第5期 杨光辉等：宽带钢冷轧机辊系纵向刚度特性对比 ·577· 表1国内部分典型冷连轧机组 Table 1 Some typical tandem cold rolling mills in China h=+-Pm++0,+6 k.kw 冷连 轧机 式中：S。为空载辊缝：F为轧制力；Fw为预压靠力；k 冷轧厂 轧机组 规格/mm 为轧制力纵向刚度；Fw为弯辊力：kw为弯辊力纵向 五机架四辊 2030 刚度：O为轧制条件下液压轴承油膜厚度；G,为由 一~三机架四辊CVC+四和五机架六辊CVC 1420 于轧辊膨胀及磨损引起的轧机中心线处空载辊缝的 宝钢 五机架六辊UCMW 1550 漂移，即辊缝零位. 五机架六辊UCM 1800 可以看出，轧制力纵向刚度和弯辊力纵向刚度 直接关系到冷连轧机带钢出口厚度精度的大小.轧 五机架四辊 1700 机的弹性变形包括辊系的变形、机架以及其他部分 武钢 五机架六辊CVC 2230 的变形，其中60%以上的变形是由辊系贡献的回 五机架六辊UCM 1780 为了研究冷轧机辊系纵向刚度特性，根据冷轧 五机架六辊UCM 1500 鞍钢 机的生产工艺，采用大型通用有限元软件ANSYS9.0 一和五机架六辑(CM)+二~四机架四辊(HCW)2130 建立了辊系有限元仿真模型，选取实际生产中的典 板带轧制过程中，轧辊对带钢施加压力使之发 型工况进行仿真计算.如果忽略带钢的弹性恢复， 生塑性变形，从而使带钢厚度变薄，这是轧制过程中 辊系受力变形后的承载辊缝形状即为带钢断面横向 的主要目的之一.与此同时，带钢也给轧辊一个大 厚度分布形状，本文以承载辊缝形状来确定带钢横 小相等、方向相反的反作用力，使轧机发生弹性变 向厚度分布.为了提高计算速度，根据四辊、六辊轧 形，这些弹性变形的累积结果反映到轧辊辊缝，使辊 机辊系结构的反对称性和轴对称性，只需对辊系的 1/4建立模型，如图1所示，建模参数如表2所 缝增大：当辊系加上所施加的弯辊力后，不仅带钢出 口断面形状发生改变，并且将影响出口厚度，因此带 示@.模型中轧辊的物理参数如下：弹性模量为 钢出口厚度可以表示为 210GPa,泊松比为0.3，密度为7850kgm-3. W N 图1辊系变形有限元模型。(a)四辊轧机：(b)六辊轧机 Fig.1 FEM models of roll systems:(a)4-high mill:(b)6-high mill 表2辊系有限元模型的建模参数 Table 2 Modeling parameters for the finite element models of roll systems 数值 参数项 四辊轧机 六辊轧机 工作辊辊身尺寸，Dw×Lw 600mm×1900mm 500mm×1700mm 中间辊辊身尺寸，D1×L 580mm×1900mm 支持辊辊身尺寸，Dg×Lg 1450mm×1700mm 1370mm×1700mm 单位宽度轧制力，P/(kN.mm-1) 6.86-9.80 6.86-9.80 工作辊弯辊力，FgkN -500~500 -180~360 中间辊弯辊力，FwkN 0500第 5 期 杨光辉等: 宽带钢冷轧机辊系纵向刚度特性对比 表 1 国内部分典型冷连轧机组 Table 1 Some typical tandem cold rolling mills in China 冷轧厂 冷连 轧机组 轧机 规格/mm 五机架四辊 2030 宝钢 一 ～三机架四辊 CVC +四和五机架六辊 CVC 1420 五机架六辊 UCMW 1550 五机架六辊 UCM 1800 五机架四辊 1700 武钢 五机架六辊 CVC 2230 五机架六辊 UCM 1780 鞍钢 五机架六辊 UCM 1500 一和五机架六辊( UCM) +二 ～四机架四辊( HCW) 2130 板带轧制过程中，轧辊对带钢施加压力使之发 生塑性变形，从而使带钢厚度变薄，这是轧制过程中 的主要目的之一． 与此同时，带钢也给轧辊一个大 小相等、方向相反的反作用力，使轧机发生弹性变 形，这些弹性变形的累积结果反映到轧辊辊缝，使辊 缝增大; 当辊系加上所施加的弯辊力后，不仅带钢出 口断面形状发生改变，并且将影响出口厚度，因此带 钢出口厚度可以表示为［4--8］ h = S0 + FP － FP0 kz + FW kW + OF + GM ． 式中: S0为空载辊缝; FP为轧制力; FP0为预压靠力; kz 为轧制力纵向刚度; FW为弯辊力; kW为弯辊力纵向 刚度; OF为轧制条件下液压轴承油膜厚度; GM为由 于轧辊膨胀及磨损引起的轧机中心线处空载辊缝的 漂移，即辊缝零位． 可以看出，轧制力纵向刚度和弯辊力纵向刚度 直接关系到冷连轧机带钢出口厚度精度的大小． 轧 机的弹性变形包括辊系的变形、机架以及其他部分 的变形，其中 60% 以上的变形是由辊系贡献的［9］． 为了研究冷轧机辊系纵向刚度特性，根据冷轧 机的生产工艺，采用大型通用有限元软件ANSYS9. 0 建立了辊系有限元仿真模型，选取实际生产中的典 型工况进行仿真计算． 如果忽略带钢的弹性恢复， 辊系受力变形后的承载辊缝形状即为带钢断面横向 厚度分布形状，本文以承载辊缝形状来确定带钢横 向厚度分布． 为了提高计算速度，根据四辊、六辊轧 机辊系结构的反对称性和轴对称性，只需对辊系的 1 /4 建 立 模 型，如 图 1 所 示，建 模 参 数 如 表 2 所 示［10］． 模型中轧辊的物理参数如下: 弹性模量为 210 GPa，泊松比为 0. 3，密度为 7 850 kg·m － 3 ． 图 1 辊系变形有限元模型． ( a) 四辊轧机; ( b) 六辊轧机 Fig． 1 FEM models of roll systems: ( a) 4-high mill; ( b) 6-high mill 表 2 辊系有限元模型的建模参数 Table 2 Modeling parameters for the finite element models of roll systems 参数项 数值 四辊轧机 六辊轧机 工作辊辊身尺寸，DW × LW 600 mm × 1 900 mm 500 mm × 1 700 mm 中间辊辊身尺寸，DI × LI — 580 mm × 1 900 mm 支持辊辊身尺寸，DB × LB 1 450 mm × 1 700 mm 1 370 mm × 1 700 mm 单位宽度轧制力，P /( kN·mm － 1 ) 6. 86 ～ 9. 80 6. 86 ～ 9. 80 工作辊弯辊力，FW /kN － 500 ～ 500 － 180 ～ 360 中间辊弯辊力，FW /kN — 0 ～ 500 ·577·