D0I:10.13374/j.issnl001-053x.1983.02.038 北京铜铁学院学报 1983年第4期 沿板宽方向轧制压力分布规律的实验测定 压力加工系茹锋潘显华董德元 力学教研室乔端· 一、 前 言 随着生产的发展，对冷轧板带质量提出了更高的要求。(1)沿轧制方向（纵向）板厚均 匀，(2)沿板宽方向（横向）板厚均匀和(3)板形良好，即板带表面平坦，不发生波浪或 瓢曲。 保证板形良好的条件，要求轧件沿板宽方向上各点的纵向延伸相等。在无宽展条件下， 就是沿板宽方向上各点的压下率相等。在轧制过程中，沿板宽轧制压力的分布直接影响到轧 辊的受力，即影响到轧辊的挠曲和压扁变形。从而影响到轧件的变形量。因此，沿板宽方向 轧制压力的分布成为板形基础理论研究中的一个重要课题。 一般平板轧制理论，假设沿板宽方向轧制压力均匀分布。显然无论对于解决板形问题， 还是完善轧制理论都是不够的。因此，研究轧制过程三维压力分布以及金属流动规律就变得 非常重要了。 沿板宽方向轧制压力的分布规律问题，不少学者曾进行了实验和理论的研究！]。在 他们的实验装置中存在下列一些问题。(1)采用了在轧辊上加锒块的方法安装测压针，削 弱了轧辊的刚度。(2)轧件的宽度与辊身长之比值较小，如在松浦的实验中二者之比约为 士，而在Vateri和渡边的实验中则约为t,实际生产中二者之比约为普。(3)在二辊轧机 上进行试验。未考患冷轧生产中使用四辊轧机时，由于支持辊的存在对轧制压力等分布的影 响。为了使实验条件接近实际生产情况，我们的实验是在四辊轧机上进行的。使用宽轧件， 在安装测压针时尽可能使轧辊刚度不致于削弱的太历害。通过实验测定了沿板宽方向轧制压 力，摩擦力，接触弧长，轧辊的径向压扁，支持辊与工作辊间的压力分布等。本文则讨论沿板 宽方向轧制压力分布问题。 二、实验条件和装置* 实验轧机为Φ110/Φ320×300mm四辊冷轧机，无级调速，轧制速度为0~0.2m/sec。 在工作辊上安装有8根直径为中1.13mm的倾斜测压针。沿辊身不对称布置如图1所示。在轧 辊内安装传感器，信号由滑环引出，经电阻应变仪放大，由示波器记录。 在压下螺丝下放置两个压力传感器，用来测定总轧制压力。 *关于实验装置和测压针标定的详细介绍，可参数阅潘显华的研究生毕业论文(1980年) 182
北 京 栩 铁 学 院 学 报 年第 期 沿板宽方向轧制压力分布规律的实验测定 压 力加 工 系 茹 铮 力学教研 室 潘显 华 乔 端 ，德 元 一 、 前 一 口 随 着生产 的发展 ， 对冷轧板带质量 提出 了更高的要求 。 沿轧制方 向 纵 向 板 厚均 匀 ， 沿板宽方 向 横向 板厚均匀和 板形 良好 ， 即板带表面平坦 ， 不发生波浪或 瓢 曲 。 保证板形 良好的条件 ， 要求轧件沿板宽方 向上 各点的 纵 向延伸相等 。 在无 宽展 条件下 ， 就是 沿板 宽方 向上 各点的压 下 率相 等 。 在轧制过 程 中 ， 沿板宽轧制 压 力的 分布直 接影 响到 轧 辊 的受 力 ， 即 影 响到轧辊 的挠 曲和压 扁 变形 。 从而影响到轧件的 变形量 。 因此 ， 沿板宽方 向 轧制压力的 分布成为板形 基 础理论研 究 中的一个重 要课题 。 一 般平板轧制理论 ， 假设 沿板宽方 向轧制压 力均匀分布 。 显然无 论对于解决板形 问题 ， 还是 完善轧制 理 论都是不 够的 。 因此 ， 研 究轧制过 程三 维压 力分布 以 及金属流动规律就变得 非常重要 了 。 