2450冷轧铝合金板形缺陷的展平分析与工艺优化

工程科学学报，第37卷，增刊1：103-107,2015年5月 Chinese Journal of Engineering,Vol.37,Suppl.1:103-107,May 2015 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2015.s1.017:http://journals.ustb.edu.cn 2450冷轧铝合金板形缺陷的展平分析与工艺优化 梁 萌，杨海波⑧ 北京科技大学机械工程学院，北京100083 区通讯作者，E-mail:yhb@usth.edu.cn 摘要展平机组在铝带材进入冷轧机前使其产生反复的拉伸弯曲变形，改善板形的同时，也改善了带材的残余应力分布， 对带材的轧制过程有着重要的影响.本文以某厂的2450冷轧铝板带生产线的五辊展平机组为研究对象，运用Abaqus有限元 软件对其展平过程进行仿真研究，并提出了相关的评价指标.文中对不同类型的板形缺陷带材进行了系统的仿真计算，探讨 了不同的塑性变形程度对展平过程及效果的影响规律.结果表明，对于不同板形缺陷的带材，最优的展平参数与其板形 有关. 关键词铝带：展平机：冷轧：板形 分类号TG142.71 Analysis and optimization of aluminum strip during flattening process of 2450 cold roll- ing mill LIANG Meng,YANG Hai-bo School of Mechanical Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:yhb@ustb.edu.cn ABSTRACT The flattening machine made the aluminum strip perform repeatedly stretch bending deformation before cold rolling process.The flattening process has a vital influence on strip rolling process by improving plate shape and residual stress distribution of the strip in the same time.In this paper,the flattening process was researched by finite element method software Abaqus according to a five roll flattening machine.In order to describe behaviors and principles of the flattening process,a series of new definitions and de- scriptions were put forward.Based on numbers of simulation of different kinds of shape defects and systemic analysis,relations be- tween the effect of flattening and different degrees of plastic deformation were discussed.The results show that the best flatness param- eter is decided by the shape of itself. KEY WORDS aluminum strip:flattening machine;cold rolling:strip shape 形，减小或消除横向厚差. 1 展平机的工作原理 拉伸弯曲过程合理工艺的制定主要取决于两方 展平辊组是一个在张力拉伸作用下的辊式矫直机 面：其一是拉伸应力与弯曲应力对带材延伸的贡献问 组，设置在开卷机偏导锟与轧机入口侧之间.带材通 题：其二是拉弯过程拉伸应力与弯曲应力之间的相互 过展平辊组时产生反复的拉伸弯曲变形0，其基本原 关系问题回.展平机对带材的展平中，带材会发生弹 理是弹塑性拉伸弯曲矫直理论.带材在张应力和弯曲 塑性变形而消耗能量，此外摩擦作用也会使张力产生 应力的叠加作用下，其中性层发生偏移，使得带材的中 损耗，导致张力变化.展平机的入口张力小于出口 心层产生塑性伸长.因此，展平过程可以改善带材板张力. 收稿日期：20150105 基金项目：广东省肇庆国家高新区技术创新工程专项资助项目(20110104005)

