辊径差对冷轧板带轧制过程的影响.pdf_大学文库

D01:10.13374/j.issn1001-053x.1983.03.009 北京钢铁学院学报 1983年第3期辊径差对冷轧板带轧制过程的影响压力加工系刘宝珩实验工厂陶洪障摘要本文就冷轧板带轧制过程辊径差因素对轧制参数，包括轧辊与轧件运动关系、力学条件、力矩分配和产品质量的影响，进行了实验测定和理论分析，并讨论了一些与冷轧生产有关的问题。一、概述传统轧制理论是以变形上下对称，辊径相等为出发点进行运动，受力和变形等轧制参数分析的。这对于了解和认识轧制过程实质是必要的。但是，在实际生产中由于轧辊磨损，加工等因素，不可避免地存在着微小辊径差△D。目前，各冷轧厂对最大允许辊径差的数值都有自己的规定。国外一些学者曾从事上下辊径不等条件对轧制参数影响研究〔1,2,3)，其中多偏重理论分析，而实际生产问题分析较少。冷轧生产中有些与△D有关的问题用传统的轧制理论则无法解释。例如：北京带钢厂在中90/中200×200四辊轧机上冷轧0.11mm盒尺料时，工作辊传动端出现反向扭断。在测定冷轧扭矩时，发现严重力矩分配不均现象，在小辊侧出现零值或负值。武钢1700热带轧机在测定过程中亦有类似现象。为揭示辊径差对轧制过程的影响，我们曾在本院实验工厂中90/200×200四辊轧机上进行了辊径差对冷轧参数影响的实验，并在北京带钢厂冷轧我上作了测定，以下分别进行讨论。二、变形区运动关系分析在上下辊等径、速度相等条件下，轧制变形区如图1所示，按金属与辊面相对运动关系和受力条件形成前滑区和后滑区。中性角r为两区分界点。从轧辊与轧件水平速度Vx关系中可膏出，在后滑区轧辊水平速度高于轧件速度Vm,而在前滑区轧件速度V。高于轧辊水平速度。当轧辊间存在△D时，如图2示，D:>D2,由于存在速差，轧件上下两侧与轧辊相对运动发生变化，大辊侧前滑减少，小辊侧前滑增大，在变形区中的变化为大辊侧中性角Y:减小，小辊侧中性角Y,增大，在Y1和Yz之间形成两个表面摩擦力方向相反的搓轧区。搓轧区的出现改变了变形区中力学条件，因而使轧件力能和变形参数发生变化。参加工作的还有吕应增朱孟克江槟姜江张绍平张顺庆等 91

北京钢铁学院学报年第期辊径差对冷轧板带轧制过程的影响压力加工系刘宝晰实验工厂脚洪摘要本文就冷轧板带乳制过程辊径差因素对轧制参数，包括轧辊与轧件运动关系、力学条件、力矩分配和产品质量的影响，进行了实验测定和理论分析，并讨论了一些与冷乳生产有关的问题。一、概远传统轧制理论是以变形上下对称，辊径相等为出发点进行运动，受力和变形等轧制参数分析的。这对于了解和认识轧制过程实质是必要的。但是，在实际生产中由于轧辊磨损，加工等因素，不可避免地存在着微小辊径差△ 。目前，各冷轧厂对最大允许辊径差的数值都有自己的规定。国外一些学者曾从事上下辊径不等条件对轧制参数影响研究，，〕，其中多偏重理论分析，而实际生产问题分析较少。冷轧生产中有些与△ 有关的问题用传统的轧制理论则无法解释。例如北京带钢厂在中中四辊轧机上冷轧盒尺料时，工作辊传动端出现反向扭断。在测定冷轧扭矩时，发现严重力矩分配不均现象，在小辊侧出现零值或负值。武钢热带轧机在测定过程中亦有类似现象。为揭示辊径差对轧制过程的影响，我们曾在本院实验工厂小四辊轧机上进行了辊径差对冷轧参数影响的实验，并在北京带钢厂冷轧我上作了测定，以下分别进行讨论。二、变形区运动关系分析在上下辊等径、速度相等条件下，轧制变形区如图所示，按金属与辊面相对运动关系和受力条件形成前滑区和后滑区。中性角为两区分界点。从轧辊与轧件水平速度关系中育若出，在后滑区轧辊水平速度高于轧件速度。，而在前滑区轧件速度。高于轧辊水平速皮。当轧辊间存在△ 时，如图示，，由于存在速差，轧件上下两侧与轧辊相对运动发生变化，大辊侧前滑减少，小辊侧前滑增大，在变形区中的变化为大辊侧中性角丫减小，小辊侧中性角增大，在和之间形成两个表面摩擦力方向相反的搓轧区。搓轧区的出现改变了变形区中力学条件，因而使轧件力能和变形参数发生变化。，参加工作的还有吕应增朱孟克江槟姜江张绍平张顺庆等 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1983．03．009

