米諾六輥U C軋機(jī)軋制黃銅板材板形問題分析

張建波，郭麗麗，趙峰，孫慶安，李學(xué)帥，劉維民，劉耀

（1.江西理工大學(xué)國家銅冶煉及加工工程中心，江西 贛州341000；2.中色奧博特銅鋁業(yè)有限公司，山東 聊城252500）

0 引 言

隨著家用電器和汽車行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，用戶對(duì)銅帶板形質(zhì)量的要求日趨嚴(yán)格，圍繞著板形控制技術(shù)的研究，國際上先后出現(xiàn)了德國西馬克六輥的CVC軋機(jī)和日本三菱-日立的六輥的UC軋機(jī)[1]，UC軋機(jī)是在HC軋機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來并具有較強(qiáng)控制板形能力的冷軋薄板軋機(jī)[2].在普通四輥軋機(jī)的基礎(chǔ)上，六輥UC冷軋機(jī)在支承輥和工作輥之間安裝一對(duì)軸向移動(dòng)單邊帶錐的中間輥，保證中間輥和工作輥均能實(shí)現(xiàn)正負(fù)彎輥[3].六輥UC軋機(jī)的橫向剛度大，中間輥抽動(dòng)后，工作輥的撓度不受軋制力變化的影響[4]，因此板形穩(wěn)定性好[5]，同時(shí)，軋制過程是金屬在外力作用下發(fā)生的塑性變形[6]，軋輥由于壓下量不受板形影響，可以實(shí)現(xiàn)大壓下量少道次軋制，減少中間退火的次數(shù).六輥UC軋機(jī)屬于高性能板形控制軋機(jī)，在國內(nèi)外的高品質(zhì)銅板帶生產(chǎn)廠家獲得廣泛應(yīng)用.

中色奧博特銅鋁業(yè)有限公司銅板帶車間配備了意大利的米諾六輥UC軋機(jī)，工作輥為驅(qū)動(dòng)輥，中間輥為可軸向移動(dòng)的單邊帶錐軋輥，無法實(shí)現(xiàn)在線竄輥工作，可實(shí)現(xiàn)提前預(yù)設(shè)中間輥的位置，與CVC軋機(jī)存在顯著不同，CVC軋機(jī)上下輥身磨削成S型且相互倒置，通過在線竄輥調(diào)整輥縫形狀[7].在近期的生產(chǎn)實(shí)踐過程中，六輥UC軋機(jī)軋制630 mm寬的C2680黃銅時(shí)，帶材表面出現(xiàn)了嚴(yán)重波浪狀的斜紋且板形差，經(jīng)氣墊爐爐區(qū)造成帶材表面擦劃傷現(xiàn)象，特別是在生產(chǎn)大加工率（EH、SH）黃銅成品時(shí)表面的斜紋變重，甚至出現(xiàn)無法清除的加工硬化白印，造成客戶反饋增多，具體如圖1所示.

圖1 寬度為650 mm的C2680黃銅經(jīng)六輥UC軋機(jī)后出現(xiàn)的板形問題

針對(duì)意大利的米諾六輥UC軋機(jī)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的板形問題，分析輥系精度、抽輥位置、加工率、油膜強(qiáng)度、來料性能等因素的影響，得到影響板形、波浪斜紋的主要因素，建立抽輥位置與加工率的關(guān)系，獲得輥系磨削、裝配精度的控制范圍、來料的晶粒度與機(jī)械性能的區(qū)間等，解決了630 mm×C2680黃銅實(shí)際軋制過程中的板形問題.

1 板形調(diào)節(jié)能力判定

冷軋機(jī)的板形可用其截面內(nèi)的應(yīng)力σ分布來表示，在冷軋過程中，改變彎輥、改變竄輥及輥形等方式均可改變銅帶的應(yīng)力分布，達(dá)到調(diào)節(jié)板形的目的.如果軋機(jī)有n種調(diào)節(jié)板形的方式，可設(shè)其中第i種方式的單位調(diào)整量引起σ的變化量為ei，ei被稱之為效應(yīng)矢量，用于描述第i種方式的板形調(diào)整特性[8-9].