工程科学学报，第 37 卷，增刊 1: 103--107，2015 年 5 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 37，Suppl． 1: 103--107，May 2015 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2015． s1． 017; http: / /journals． ustb． edu． cn 2450 冷轧铝合金板形缺陷的展平分析与工艺优化 梁 萌，杨海波 北京科技大学机械工程学院，北京 100083 通讯作者，E-mail: yhb@ ustb． edu． cn 摘 要 展平机组在铝带材进入冷轧机前使其产生反复的拉伸弯曲变形，改善板形的同时，也改善了带材的残余应力分布， 对带材的轧制过程有着重要的影响． 本文以某厂的 2450 冷轧铝板带生产线的五辊展平机组为研究对象，运用 Abaqus 有限元 软件对其展平过程进行仿真研究，并提出了相关的评价指标． 文中对不同类型的板形缺陷带材进行了系统的仿真计算，探讨 了不同的塑性变形程度对展平过程及效果的影响规律． 结果表明，对于不同板形缺陷的带材，最优的展平参数与其板形 有关． 关键词 铝带; 展平机; 冷轧; 板形 分类号 TG142. 71 Analysis and optimization of aluminum strip during flattening process of 2450 cold roll￾ing mill LIANG Meng，YANG Hai-bo  School of Mechanical Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China Corresponding author，E-mail: yhb@ ustb． edu． cn ABSTRACT The flattening machine made the aluminum strip perform repeatedly stretch bending deformation before cold rolling process． The flattening process has a vital influence on strip rolling process by improving plate shape and residual stress distribution of the strip in the same time． In this paper，the flattening process was researched by finite element method software Abaqus according to a five roll flattening machine． In order to describe behaviors and principles of the flattening process，a series of new definitions and de￾scriptions were put forward． Based on numbers of simulation of different kinds of shape defects and systemic analysis，relations be￾tween the effect of flattening and different degrees of plastic deformation were discussed． The results show that the best flatness param￾eter is decided by the shape of itself． KEY WORDS aluminum strip; flattening machine; cold rolling; strip shape 收稿日期: 2015--01--05 基金项目: 广东省肇庆国家高新区技术创新工程专项资助项目( 20110104005) 1 展平机的工作原理 展平辊组是一个在张力拉伸作用下的辊式矫直机 组，设置在开卷机偏导辊与轧机入口侧之间． 带材通 过展平辊组时产生反复的拉伸弯曲变形［1］，其基本原 理是弹塑性拉伸弯曲矫直理论． 带材在张应力和弯曲 应力的叠加作用下，其中性层发生偏移，使得带材的中 心层产生塑性伸长． 因此，展平过程可以改善带材板 形，减小或消除横向厚差． 拉伸弯曲过程合理工艺的制定主要取决于两方 面: 其一是拉伸应力与弯曲应力对带材延伸的贡献问 题; 其二是拉弯过程拉伸应力与弯曲应力之间的相互 关系问题［2］． 展平机对带材的展平中，带材会发生弹 塑性变形而消耗能量，此外摩擦作用也会使张力产生 损耗，导致张力变化． 展平机的入口张力小于 出 口 张力．