D1= 0 D V. ti V。轧件线速度 V,=V,两棍线速度前后滑 V,>V: 滑 a一咬入角后滑区前滑区 Y一中性角 a 0 图】等径轧制图2不等径轧制图3为在中90/φ200×200四辊梨机上，用厚0.48mm,宽59mm的B,F轧件进行冷轧对尊径轧制90/中90 不等任乳制901100△D-20 不同变形程度ε条件下测得的前滑曲线。从曲线可看出，在等径条件下两辊前滑值 10 S相同，S值随变形程度加大而增加，变化范围为2~8%。当存在△D时，大冷侧前滑值S1 20 下降并可出现负值。小辊侧前滑值S:加大， 90/0 等径轧时而且这一趋势随△D加大而增加。当△D=0时， S,与S,重合即成为等径轧制情况。当△D= 20mm,变形程度ε为40%时，小辊中80侧的 -10 100 前滑值S,达24%，为等径茶件S值的三倍。三、辊径整对轧制压力的影响 3 绵径差导致在变形区中出现搓轧区，使钆 20 50 的% 制压力产生变化，许多实验证明〔1,5,6)，图3前滑值与变形程度关系在一定条件下轧制压力随△D加大而明显下降，这一点可用变形区中搓轧区所占比例逐渐增大得到解释。在搓轧区中，摩擦力促进金属变形，使轧件同时受到压缩和剪切作用，这与前后滑区中摩擦力阻碍金属变形的作用有本质区别，图4为等径和不等径轧制时单位压力和摩擦力测定曲线〔3)，由曲线可以看出，辊径差使单位压力峰值下降，上下辊压力峰值错开，并在单位摩擦力曲线中看出存在摩擦力方向相反的搓轧区。在中90/中200×200四辊冷轧机上.轧制0.48×59mmB,F试件，在不同变形程度e条件下测得总压力变化曲线如图5所示，当△D=20mm时总压力比等径时低10~20%。在冷轧生产中，采用少量辊径差是加大延伸的有效措施，这已为某些冷轧车间的操作经验所证实，对薄而硬的材料尤为有效。图6所示为用0.82×45mm退火状态的1Gr18Ni9不锈钢带以30吨 92