沿板宽方 向轧制压 力的分布规律 问题 ， 不 少学者 曾进 行 了实验和理 论 的 研 究 ‘ 一 ” 。 在 他们 的实验装置 中存在下列一些 问题 。 采 用 了在轧辊 上加 银块的方 法 安装测压 针 ， 削 弱 了轧辊 的 刚度 。 轧件的宽度与辊身长之 比值较小 ， 如在松浦的 实验 中二者 之 比 约为 去 ， 而在 和 渡边的 实验中则约为去 ， 实际生产 中 二者之 比约为普 。 在二 辊轧机 上进 行试验 。 未考虑冷轧生产 中使用 四辊 轧机时 ， 由于 支持辊的存在对轧制压 力等分布的 影 响 。 为 了使实验条件接近实际生产情况 ， 我们 的 实验是在 四辊 轧机 上进行的 。 使用宽轧件 ， 在 安装测压 针时尽可能 使轧辊 刚度不 致 于削弱 的太历 害 。 通 过 实验测定 了沿板 宽方 向轧制 压 力 ， 摩擦力 ， 接触弧长 ， 轧辊的径 向压 扁 ， 支持辊 与工作辊 间的压 力分布等 。 本文 则讨 论沿板 宽方 向轧制 压 力分布 问题 。 二 、 实验 条件 和 装置 朴 实验轧机为 中 中 四辊冷轧机 ， 无 级 调速 ， 轧制 速度为。 。 。 在工作辊 上安装有 根直径为 中 的 倾斜测压 针 。 沿辊身不 对称布置 如图 所示 。 在 轧 辊 内安装传感器 ， 信 号由滑环 引出 ， 经 电阻应 变仪 放大 ， 由示 波器 记 录 。 在压 下 螺 丝下放置 两个压 力传感 器 ， 用 来测定 总轧制 压 力 。 朴 关 于实验装置和 测压 针标定 的样细 介绍 ， 可 参数 阅潘 显华 的研 究生毕业 论 文 年 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1983．02．038
测定仪器为Y6D一ZG电阻电感应变仪。压 150 力波形记录为SC-16光线示波器，同时装有测 6044050 压针位置记录装置，记录接触弧长和轧制速度。 35.7 轧件为铝板。化学成分为含铝98.41%的 1●68 工业铝，经385℃±10℃二小时退火。其单向 变形抗力的回归方程为【】 300 8=3.231+0.905e0.654 (1) 图1、2工作辊简图 铝板宽度分别为25,50,150,200,260mm。厚度分别为4.8~4.9mm,2.8~2.9mm, 1.8~1.9mm。压下率分别为13,19,21,23,25,30,34,38%。 试验是在无润滑，无张力条件下进行的。 三、实验结果和初步分析 实验结果表明： 1.当轧件原始厚度和宽度一定时，沿接触弧分布的单位压力的峰值随压下率的加大而 增加，其位置也随之移动。在ε=10%左右时，压力峰值的位置偏向入口，峰值较高。而当 ε=20%左右时，有明显的峰值出现，峰值位置则随压下率的增加向出口方向移动，逐渐与 日性面一致，峰值显著的增长。图2为轧件的厚度H=2.9和宽度B=50mm时的单位压力 曲线（图中！为接触弧长）。 P(kg/mm) 28 2.当压下率一定时，单位 压力沿接触弧分布的峰值随轧件21 e=38.4% 原始厚度的减薄而移向出口，图 24 3为压下率e=20%时，不同厚度 22- 轧件的单位压力曲线。当轧件厚 度H=4.88四m时，压力峰值位置 20 偏向入口，呈厚轧件特征，而当 18- e=29.8% 厚度为H=1.87时，其压力峰 16- 值的位置则偏向出口，且峰值增 大，呈薄件轧制特征，当轧件厚 14 度H=2.84m时，无明显峰值， 12 且压力值较前二者低，呈中等厚 10- 度轧件的轧制特征。 e=20% 单位压力沿接触弧分布随压 e=20% 下率和轧件厚度变化的特征，可 以用轧件的尺寸因素1/h来描述 (1为接触弧长，为轧件的平均 厚度)。随着压下率的增加，接 触弧长I加长，因而1/增加，或 《》 轧件原始厚度H减薄，平均厚度 图2单位压力分布与压下率的关系H=2.9, h减小，因而1/h增加。1/的增 B=50mm,e=13,20,29.8,38.4%。 183