·104 工程科学学报，第37卷，增刊1 实践与理论已经证明：只有展平辊与正负弯辊正 确配合工作，才能既消除（或减少）带材的横向厚差， 又能保证带材的平直度要求国.通常情况下，热轧铝 材的离线平直度在80I单位左右.实际经验表明，施 加0.3%~0.6%的伸长率就可以使大多数铝材达到 a (b) 展平的目的，一般不超过0.8%.过大的伸长率会加大 图2带材典型浪形.(a)带材边浪：(b)带材中浪 不必要的载荷，增加机组能耗田；过大的拉伸变形也会 Fig.2 Typical shape model of the strip:(a)strip edge wave:(b) strip middle wave 使带材产生板形缺陷. 2建模仿真 中第6个积分点（中间层）的塑性应变作为带材的延 伸率。取带材边缘部分单元的计算结果表征带材上下 2.1模型建立的基本假设 表面塑性应变差. 建模时作如下基本假设：(1)带材的厚度相对于 表1材料参数 长、宽很小，采用壳单元：(2)忽略展平辊的接触变形， Table 1 Material parameter 假定其为刚性体；(3)忽略Bauschinger效应，认为带 弹性模量，展平机入口张应力，材料屈服极限， 泊松比 材的材料各向同性；(4)忽略带材的惯性力和各种振 E/MPa g,/MPa o,/MPa 动.带材的展平过程是典型的非线性问题，而且带材 69 15 100 0.33 在向前的运动中产生变形，采用大位移的分析方法. 2.2几何模型 2.4边界条件 2.2.1基本模型的建立 对两个上展平辊施加竖直向下的位移载荷，对最 展平机的几何尺寸及设备的装配位置按照某铝厂 后一个调色辊施加竖直向上的位移载荷，实现展平辊 现场设备尺寸进行建模，展平辊组各辊的直径均为 组的压下过程.在展平机入口侧带材横截面上施加张 240mm,各辊间水平距为225mm,选择1260mm×2mm 应力，出口侧带材横截面上施加位移载荷，实现带材通 规格的带材，如下图1所示. 过展平辊组的过程. 3计算结果分析 在现场冷轧生产中，热轧来料不可避免的会或多 或少地带有各种各样的板形缺陷，如瓢曲、翘曲、厚差 等.经过展平作用，带材产生塑性延伸，其板形缺陷会 得到一定的改善.但由于展平过程中带材沿宽度、厚 度方向的延伸并不均匀，展平后会产生翘曲缺陷，所以 对带材的瓢曲及翘曲情况进行研究.以带材经过展平 图1展平过程有限元建模 Fig.1 Model of the flatness process 后，瓢曲区域的残余浪高作为评价浪形改善情况的标 准：用带材横截面上厚度方向最高点和最低点之差 2.2.2有板型缺陷带材的模型建立 (翘高)评价翘曲的情况.正值的翘高表示带材边部相 对边浪、中浪以及厚差缺陷三种板形缺陷带材的 对于中心向上翘起，负值的翘高表示带材边部相对于 展平过程进行仿真计算.对于带材瓢曲浪形的建立， 中心向下翘起. 采用多截面放样的方法，如图2所示，即边浪、中浪缺 3.1边浪缺陷带材的展平 陷的模型.模型中设带材的浪高为6mm,波长为200 如图3(a)所示，由于带材的边部浪形存在于板宽 mm,计算带材的相对长度差约为220L.此外，浪形区 400~630mm区域，带材板宽0~400mm区域的延伸 域宽度为200mm.对于带材的横向厚差缺陷，设置带 率较大，400mm之后减小.且在展平辊压下量为50 材模型的截面属性为从中心至边部线性减薄.当带材 mm时，带材的延伸率达到理论展平所需的延伸率 的宽度为1200mm时，其厚度最大处与厚度最小处的 (0.22%)附近，称为理论展平延伸率.如图3(b)所 相对厚度差为120L 示，带材经过展平过程后，其上下表面延伸率并不一 2.3材料模型与单元选择 致.由于边部浪形的影响，在压下量为30~50mm时， 铝带材料取现场生产较多的3系铝合金（主要为 带材上表面延伸率小于下表面：在压下量达到50mm 罐体料)，仿真模型的参数如表1所示.带材选用壳单 左右，其上下表面延伸率趋于相同，之后随着压下量继 元进行建模，厚度方向上划分为11个积分点，提取其 续增加，上表面的延伸率逐渐超过下表面，其差值不断