片一－一不知哑俨后叩。区前。区图等径轧制图为在小小四辊轧机上，用厚，宽的轧件进行冷轧对不同变形程度。条件下测得的前滑曲线。从曲线可看出，在等径条件下两辊前滑值相同，值随变形程度加大而增加，变化范围为。当存在 △ 时，大冷侧前滑值下降并可出现负值。小辊侧前滑值加大，而且这一趋势随△ 加大而增加。当△ 二时，与重合即成为等径轧制情况。当△ ，变形程度。为时，小辊小侧的前滑值达，为等径条件值的三倍。三、辊径差对轧制压力的影晌辊径差导致在变形区中出现搓轧区，使轧制压力产生变化，许多实验证明，，〕，在一定条件下轧制压力随△ 加大而明显下降，图不等径轧制移怪乳初布，劝神。不称任札刹今今幼万径礼叭 · 幼 ‘ 一，洁司沁图前滑值与变形程度关系这一点可用变形区中搓轧区所占比例逐渐增大得到解释。在搓轧区中，摩擦力促进金属变形，使轧件同时受到压缩和剪切作用，这与前后滑区中摩擦力阻碍金属变形的作用有本质区别，图为等径和不等径轧制时单位压力和摩擦力测定曲线〔〕，由曲线可以看出，辊径差使单位压力峰值下降，上下辊压力峰值错开，并在单位摩擦力曲线中看出存在摩擦力方向相反的搓轧区。在小小四辊冷轧机上轧制试件，在不同变形程度条件下测得总压力变化曲线如图所示，当△ 时总压力比等径时低。在冷轧生产中，采用少量辊径差是加大延伸的有效措施，这已为某些冷轧车间的操作经验所证实，对薄而硬的材料尤为有效。图百所示为用。退火状态的不锈钢带以吨

忽略轴摩擦力矩不计，M下=μPT,M上=P,D 2 代入上式得： M总=uP 4D 此式与实验曲线是一致的，即压靠总力矩与予压力大小呈线性关系，并随△D 值加大而增加。值得指出的是，在存在辊径差的情况下 (实际冷轧生产多属此情况)，两接轴压靠力矩分配 (a)等径D上=D下严重不均，大辊侧的压靠力矩为正值，小辊侧力矩为负值，其力矩绝对值均大于总力矩值M总，因此，要求传 M 动接轴设备条件充分满足此 (h)不等径D,<D下条件，按等径条件设计接轴图9压靠力矩传递强度显然是不够的。这种现象在需要压靠的薄板热轧机上同样存在。 2.轧制力矩一对压靠力矩情况了解后，就容易搞清冷轧过程中的力矩分配现象，因为对轧辊来讲轧作只是在压靠条件下增加一层一压素中间物质。清冷轧过程中的力矩分配现象，因 M△一H-g1:2月.92mmt60 为对轧辊来讲轧件只是在压靠条件下增加一层 kg-ma一1【-0.4wB:雅ntBF φ80/0100：中间物质。轧件愈薄，力矩分配愈趋近于压靠 120f 力矩分配形式，轧件较厚时，通过轧件剪切变形使力矩不均衡分配有缓和趋势，这可用图10 M 实测不等径轧制条件下薄厚不同轧件的力矩曲线来说明。从曲线看出，随轧件厚度加大，小辊一侧的负力矩有转为正值的趋势，它的极端就象初轧机轧制钢锭那样，在存在少量辊径差 △D条件下，两辊力矩分配均为正值，其差值 M上仅有20%左右。需要特别指出的是，在冷轧条件下，压力相同时压靠力矩（绝对值）要大于轧制力矩。立1202 P吨当轧件进入变形区后，力矩值反而下降。因图10轧制薄原不同轧件压力和力矩关系此，压靠力大小对设备负荷有明显影响。在一曲线（中80/中100△D=20) 般不具备压力测定仪表的生产轧机上进行压靠生产操作是很容易造成工作辊头扭断事故的。这也是北京带钢厂三车间用中90/中200×200四辊轧机生产0,11mm盒尺料以前常出现工作辊正反两方向扭断辊头的根本原因所在。图11为工作辊头扭断情况。同样，武钢1700热连轧机传动工作辊的齿接手出现正反两方向的齿面压 95