测定 仪 器为 一 电阻电感应 变仪 。 压 力波形 记 录为 一 光线 示 波 器 。 同时装有测 压 针位置 记 录装置 ， 记 录接触 弧长 和 轧制 速度 。 轧件为 铝板 。 化学成分为 含铝 的 工业 铝 ， 经 ℃ 土 ℃ 二 小时 退 火 。 其单 向 变形 抗 力的 回归 方 程为 〔 “ 乙 · “ “ ‘ 铝板宽度 分 别为 ， ， ， ， 。 。 压下 率分别为 ， ， ， ， 试验是在无 润滑 ， 无 张 力条件下进行 的 。 生 、 。二 干 ’ “ ’ ‘ ’ “ ’ 图 、 厚度分别为 ， ， ， 。 工 作辊 简图 ， 三 、 实验结果 和初 步分 析 实验结果 表明 当轧件原始厚度和 宽度一定时 ， 沿接触弧分布的 单位压 力的峰值随压下 率的加大而 增加 其位置 也随 之移动 。 在 。 二 左右 时 ， 压 力峰值的 位置 偏 向入 口 ， 峰值较 高 。 而当 。 左右 时 ， 有 明显的峰值出现 ， 峰值 位置 则 随压 下率的 增加 向出 口 方 向 移动 ， 逐渐与 母性面 一 致 ， 峰值显著的 增长 。 图 为轧件的厚度 二 “ 和宽度 时的 单位压力 曲线 图 中 为接触弧长 。 当压 下率一定 时 ， 单位 压 力沿接触弧分布 的 峰值随轧件 原始厚度 的减薄而移 向出 口 ， 图 为压下率。 时 ， 不 同厚度 轧件的单位压 力曲线 。 当轧件厚 度 二 时 ， 压 力峰值位置 偏 向入 口 ， 呈 厚轧件特征， 而当 厚度为 时 ， 其压 力峰 值的 位置 则偏 向出 口 ， 且峰值增 大 ， 呈薄件轧制 特征 当轧件厚 度 时 ， 无 明显 峰值 ， 且压 力值较前二者 低 ， 呈 中等厚 度 轧件的 轧制 特征 。 单位压 力沿接触弧分布 随压 下率和 轧件厚度 变 化的 特征 ， 可 以 用轧件的 尺 寸因素 压 来描述 “ 为接触弧长 ， 万为轧件的平均 厚度 。 随 着压 下 率的 增加 ， 接 触弧 长 加 长 ， 因而 压增加 或 轧件原始厚度 减 薄 ， 平均厚度 减小 ， 因而 增加 。 的 增 。 ， 二 幻刽加朋邓加 佃 。 》 图 单位压 力分 布 与压 下率 的关 系 二 ， ， ， ， ，
加反映了轧件由厚变薄的特 P(kg/mm+) 征。 3.当轧件原始厚度和 压下率一定时，(H=4.9= 15 mm,e=20%),随着轧件 宽度的变化(B=100,160, e=20.8%,H=1.87B=50 200,260mm),沿板宽方 10 向轧制压力（以单位宽度 e=20.8%,H=2.01乃=50 上的压力表示，其单位为 c=215,H=4.88B=160 kg/mm)分布规律可分为 三种类型。 凸型分布一一在板宽中央单 位宽度上的压力最大，越向 板边压力值逐渐减小。 1(mm) 平型分布一板宽中央 一部分范围内压力值保持不 图3单位压力分布与轧件原始厚度的关系 变，而在板边处压力减小。 凹型分布一距板宽中央一定距离处压力值最大；而在板宽中央和板边处压力值减小。 P(kg/mm) i P(kg/mm2) 16 B=200 10 H=260 H=488 H=4.82 8 E=19% 14 e=21.1% 12外 10 2 10 -1(mm) 20 0 60 1() 80 B(mm) (a) 40 % 80 90 B(画m) 184