工程科学学报，第 37 卷，增刊 1 实践与理论已经证明: 只有展平辊与正负弯辊正 确配合工作，才能既消除( 或减少) 带材的横向厚差， 又能保证带材的平直度要求［3］． 通常情况下，热轧铝 材的离线平直度在 80 I 单位左右． 实际经验表明，施 加 0. 3% ～ 0. 6% 的伸长率就可以使大多数铝材达到 展平的目的，一般不超过 0. 8% ． 过大的伸长率会加大 不必要的载荷，增加机组能耗［4］; 过大的拉伸变形也会 使带材产生板形缺陷． 2 建模仿真 2. 1 模型建立的基本假设 建模时作如下基本假设: ( 1) 带材的厚度相对于 长、宽很小，采用壳单元; ( 2) 忽略展平辊的接触变形， 假定其为刚性体; ( 3) 忽略 Bauschinger 效应，认为带 材的材料各向同性; ( 4) 忽略带材的惯性力和各种振 动． 带材的展平过程是典型的非线性问题，而且带材 在向前的运动中产生变形，采用大位移的分析方法． 2. 2 几何模型 2. 2. 1 基本模型的建立 展平机的几何尺寸及设备的装配位置按照某铝厂 现场设备尺寸进行建模，展平辊组各辊的直径均为 240 mm，各辊间水平距为 225 mm，选择 1260 mm × 2 mm 规格的带材，如下图 1 所示． 图 1 展平过程有限元建模 Fig． 1 Model of the flatness process 2. 2. 2 有板型缺陷带材的模型建立 对边浪、中浪以及厚差缺陷三种板形缺陷带材的 展平过程进行仿真计算． 对于带材瓢曲浪形的建立， 采用多截面放样的方法，如图 2 所示，即边浪、中浪缺 陷的模型． 模型中设带材的浪高为 6 mm，波长为 200 mm，计算带材的相对长度差约为 220 I． 此外，浪形区 域宽度为 200 mm． 对于带材的横向厚差缺陷，设置带 材模型的截面属性为从中心至边部线性减薄． 当带材 的宽度为 1200 mm 时，其厚度最大处与厚度最小处的 相对厚度差为 120 I． 2. 3 材料模型与单元选择 铝带材料取现场生产较多的 3 系铝合金( 主要为 罐体料) ，仿真模型的参数如表 1 所示． 带材选用壳单 元进行建模，厚度方向上划分为 11 个积分点，提取其 图 2 带材典型浪形． ( a) 带材边浪; ( b) 带材中浪 Fig． 2 Typical shape model of the strip: ( a) strip edge wave; ( b) strip middle wave 中第 6 个积分点( 中间层) 的塑性应变作为带材的延 伸率． 取带材边缘部分单元的计算结果表征带材上下 表面塑性应变差． 表 1 材料参数 Table 1 Material parameter 弹性模量， E /MPa 展平机入口张应力， σt /MPa 材料屈服极限， σs /MPa 泊松比 μ 69 15 100 0. 33 2. 4 边界条件 对两个上展平辊施加竖直向下的位移载荷，对最 后一个调色辊施加竖直向上的位移载荷，实现展平辊 组的压下过程． 在展平机入口侧带材横截面上施加张 应力，出口侧带材横截面上施加位移载荷，实现带材通 过展平辊组的过程． 3 计算结果分析 在现场冷轧生产中，热轧来料不可避免的会或多 或少地带有各种各样的板形缺陷，如瓢曲、翘曲、厚差 等． 经过展平作用，带材产生塑性延伸，其板形缺陷会 得到一定的改善． 但由于展平过程中带材沿宽度、厚 度方向的延伸并不均匀，展平后会产生翘曲缺陷，所以 对带材的瓢曲及翘曲情况进行研究． 以带材经过展平 后，瓢曲区域的残余浪高作为评价浪形改善情况的标 准; 用带材横截面上厚度方向最高点和最低点之差 ( 翘高) 评价翘曲的情况． 正值的翘高表示带材边部相 对于中心向上翘起，负值的翘高表示带材边部相对于 中心向下翘起． 3. 1 边浪缺陷带材的展平 如图 3( a) 所示，由于带材的边部浪形存在于板宽 400 ～ 630 mm 区域，带材板宽 0 ～ 400 mm 区域的延伸 率较大，400 mm 之后减小． 且在展平辊压下量为 50 mm 时，带材的延伸率达到理论展平所需的延伸 率 ( 0. 22% ) 附近，称为理论展平延伸率． 如图 3 ( b) 所 示，带材经过展平过程后，其上下表面延伸率并不一 致． 由于边部浪形的影响，在压下量为 30 ～ 50 mm 时， 带材上表面延伸率小于下表面; 在压下量达到 50 mm 左右，其上下表面延伸率趋于相同，之后随着压下量继 续增加，上表面的延伸率逐渐超过下表面，其差值不断 ·104·

梁萌等：2450冷轧铝合金板形缺陷的展平分析与工艺优化 ·105· 增大.如图3（©）所示，带材在展平后上下表面的横向 80mm时略有减小.从图3(b)3(c)可知，对于展平过 塑性应变同样不一致.在压下量为45~70mm范围 程中产生的翘曲，受到带材上下表面延伸率差和上下 内，横向塑性应变差随压下量的增大而增大，在压下量 表面横向塑性应变差的综合影响， 0.005- 4444 0.004 压下量 40mm -45mm 银0.003 50mm 55 mm 0.002 +60mm 0.001 +70mm +80mm 0100200300400500600700 板宽.(B2)/mm 0.003 0.0004& (c) 0 0.002 -0.0004 0.001 0.0008 -0.0012 -0.001 -0.0016 -0.002 304050607080 304050607080 压下量mm 压下量/mm 图3压下量对边浪缺陷带材塑性应变的影响.