假設(shè)各種調(diào)整方式的效應(yīng)矢量與銅帶的應(yīng)力之間為線性關(guān)系，即有

式（1）中，σ0為調(diào)節(jié)前的銅帶的應(yīng)力，ai為第i種調(diào)整方式的調(diào)整量.

在n種調(diào)整方式中，若第1種和第2種調(diào)整方式的效應(yīng)矢量之間存在一定的差別，關(guān)系如下：

式（2）中，△e2代表了e1、e2之間的差值，下面用E1代表e1，E2代表e2.

銅帶應(yīng)力分布σ反映了銅帶板形質(zhì)量情況，對(duì)于式（1）中的σ應(yīng)力需越小越好，當(dāng)采用一組相互正交的矢量Ei描述軋機(jī)板形調(diào)整特性時(shí)，銅帶應(yīng)力的模可表示為

式（3）中，sin（σ0，Ei）為矢量 σ0和Ei之間的相似度.

從式 （3）可以看出，σ的模和σ0的模成正比關(guān)系，當(dāng) sin（σ0，Ei）取最小值時(shí)，σ 和 σ0的模幾乎相等，這時(shí)代表了軋機(jī)對(duì)板形缺陷起不到調(diào)整作用.也就是說，影響軋機(jī)板形調(diào)整的因素是軋機(jī)板形調(diào)整特性特種矢量和板形缺陷之間的相似度，板形控制技術(shù)是具有特定設(shè)備形狀的工藝技術(shù)[10-11].

2 六輥UC軋機(jī)板形控制分析

2.1 輥系精度

意大利米諾軋機(jī)對(duì)輥系精度的要求特別高，采用進(jìn)口的赫格里斯磨床實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)磨削，確保了軋輥的精度和錐度，工作輥施加到彎輥力所產(chǎn)生的撓曲受中間輥的約束，故將中間輥磨削成錐形形狀[12-13].因?yàn)檐垯C(jī)對(duì)輥系的高精密要求，故對(duì)軋輥的參數(shù)就會(huì)嚴(yán)格要求，表1為630 mm寬六輥UC軋機(jī)輥系控制參數(shù).

表1 六輥UC冷軋機(jī)磨削參數(shù)表

為驗(yàn)證輥系的精度對(duì)黃銅帶板形的影響，故采用一付輥身錐度為0.01～0.005 mm的工作輥，生產(chǎn)時(shí)發(fā)現(xiàn)板形儀和實(shí)際板形均存在四分之一浪，如圖2、圖3所示.

圖2為六輥UC冷軋機(jī)工作輥磨削之后錐度的檢測(cè)圖，采用三維測(cè)量臂自動(dòng)測(cè)量裝置，保證輥床平衡的前提下，測(cè)量磨削后工作輥的錐度.從圖2可以看出輥?zhàn)釉谀ハ鲿r(shí)，輥身直徑的變化曲線雖然均在±0.002 mm之間，但是最大值和最小值差較大，超出了輥身指標(biāo)要求.雖然單根輥?zhàn)拥木日`差不大，但是六輥UC軋機(jī)輥身誤差累計(jì)會(huì)造成輥系內(nèi)高低不平，在軋制前靠零時(shí)會(huì)顯示操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)的相對(duì)高度差大于100，甚至高于200，這種情況軋制起步時(shí)容易壓折，板形也較差，所以影響黃銅帶板形的因素之一是輥系精度和輥系裝配精度的控制.

圖3（a）是六輥UC冷軋機(jī)板型儀上顯示的圖片，從圖3（a）片上可以看出兩邊部較緊，中間位置存在中間浪，特別是兩側(cè)的1/4處肋浪更為顯著.圖3（b）是經(jīng)軋制后實(shí)際板形圖，與板型儀顯示相吻合.