加反映 了轧件由厚变薄的特 征 。 当轧件原始厚度和 压 下率一定 时 ， 二 ， 。 ， 随 着轧件 宽度的 变化 ， ， ， ， 沿板 宽方 向轧 制 压 力 以 单位 宽度 上的 压 力表 示 ， 其单 位为 分布 规 律可分为 三 种类型 。 凸型分布一 一在板宽中央单 位宽度 上的压力最大， 越 向 板边压 力值逐渐减小 。 平型分布－ 板宽中央 一 部分范围内压力值保持不 变， 而在板边处压 力减小 。 ， 二 二 ‘ ， 一 工 又 二 。 二 乡百 ， 二 魂 二 图 单位压 力分布与轧件原 始厚 度 的关系 凹型分布－ 距板宽中央一定距 离处压力值最大， 而在板宽 中央和板边处压 力值减 小 。 厂不
P(kg/mm) p(kg/mm) B=160 1 H=100 12 H=4.88 ls4.86 t年21.1% 无=236 10M 10 6 2 1(mm》 1(mm) 20 40 B(mm) (d) 60 B(mm> (e) 4 图4单位压力分布的空间曲线图 并且，随着板宽的增加，沿板宽 P/(kg/mm) 轧制压力的分布规律由凸型，平型向 B=100,H=4.8S,c=23.0% 100 凹型分布过渡。单位压力的空间分布 b=160,Hm4.88,e=21.1% 曲线绘于图4中，而沿板宽方向轧制 90 B=200.f=4.88,e=21.3% 压力的分布规律则绘于图5中。由图 80 B=260,H=4.82,g=19% 形的变化可以看出，虽然压下率的波 70+ 动可以影响压力值的大小，而轧件宽 度的变化则是影响压力分布类型的主 60+ 要因素。 50H 4.当轧件原始厚度一定(H= 40L 2.9mm),宽度一定(B=50mm)时， -1 400206十B 随压下率的增加(e=13,20,30, 图5沿板宽方向轧制压力分布与板宽的关系(a测 38.4%),沿板宽方向轧制压力值在 力点到板宽中央的距离) 提高，而压力分布由凹型，平型向凸型分布过渡（图6）。 5.当压下率一定(e=20%)时，随着轧件原始厚度的减薄(H=4.88,2.84,1.87mm), 沿板宽方向压力分布由凸型，平型向凹型分布过渡（图？）。从而表明，当轧件越薄时，压 力呈凹型分布的可能性越大。 根据实验结果，归结起来可以看出，沿板宽方向轧制压力的分布规律与轧件的宽度，原 始厚度，压下率有关。可以用压缩形状比B/(B一轧件宽度，一轧件平均高度)和接触面 积比B/:(1一接触弧长)来描述。随着B/1的增加（即轧件宽度增加或压下率减小）和B/不的 增加（即轧件宽度增加或厚度减小），沿板宽方向轧制压力的分布类型由凸型，平型向凹型 过渡，而板宽中央附近的压力值按凹，平，凸三种类型的颠序而逐步提高。若以B/为纵坐 标，B/1为横坐标，将不同实验条件下沿板宽方向轧制压力的分布类型绘于图8和图9中， 则可以看出，三种分布类型与B/和B/1的关系，从而对凸，平，凹分布类型进行分界。 185