(a)延伸率：(b)上下表面延伸率差：(c)上下表面横向塑性应变差 Fig.3 Effect of roller displacement on the plastic deformation of edge wave strip:(a)extensibility:(b)extensibility difference on surface:(c) plastic deformation difference on surface 不同压下量对边浪缺陷带材展平效果的影响如图 小，达到较理想的展平效果.如图4(b)所示，展平过 4所示.由图4(a)可见，随着压下量的增大，残余浪高 程对浪形的展平不够时，带材边部相对中心向上翘起； 不断减小，在达到理论展平延伸率之后，浪高的变化很 随着压下量的增加，翘起的方向改变，并且翘高不断增大 10 5 -5 304050607080 -10 30 4050607080 压下量/mm 压下最/mm 图4压下量对边浪缺陷带材展平效果的影响.(a)浪高：(b)翘高 Fig.4 Effect of roller displacement on the flatness performance of edge wave strip:(a)height of wave:(b)height of wrap change 3.2中浪缺陷带材的展平 变差随压下量的增大而增大：在压下量超过50mm后， 如图5(a)所示，由于带材的中部浪形存在于板宽 横向塑性应变差随压下量的增大而不断减小.由图5 0~200mm区域，带材板宽200~600mm区域的延伸 (b)、5(c)可知，带材的翘高是其上下表面延伸率差以 率较大，0~100mm区域较小.在压下量为50mm时， 及上下表面横向塑性应变差共同影响的结果.两者规 带材的延伸率达到理论展平延伸率.如图5()所示， 律不一致时，差值更大的因素影响更大 带材经过展平过程后，其上下表面的延伸率并不一致. 从图6(a)中可以看出，与边浪缺陷时的情况类 带材上表面的延伸率要大于下表面，且随着压下量的 似，带材残余浪高随压下量增大而减小.带材的延伸 增加，其差值不断增大.图5(c)中，带材在展平后上 率达到理论展平延伸率(0.22%)后，其残余浪高变化 下表面横向塑性应变不同，且与延伸率差的变化规律 很小，达到较理想的展平效果.由图6(b)可以看出， 也不同.在压下量为30~50mm范围内，横向塑性应 压下量小于50mm时，带材边部相对中心向上翘起：压

梁 萌等: 2450 冷轧铝合金板形缺陷的展平分析与工艺优化 增大． 如图 3( c) 所示，带材在展平后上下表面的横向 塑性应变同样不一致． 在压下量为 45 ～ 70 mm 范围 内，横向塑性应变差随压下量的增大而增大，在压下量 80 mm 时略有减小． 从图3( b) 、3( c) 可知，对于展平过 程中产生的翘曲，受到带材上下表面延伸率差和上下 表面横向塑性应变差的综合影响． 图 3 压下量对边浪缺陷带材塑性应变的影响 . ( a) 延伸率; ( b) 上下表面延伸率差; ( c) 上下表面横向塑性应变差 Fig． 3 Effect of roller displacement on the plastic deformation of edge wave strip: ( a) extensibility; ( b) extensibility difference on surface; ( c) plastic deformation difference on surface 不同压下量对边浪缺陷带材展平效果的影响如图 4 所示． 由图 4( a) 可见，随着压下量的增大，残余浪高 不断减小，在达到理论展平延伸率之后，浪高的变化很 小，达到较理想的展平效果． 如图 4( b) 所示，展平过 程对浪形的展平不够时，带材边部相对中心向上翘起; 随着压下量的增加，翘起的方向改变，并且翘高不断增大． 图 4 压下量对边浪缺陷带材展平效果的影响． ( a) 浪高; ( b) 翘高 Fig． 4 Effect of roller displacement on the flatness performance of edge wave strip: ( a) height of wave; ( b) height of wrap change 3. 2 中浪缺陷带材的展平 如图 5( a) 所示，由于带材的中部浪形存在于板宽 0 ～ 200 mm 区域，带材板宽 200 ～ 600 mm 区域的延伸 率较大，0 ～ 100 mm 区域较小． 在压下量为 50 mm 时， 带材的延伸率达到理论展平延伸率． 如图 5( b) 所示， 带材经过展平过程后，其上下表面的延伸率并不一致． 带材上表面的延伸率要大于下表面，且随着压下量的 增加，其差值不断增大． 图 5( c) 中，带材在展平后上 下表面横向塑性应变不同，且与延伸率差的变化规律 也不同． 