圖2 六輥UC冷軋機(jī)工作輥磨削后錐度檢測(cè)圖

圖3 寬度為630 mm的C2680黃銅經(jīng)六輥UC軋機(jī)后板形儀上和實(shí)際板形對(duì)比

2.2 加工率與抽輥位置

軋制力是板形影響的主要因素，軋制力通過改變輥系的撓度和壓扁來改變支撐輥縫的形狀[14]，對(duì)于六輥UC冷軋機(jī)可以通過調(diào)整抽輥位置來改變軋制力.在加工率為13%、25%和35%時(shí)，考察抽輥位置對(duì)板形的影響規(guī)律，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示.

表2 六輥UC冷軋機(jī)抽輥位置與加工率的關(guān)系

可以看出，加工率為13%、抽輥位置30 mm，加工率為25%、抽輥位置50 mm和加工率為35%、抽輥位置70 mm條件下，銅帶板材沒有表面斜紋，在這3種條件的基礎(chǔ)上，無論是降低或提高加工率或抽輥位置，均會(huì)造成表面斜紋的出現(xiàn).

2.3 軋制油油膜強(qiáng)度與軋制力

在軋制過程中，油膜強(qiáng)度和油膜厚度不僅反映了油品在一定工況下的承載能力和減模防黏效果，也反映了吸附膜的特性[15].對(duì)于630 mm寬黃銅帶，變形區(qū)的面積增加，工藝潤滑面積變大，但大加工率和高速運(yùn)轉(zhuǎn)使得潤滑油膜需要在短時(shí)間內(nèi)鋪展在更大面積的變形區(qū)，并承受更大的軋制力，這嚴(yán)重惡化了潤滑劑的工作環(huán)境，極易引起潤滑油膜在銅帶表面鋪展的不均勻，油膜厚度變薄，甚至造成油膜破裂.

金屬材料在冷加工過程中，隨著變形程度的增加，變形抗力不斷增加，而塑性指標(biāo)不斷下降.由表3可以看出單位壓強(qiáng)小于50 kg/m2時(shí)，軋制力較小，銅帶表面也沒有斜紋.而單位壓強(qiáng)與油膜強(qiáng)度呈比例關(guān)系，物體變形時(shí)受外界摩擦的影響越小，變形越均勻，為此將冷加工過程中使用的軋制油進(jìn)行檢測(cè)，油膜強(qiáng)度為51 kg/m2.也就是說單位壓強(qiáng)越大，軋制油在變形過程中越不均勻流動(dòng)，從而導(dǎo)致材料內(nèi)部副應(yīng)力的產(chǎn)生，當(dāng)這種內(nèi)部自相平衡的應(yīng)力達(dá)到或超過材料的強(qiáng)度極限時(shí)，材料的整體性將被破壞，甚至導(dǎo)致變形和歪扭.

表3 H65黃銅油膜強(qiáng)度和軋制力的關(guān)系

2.4 來料軟硬與軋制力的研究

冷加工過程中的軋制力的變化與來料的機(jī)械性能有很大的關(guān)系，選取加工率相同的5組材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，工藝和結(jié)果如表4所示.

表4 來料性能硬度與軋制力關(guān)系

冷變形銅帶經(jīng)熱處理后，在原來的變形組織中產(chǎn)生了無畸變的新晶粒，位錯(cuò)密度降低，性能也發(fā)生顯著地變化.表4顯示黃銅來料越硬，晶粒度就越小，在冷加工的過程中軋制力會(huì)越大，這時(shí)使用高精度輥系且在抽輥位置相同的情況下，銅帶表面的斜紋會(huì)隨著軋制力的增加而變得越明顯.

3 結(jié) 論

米諾軋機(jī)軋制寬度為630 mm的C2680黃銅出現(xiàn)嚴(yán)重的板形問題，通過控制輥系精度、加工率與抽輥位置的配合、油膜強(qiáng)度與軋制力的配合以及來料軟硬可有效解決產(chǎn)品的板形問題，具體工藝：控制輥系精度以保證偏心率不超過0.01 mm；控制加工率數(shù)值約為抽輥位置數(shù)值的2倍；控制軋制力低于80 t，油膜強(qiáng)度低于40 kg/m2；控制來料硬度低于70 HV.

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