下，忽略轴承摩擦力矩不计，一下二件上。今白代入上式得总哆、 ‘ 吧夕。此式与实验曲线是一致的，即压靠总力矩与予压力大小呈线性关系，并随 △ 值加大而增加。值得指出的是，在存在辊径差的情况下实际冷轧生产多属此情况，两接轴压靠力矩分配严重不均，大辊侧的压靠力矩为正值，小辊侧力矩为负值，其力矩绝对值均大于总力矩值总，因此，要求传动接轴设备条件充分满足此条件，按等径条件设计接轴、、 ‘ 洲产矛二理二丁二丁二亡共卜二一，一一一一仁三一等径以二下卉上厂几曰兰洲哥斗泞尧拭一冬‘ ” 卜寸州乡一匕才州，尸娜下气口一气二以诀二步妙图不等径几下压靠力矩传递强度显然是不够的。这种现象在需要压靠的薄板热轧机上同样存在。轧制力矩－对压靠力矩情况了解后，就容易搞清冷轧过程中的力矩分配现象，因为对轧辊来讲轧件只是在压靠条件下增加一层中间物质。清冷轧过程中的力矩分配现象，因为对轧辊来讲轧件只是在压靠条件下增加一层中间物质。轧件愈薄，力矩分配愈趋近于压靠力矩分配形式，轧件较厚时，通过轧件剪切变形使力矩不均衡分配有缓和趋势，这可用图实测不等径轧制条件下薄厚不同轧件的力矩曲线来说明。从曲线看出，随轧件厚度加大，小辊一侧的负力矩有转为正值的趋势，它的极端就象初轧机轧制钢锭那样，在存在少量辊径差 △ 条件下，两辊力矩分配均为正值，其差值仅有左右。需要特另指出的是，在冷轧条件下，压力相同时压靠力矩绝对值要大于轧制力矩。当轧件进入变形区后，力矩值反而下降。因此，压靠力大小对设备负荷有明显影响。在一般不具备压力测定仪表的生产轧机上进行压靠书－压旅图轧制薄原不同轧件压力和力矩关系曲线中小 △ 生产操作是很容易造成工作辊头扭断事故的。这也是北京带钢厂三车间用小小。。四辊轧机生产。，盒尺料以前常出现工作辊正反两方向扭断辊头的根本原因所在。图为工作辊头扭断情况。同样，武钢热连轧机传动工作辊的齿接手出现正反两方向的齿面压

坏现象也与此有关〔〕。五、辊径差对金月变形影晌轧件在变形区产生塑性变形是由轧辊与金属间在一定运动和力学条件下相互作用的结果，变形情况随条件变化而变化。为了便于观察变形情况，常采用网格法进行研究〕。将试件侧面刻有网格，从轧件各部位网格单元变形情况可了解局部和整体变形特点。在等径轧制条件下，轧件变形上下对图小小四辊冷机工作辊辊头扭断情况称，区，使育铎径差时，在变形区中因速差而出现搓轧轧件承受剪切力而产生剪切变形。为此，轧件侧面网格单元由方形变为平行四边形，当有其斜度随速差加大而增加。斗勺户曰曰曰斗】刁七」二士生寸日弓汁朴扭班母洲涛曰。二叫甲，尸，尸，一个午诀之口卜诀、叫入一人今卜科斗一午干七华筒三车车寺去等径轧制不等径轧制图等径与不等径轧制络试件变形情况冈国日口口门曰肿门门日四网尹洲叹口口洲丫。 · 为观察金属流动情况，曾在小实验轧机上用等径轧辊小小和 ‘ 不等径轧辊小小轧带试件。在轧件侧边刻有网格，轧制过程网格变化如图所示。不等径轧制有剪切变形，垂直网格经变形区后有倾斜，在不等径轧制时轧件从变形经常以弯曲形式轧出，这也是不对称变形的结果，其弯曲方 △ 币一。向有一定规律当变形量一节较小时，轧件向图‘ 变形量 “ 轧件，曲曲率半径关系较小辊一侧弯曲，这可归结为大辊线速度较高的缘故，当变形量较大时，轧件则向大辊侧弯曲。这是由于小辊径有利于金属延伸，而在变形区上下两面压力相等，所以分配给小辊侧的压下量较大，使轧件弯向大辊。这规律由文献〔〕的实验曲线得到证实图。该曲线是在小。实验轧机上轧制铅试件并测量轧件轧出后弯曲曲率半径所得结果。其辊径差 △