在压下量为 30 ～ 50 mm 范围内，横向塑性应 变差随压下量的增大而增大; 在压下量超过 50 mm 后， 横向塑性应变差随压下量的增大而不断减小． 由图 5 ( b) 、5( c) 可知，带材的翘高是其上下表面延伸率差以 及上下表面横向塑性应变差共同影响的结果． 两者规 律不一致时，差值更大的因素影响更大． 从图 6( a) 中可以看出，与边浪缺陷时的情况类 似，带材残余浪高随压下量增大而减小． 带材的延伸 率达到理论展平延伸率( 0. 22% ) 后，其残余浪高变化 很小，达到较理想的展平效果． 由图 6( b) 可以看出， 压下量小于 50 mm 时，带材边部相对中心向上翘起; 压 ·105·

·106· 工程科学学报，第37卷，增刊1 0.006 (a 0.005 压下量 0.004 -35mm *40mm 0.003 -45mm 0.002 50 mm →-60mm 0.001 +70mm -+-80mm 0100200300400500600700 板宽.(B/2Wmm 0.005 -0.0002 (b) ￥0.04 -0.0004 0.0006 0.003 -0.0008 0.002 0.0010 0.001 y -0.0012 304050607080 304050607080 压下量mm 压下量/mm 图5压下量对中浪缺陷带材塑性应变的影响.(a)延伸率：(b)上下表面延伸率差：（©）上下表面横向塑性应变差 Fig.5 Effect of roller displacement on the plastic deformation of middle wave strip:(a)extensibility:(b)extensibility difference on surface:(c) plastic deformation difference on surface 1.6@ 6 1.4 1.2 2 1.0 0.8 0 0.6 2 0.4 -4 02 0.0 -6 304050607080 30 40506070 80 板宽.(B2)mm 压下量/mm 图6压下量对中浪缺陷带材展平效果的影响。(a)浪高：(b)翘高 Fig.6 Effect of roller displacement on the flatness performance of middle wave strip:(a)height of wave;(b)height of wrap change 下量继续增加，翘曲的方向改变，并且翘高不断增大 的不均匀度达到最小值.当压下量减小或增大时，带 3.3横向厚差缺陷带材的展平 材的厚差情况均会增大.如图8(b)所示，带材的翘高 在给定工况下，如图7(a)所示，虽然带材厚差在 随压下量的变化情况同样与中浪缺陷时相似，压下量 建模中设定为中间向两侧逐渐减薄，但其减薄率的横 小于48mm时，带材边部相对中心向上翘起：压下量继 向分布仍为中间向两侧逐渐增大，在边缘区域减小. 续增加，翘曲的方向改变，并且翘高不断增大.同时可 在压下量为45mm左右时其减薄率达到0.12%左右， 知，带材上下表面延伸率差以及上下表面横向塑性应 即根据厚差缺陷的相对长度差可得到的理论减薄率 变差这两种因素会共同影响展平结果，在两者规律不 如图7(b)与7(c)所示，带材经过展平过程后，其上下 一致的情况下，差值更大的因素对带材翘高的影响 表面的延伸率以及横向塑性应变均不一致.且与中浪 更大 缺陷带材相似，上表面的延伸率大于下表面的延伸率， 且随压下量增大其差值增大；在压下量小于58mm时， 4结论 上下表面横向塑性应变差随压下量的增大而减小，压 (1)建立了关于铝板带展平过程的Abaqus有限 下量大于58mm时，上下表面横向塑性应变差随压下 元仿真模型，并针对带材的各种板形缺陷作了大量的 量的增大而增大 工况计算 如图8(a)所示，带材在压下量达到45mm,即其原 (2)对于不同板形缺陷的带材，经过展平后的延 始板形缺陷的相对厚度差为0.12%左右时，厚度分布 伸率横向分布与其板形有关.带材有浪形的部分在其

工程科学学报，第 37 卷，增刊 1 图 5 压下量对中浪缺陷带材塑性应变的影响． ( a) 延伸率; ( b) 上下表面延伸率差; ( c) 上下表面横向塑性应变差 Fig． 5 Effect of roller displacement on the plastic deformation of middle wave strip: ( a) extensibility; ( b) extensibility difference on surface; ( c) plastic deformation difference on surface 图 6 压下量对中浪缺陷带材展平效果的影响 . ( a) 浪高; ( b) 翘高 Fig． 