“ ‘ 卜 国 单位压 力分布的空 间 曲线 图 并且 ， 随 若板宽的 增加 ， 沿板宽 轧制 压 力的 分布规律 由凸型 ， 平型 向 凹型分布过 渡 。 单位压力的 空 间分布 曲线绘 于 图 中 ， 而沿板宽方 向轧制 压力的分布规律则绘 于 图 中 。 由图 形的 变化可 以 看 出 ， 虽然压下率 的 波 动可 以 影 响压 力值 的大小 ， 而轧件宽 度的 变化则 是 影 响压 力分布类型 的主 要 因素 。 当轧件原始厚度一定 二 ， 宽度 一定 二 哟 时 ， 随压 下率 的增加 ， ， ， ， 沿板宽 方 向轧制压 力值在 ， 二 ， 仁 二 ， ， 二 ， 甘 一 ， 。 · 二 礁 ， 二 的 对 “ 图 沛 卜片乍沛州 吐 沿板 宽方 向轧制压 力分布与板 宽的关 系 洲 力 点到板宽 中央 的距 离 提高 ， 而压 力分布 由凹型 ， 平型 向凸型分布过渡 图 。 当压下 率 一定 。 时 ， 随 着轧件原始厚度 的减薄 ， ， ， 沿板宽方向压力分布 由凸型 ， 平 型 向凹型分布过渡 图 。 从而 表 明 ， 当 轧件越薄时 ， 压 力呈 凹型分布的 可能性越 大 。 根据实验结果 ， 归 结 起来可 以看 出 ， 沿板宽方 向 轧制 压 力的 分布规律与 轧件的 宽度 ， 原 始厚度 ， 压下 率有关 。 可 以 用压 缩形状 比 压 一轧件宽度 ， 入一轧件平 均高度 和 接触面 积比 之 一接触 弧长 来描述 。 随 着 的 增加 即 轧件宽度增加 或压下 率减小 和 压的 增加 即 轧件宽度 增加 或厚度减小 ， 沿板宽方向轧制 压 力的分布类型 由凸型 ， 平型 向凹型 过 渡 ， 而板宽中央 附近的 压 力值按 凹 ， 平 ， 凸三 种 类型的 顺序而逐 步提高 。 若 以 邝为纵坐 标 ， 为横坐标 ， 将不 同实验条件下 沿板 宽方 向轧制 压 力的 分布类型 绘 于 图 和 图 中 ， 则可 以看 出 ， 三 种分布类型 与 环和 的 关系 ， 从而对 凸 ， 平 ， 凹 分布 类型进 行分界
p/(kg/mm) 200 B=50. 190 H*2.9 p/(kg/mm) 9IH=4.88,e=21,1%,D=160 xH=2,8,e=20,8,B=50 e=384% 100 4H=1,87,e=20,8,B=50 90h e=30% 80 70 E=20% 60 e=13% 30 1 -0.4 ⊙ 0.40.81 -0.400.40.81 图6沿板宽方向轧制压力 图7沿板宽方向轧制压力分布 分布与压下率的半系 与轧件原始厚度的关系 50 图8 沿板宽方向轧制压力分布类 型图H=4.9mm,e=20%, 40 B=50,100,160,260mm 30 用四对针直接测定，×一凹 20 型，口一平型，。一凸型 0 20 30 B/1 图9 沿板宽方向轧制压力分布类 =2 型图B=50mm,H=1.9, 20 2.9mme=13,20,25,32, 38%,采用移动轧件的方法 进行测定，×一凹型，☐一 10 平型，。一凸型 B/1 186
公 协呱 旦 “ 仇 堵么 。 产 ， 二 左 ， 二 仑 ， 二 二 ， 二 ， ， ‘ 工门台才︺口 ‘ ‘‘叼，二 乙 ， ， 一 二 图摊 晰耐 月 诚耐科姗诫 图 护 气护丁‘ 气犷七气 月 沿板 宽方 向轧制压 力 分布与压 下率 的并 系 一 一 一 已 黝词洲训叫微到粼月 沿板宽方向轧制压 力分布 与轧件原始厚度 的关 系 一、 图 沿板宽方 向轧制压 力分布类 型 图 ， 。 ， ， ， ， 爪 用 四对针直接测定 ， 一凹 型 ， 口一平型 ， 。 一 凸型 部’ 、 二 ， 、 介 。 未 、 畏 二 图 窗任板 宽方 向 乳制压 力分布 类 型 图 二 ， ， 二 。 二 一 一 ， ， 采用 移动 轧件 的方法 进行测定 ， 一 凹 型 ， 口一 平 型 ， “ 一 凸型
