也會(huì)影響到軋機(jī)的穩(wěn)定性。

5. 軋機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性受軋輥磨削精度的影響

軋機(jī)是否穩(wěn)定同樣受軋輥磨削精度的影響，通常來(lái)說(shuō)軋機(jī)會(huì)受到工作輥的圓柱度、圓度的影響，在工作輥直徑較小的情況下，磨削精度在2～3 m時(shí)不會(huì)造成太大的影響，而支承輥磨削全跳動(dòng)通常保持在5～10 m，甚至裝配后可達(dá)到10～12 m，而當(dāng)上、下輥組合后最小為零，最大可達(dá)到20～40 m。理論上來(lái)說(shuō)這一擾動(dòng)因素可用軋輥偏心補(bǔ)償進(jìn)行消除。但實(shí)際上無(wú)論是進(jìn)口軋機(jī)還是國(guó)產(chǎn)軋機(jī)都很難消除這一干擾，而要減小其干擾采取的主要措施是提高磨削精度，在提高軋速速度的情況下，擾動(dòng)頻率會(huì)隨之升高。為減少周期性擾動(dòng)，以避免輥徑出現(xiàn)對(duì)稱磨損，允許磨制兩個(gè)支承輥時(shí)其輥徑有一定的差值，這樣可以避免因輥型而導(dǎo)致軋機(jī)發(fā)生顫動(dòng)。如以帶鋼軋機(jī)為例，要避免軋機(jī)因“誘導(dǎo)速度”而導(dǎo)致“第二種垂直振動(dòng)”的發(fā)生，在速度為700～1700m/min，高頻頻率為577Hz的情況下，輥徑差應(yīng)保持在2～6mm之間。

6. 防止和解決輥顫現(xiàn)象的最好方法是合理分配軋制道次

以一臺(tái)設(shè)計(jì)剛投產(chǎn)的軋機(jī)為例，在調(diào)試階段并未出現(xiàn)輥顫，而在投產(chǎn)后出現(xiàn)輥顫，引起輥顫的原因除了軋輥磨制存在問(wèn)題以外，還由于道次壓下量未合理分配所致。在可逆軋制時(shí)，無(wú)論是單機(jī)架HC軋機(jī)、六輥CVC軋機(jī)或單機(jī)架四輥軋機(jī)、20輥軋機(jī)，其張力和道次分配必須合理才能避免輥顫的發(fā)生。

7.四輥軋機(jī)工作輥傳動(dòng)穩(wěn)定分析

在銅及鋁板帶生產(chǎn)過(guò)程中四輥軋機(jī)通常是最常用的軋機(jī)，我們就以四輥軋機(jī)為例做傳動(dòng)穩(wěn)定分析。

在四輥軋機(jī)工作輥傳動(dòng)過(guò)程中，若充分考慮到工作輥與支承輥軸承處的摩擦力及其滾動(dòng)摩擦的影響，支承輥上的支反力與摩擦圓半徑相切，并在工作輥與支承輥偏離0.1～0.3m的滾動(dòng)摩擦力臂的距離，而在兩者之間的壓扁弧上所建立的是支承輥與工作輥之間的摩擦力。所以工作輥的中心偏移兩支承輥中心連線的臨界偏移量為：

e0=±(R1+R2)[(m+ 2)/R2+(T1-T0)/(2P)]

注：式中R1表示工作輥半徑；R2表示支承輥半徑； 2表示支承輥摩擦圓半徑；T0表示入口張力；T1表示出口張力；P表示軌制壓力。

根據(jù)以上公式中得出以下結(jié)論：

（1）通常情況下T0＞T1,，e=3～10mm，一般按照e0＞e進(jìn)行校核。為避免對(duì)工作輥產(chǎn)生較大的水平力，要確保e值不能太大。

（2）可逆軋制時(shí)，一般工作輥偏移向出口端或向入口端，具有相同的效果。在e0＞e的條件下，應(yīng)確保無(wú)論反向軋制或正向軋制，T0＞T1。

（3）在向不帶張力軋制的情況下，e。（臨界偏移距）為負(fù)值。通常向出口方向偏移一個(gè)數(shù)值，以增強(qiáng)工作輥的穩(wěn)定性。

對(duì)于以上的理論分析只作用于軋機(jī)校核，如果從工藝計(jì)算來(lái)進(jìn)行分析，使軋輥輥面與軋制金屬之間的摩擦系數(shù) 要大于軋制時(shí)軋制力與軋制切向分力之比是防止軋輥顫振的最有效方式。通常來(lái)說(shuō)，這樣便能確保軋制過(guò)程的穩(wěn)定性。所以，無(wú)論是兩輥軋機(jī)還是多輥軋機(jī)，對(duì)于這一問(wèn)題在工藝計(jì)算中都必須充分考慮。

總之，軋機(jī)系統(tǒng)的不穩(wěn)定性是因多方面影響所致，在軋制過(guò)程中軋機(jī)系統(tǒng)發(fā)生不穩(wěn)定性時(shí)，要從多方面進(jìn)行具體分析，處理過(guò)程中才能對(duì)癥下藥，才能使軋機(jī)可以生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品。

8.參考文獻(xiàn)

[1] 王宗寬;周亞軍. 鋁板帶軋制過(guò)程中的工藝潤(rùn)滑及影響因素[J]. 輕合金加工技術(shù).2007,(11)

[2] 胥福順;欒爭(zhēng)位. 提高鋁板帶冷軋機(jī)厚度控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的探討[J]. 輕合金加工技術(shù).2010，（9）

[3] 王祝堂.鋁板帶軋制原理基礎(chǔ)[J]. 2013年全國(guó)鋁加工技術(shù)及應(yīng)用交流會(huì)論文集.2013，（5）