6 Effect of roller displacement on the flatness performance of middle wave strip: ( a) height of wave; ( b) height of wrap change 下量继续增加，翘曲的方向改变，并且翘高不断增大． 3. 3 横向厚差缺陷带材的展平 在给定工况下，如图 7( a) 所示，虽然带材厚差在 建模中设定为中间向两侧逐渐减薄，但其减薄率的横 向分布仍为中间向两侧逐渐增大，在边缘区域减小． 在压下量为 45 mm 左右时其减薄率达到 0. 12% 左右， 即根据厚差缺陷的相对长度差可得到的理论减薄率． 如图 7( b) 与 7( c) 所示，带材经过展平过程后，其上下 表面的延伸率以及横向塑性应变均不一致． 且与中浪 缺陷带材相似，上表面的延伸率大于下表面的延伸率， 且随压下量增大其差值增大; 在压下量小于 58 mm 时， 上下表面横向塑性应变差随压下量的增大而减小，压 下量大于 58 mm 时，上下表面横向塑性应变差随压下 量的增大而增大． 如图 8( a) 所示，带材在压下量达到 45 mm，即其原 始板形缺陷的相对厚度差为 0. 12% 左右时，厚度分布 的不均匀度达到最小值． 当压下量减小或增大时，带 材的厚差情况均会增大． 如图 8( b) 所示，带材的翘高 随压下量的变化情况同样与中浪缺陷时相似，压下量 小于 48 mm 时，带材边部相对中心向上翘起; 压下量继 续增加，翘曲的方向改变，并且翘高不断增大． 同时可 知，带材上下表面延伸率差以及上下表面横向塑性应 变差这两种因素会共同影响展平结果，在两者规律不 一致的情况下，差值更大的因素对带材翘高的影响 更大． 4 结论 ( 1) 建立了关于铝板带展平过程的 Abaqus 有限 元仿真模型，并针对带材的各种板形缺陷作了大量的 工况计算． ( 2) 对于不同板形缺陷的带材，经过展平后的延 伸率横向分布与其板形有关． 带材有浪形的部分在其 ·106·

梁萌等：2450冷轧铝合金板形缺陷的展平分析与工艺优化 ·107 (a 0.0040 压下量 0.D032 ◆ 40mm 45 mm 0.0024 50 mm 55 mm 0.001 60mm +-70m 0.0008+ 80 mm 06100200300400500600 板宽.(B2/mm 0.005 -0.00100 0.004 0.00125 0.003 -0.00150 -000175 0.002 -0.00200 0.001 -0025 40 506070 80 40 506070 80 压下量mm 压下量/m 图7不同压下量对厚差缺陷带材塑性应变的影响.()压缩率；(b)上下表面延仲率差：()上下表面横向塑性应变差 Fig.7 Effect of roller displacement on the plastie deformation of thiekness different strip:(a)compression rate;(b)extensibility difference on sur- face;(e)plastie deformation difference on surface 0.000326 0.00030 0.00028 0 0.0026 2 0.00022 -6 0.00020 40 50 60 70 80 40 50 60 70 80 压下量/mm 压下量/mm 图8不同压下量对厚差缺陷带材展平效果的影响.(a)浪高：(b)翘高 Fig.8 Effect of roller displacement on the flatness performance of thickness different strip:(a)height of wave:(b)height of wrap change 平直部分的延伸率达到它们相对长度差后产生塑性延 (于超.铝带材冷轧机机前展平辊重叠量的探讨.有色金属加 伸：厚差缺陷带材的压缩率分布同样与其厚度方向上 工，2007(2)：48) 相对长度差相关.并且，对板形缺陷的展平效果，在带 2]Liu Q S.To determine the working principle and parameter of flat- tening roller in aluminum strip cold rolling mill roll flattening. 材的相应的塑性变形达到其板形缺陷的相对长度差时 Light Alloy Fab Technol,1983 (4):50) 为最好 (刘启森.铝带材冷轧机展平辊的工作原理及参数确定·轻合 (3)由于带材经过展平后，其厚度方向上的塑性 金加工技术，1983(4)：50) 应变分布不均匀，导致带材产生翘曲缺陷.