四、结论 根据实验测定结果以及初步分析，可得如下结论。 1.实验仍采用测压针法，但在轧辊上钻孔安装测压针，针的前端附近孔很小，这就不 致于使轧辊刚度削弱的太历害。从而减小了实验与实际轧制条件的差异。并且安装四组测压 针可同时测定宽轧件沿板宽方向的轧制压力，摩擦力等的分布。 2.沿接触弧单位压力的分布规律可以按轧件的尺寸因素1/分为厚、中、薄轧件的三 种典型轧制过程。厚件轧制时，/较小，单位压力峰值较高，峰值位置偏向入口；而薄件 轧制时，1/较大，单位压力峰值更高，峰值位置则偏向出口：而中等厚度轧件轧制时， 1/介于上述二情况之间，无明显压力峰值出现。 3。在四辊轧机上进行试验的结果表明，沿板宽方向轧制压力分布规律与在二辊轧机上 试验时相同，可以归结为三种类型，凸型，平型和凹型分布。分布的类型与轧件的宽度、厚 度以及压下率有关，可以将B/元和B1用作特征量对压力分布类型进行分类。随着轧件宽度 的加大，轧件原始厚度的减薄和压下率的降低，沿板宽方向轧制压力的分布类型由凸型，平 型向凹型分布过渡。 参考文献 1.Vater,M.,Stahl and Eisen,86 (1966),Nr,12,710. 2. 松浦佑次·任力，塑性上加工，9-86(1968-3)，168. 3. 塑性上加工，10-102(1969-7)，535. 4. 渡边嘉郎·任>，塑性上加工，10-106（1969-11)，781. 5. 塑性之加工，11-117(1970-11)，711. 6.乔端、茹铮、钱仁根，北京钢铁学院学报，1981年2期. 187
四 、 结 论 根据 实验测定结果 以 及 初步分析 ， 可得如下结 论 。 实验仍采 用 测压 针法 ， 但 在 轧辊 上钻孔安装测压 针 ， 针的前 端 附近 孔 很小 ， 这 就不 致 于使 轧辊 刚度削弱 的 太历 害 。 从而减小 了实验 与 实际 轧制 条 件的 差 异 。 并且安装 四 组测压 针可 同时测定宽轧件沿板宽方 向的 轧制 压 力 ， 摩擦力等的分 布 。 沿接触 弧单位压力的分布规律可 以 按轧件的 尺寸 因素 分为 厚 、 中 、 薄 轧件的三 种典型 轧制 过 程 。 厚件 轧制 时 ， 而较 小 ， 单位压 力峰值较高 ， 峰值位置偏 向入 口 而薄件 轧制 时 ， 较 大 ， 单位压力峰 值更高 ， 峰值位 置 则 偏 向出 口 ， 而 中 等厚度轧 件轧制 时 ， 压介于 上述二情况 之 间 ， 无 明显压 力峰值 出现 。 在 四辊轧机 上进 行试验 的结 果 表 明 ， 沿板宽 方 向轧制 压 力分布规律与 在二辊轧机 上 试 验时 相 同 ， 可 以归结为三种类型 ， 凸型 ， 平型和 凹型分布 。 分布的 类型与轧 件 的宽度 、 厚 度 以 及压 下 率 有关 ， 可 以将 压和 用作特征量 对压 力分 布类型进 行分 类 。 随 着轧 件宽度 的加 大 ， 轧件原 始厚度 的减薄 和压 下 率的 降低 ， 沿板宽方 向轧制 压 力的 分布 类型 由凸型 ， 平 型 向凹 型分布过渡 。 参 考 文 献 ， ， ， ， 、 、 松浦佑 次 · 王力 》 ， 塑性 七加 工 ， 一 一 ， 塑性 己加工 ， 一 一 ， 渡边嘉 郎 王力 、 ， 塑性 巴加工 ， 一 一 ， 塑性 巴加工 ， 一 一 ， ， 乔端 、 茹铮 、 钱仁根 ， 北京钢 铁学院学报 ， 年 期