翘高主要 B] Li TQ,Chen X L,Wang JG.Mechanical analysis of tension loss 受带材上下表面延伸差以及上下表面横向塑性应变差 in bending and straightening process.Heaty Machinery,1999:43 综合影响，且在相应工况中值较大的因素产生的影响 (李同庆，陈先霖，王建国.拉弯矫直过程张力损失的力学分 析.重型机械，1999：43) 更明显 4]Gao Z W,Guo J L.Parameters selection of mechanical properties 参考文献 and process control in tension levelling line used for aluminium strip.Light Alloy Fab Technol,2004(32):25 Yu C.Study on overlap of flattening roll of aluminum strip cold (高作文，郭京林.铝带材拉弯矫直机力能参数选择及工艺控 rolling mill.Nonferrous Met Process,2007 (2):48 制.轻合金加工技术，2004(32)：25)

梁 萌等: 2450 冷轧铝合金板形缺陷的展平分析与工艺优化 图 7 不同压下量对厚差缺陷带材塑性应变的影响． ( a) 压缩率; ( b) 上下表面延伸率差; ( c) 上下表面横向塑性应变差 Fig． 7 Effect of roller displacement on the plastic deformation of thickness different strip: ( a) compression rate; ( b) extensibility difference on sur￾face; ( c) plastic deformation difference on surface 图 8 不同压下量对厚差缺陷带材展平效果的影响． ( a) 浪高; ( b) 翘高 Fig． 8 Effect of roller displacement on the flatness performance of thickness different strip: ( a) height of wave; ( b) height of wrap change 平直部分的延伸率达到它们相对长度差后产生塑性延 伸; 厚差缺陷带材的压缩率分布同样与其厚度方向上 相对长度差相关． 并且，对板形缺陷的展平效果，在带 材的相应的塑性变形达到其板形缺陷的相对长度差时 为最好． ( 3) 由于带材经过展平后，其厚度方向上的塑性 应变分布不均匀，导致带材产生翘曲缺陷． 翘高主要 受带材上下表面延伸差以及上下表面横向塑性应变差 综合影响，且在相应工况中值较大的因素产生的影响 更明显． 参 考 文 献 ［1］ Yu C． Study on overlap of flattening roll of aluminum strip cold rolling mill． Nonferrous Met Process，2007( 2) : 48 ( 于超． 铝带材冷轧机机前展平辊重叠量的探讨． 有色金属加 工，2007( 2) : 48) ［2］ Liu Q S． To determine the working principle and parameter of flat￾tening roller in aluminum strip cold rolling mill roll flattening． Light Alloy Fab Technol，1983( 4) : 50) ( 刘启森． 铝带材冷轧机展平辊的工作原理及参数确定． 轻合 金加工技术，1983( 4) : 50) ［3］ Li T Q，Chen X L，Wang J G． Mechanical analysis of tension loss in bending and straightening process． Heavy Machinery，1999: 43 ( 李同庆，陈先霖，王建国． 拉弯矫直过程张力损失的力学分 析． 重型机械，1999: 43) ［4］ Gao Z W，Guo J L． Parameters selection of mechanical properties and process control in tension levelling line used for aluminium strip． Light Alloy Fab Technol，2004( 32) : 25 ( 高作文，郭京林． 铝带材拉弯矫直机力能参数选择及工艺控 制． 轻合金加工技术，2004( 32) : 25) ·107·