輥凸度輥輪位置的確定

如前所述, 磨削不同凸度的軋輥, 必須首先確定輥輪在標尺上的位置后才能進行磨削。如《輥輪位置與偏轉關系圖》所示，S0是模板有效長度, h0 為凹度, 實際, S0 =2000mm , h0 = 18.59mm , 則有拋物線方程:

h0 = k (S0 / 2) 2, 即K= 4h0 / S02

當輥面長度l = S = 1600mm 時, 則

h = K (S / 2) 2= h0·(S / S0) 2 = 11 .9mm

同時, 由于β角很小, 故有Sinβ= h / b (b 為輥輪在標尺上的位置) , 加之磨床在設計時滿足ΔX =Sinβ, 所以在輥面邊部有Δt =Δx = Sinβ= h / b , 則:

Cr = 2·Δt = 2h / b , 即:b = 2h / Cr

如要磨削凸度為0 .09mm 的軋輥, 可計算得b= 265mm , 即將輥輪應調(diào)節(jié)并固定在標尺的265mm處; 當要磨削凸度為0 .12mm 的軋輥時, b =198mm , 此時應將輥輪調(diào)整并固定在標尺的198mm處后才能開始磨削。

不過這樣的計算對操作人員來說是很麻煩的,也容易計算錯誤, 所以在磨床設計出廠或使用單位技術部門已將常用凸度下輥輪在標尺上的位置計算出來, 使用時對照表檢查閱即可。但要說明的是,不同磨床K值是不同的(同一磨床因某種原因更換了與原模板不一樣的模板, 其K值已隨之發(fā)生了變化) , 而不同的輥面長度其h 值亦不同, 因此在同一磨床上磨削不同輥面長度且?guī)в型苟鹊能堓仌r, 應先確定h 值的大小, 然后根據(jù)所要求的凸度, 確定輥輪在標尺上的位置 。

WS400 型軋輥磨床是德國HERKULES 公司產(chǎn)品, 它是以拋物線靠模板成型機構為基礎, 經(jīng)過一系列機械運動并變換一定的比例, 使砂輪徑向進給沿輥面發(fā)生變化來磨出所需凸度值的。

如《凸度成型機構示意圖》所示, 模板1 固定在床身上并隨床身一起作縱向(Z 向) 移動, 標尺2 與連續(xù)桿4相對固定并能繞O 點轉動。在進行有凸度的軋輥磨削時, 輥輪3 靠放在模板上, 隨著床身的移動,輥輪就在模板上滾過與磨削輥面相同的長度。由于模板在長度方向上呈現(xiàn)拋物線型, 從而使標尺繞O點在垂直方向偏轉一個微小的角度β, 因標尺的偏轉, 連接桿4 也偏轉一個相同的角度并帶動偏心輪5 轉動, 又通過桿6 使偏心輪7 偏轉, 再經(jīng)過桿8使偏心輪9 偏轉, 而偏心輪9 的偏轉就會通過桿10帶動上部砂輪座有一個橫向(X向) 位移而實現(xiàn)砂輪徑向進給一個ΔX 值。ΔX 值取決于標尺的偏轉角度β的大小, 而β值大小又取決于輥輪在模板上的位置及模板曲線的形狀。

S 為對應輥面長度, A 是模板的中心點, 輥輪在此處時標尺處于水平狀態(tài)。當輥輪滾到AC 或AC′上任一點B 或B′時, 標尺則轉動一個β角, 砂輪即徑向進給一個ΔX值, 當輥輪滾到C 或C′點時, 標尺轉動的角度為最大值, 這時ΔX等于Δt 。

對于不同凸度的軋輥, 只要調(diào)整輥輪在標尺上的位置即可, 因為輥輪越靠近標尺的左端(固定端) , 輥輪在標尺上滾過相同距離時, 標尺的偏轉角度就越大。相反, 輥輪越靠近標尺右端, 輥輪在標尺相同的位置上, 標尺的偏轉角越小。輥輪在標尺上的位置不同, 而在模板上滾過相同的距離M時, 標尺所偏轉的角度不同的原理。

軋輥凸度值的大小是以輥面中心處的直徑與輥面邊部直徑的差值來表示的, 即Cr=D - D0 或Cr = 2·Δt , 式中Cr 為軋輥凸度, D 為軋輥中心處直徑, D0 為輥面邊部直徑。

輥凸度是一種短支撐輥、帶弧度斜楔調(diào)整矯直機下工作輥凸度機構，其主要有短支撐輥裝置、帶弧度斜楔調(diào)整裝置和驅(qū)動裝置組成，帶弧度斜楔調(diào)整裝置由五組斜楔組成，每組斜楔上安裝十個支承輥，每兩個支承輥一組，帶弧度斜楔調(diào)整裝置安裝在短支撐輥裝置的下部，并通過絲杠螺母機構與驅(qū)動裝置相連，驅(qū)動裝置通過絲杠螺母結構推動帶弧度斜楔調(diào)整裝置的斜楔塊，斜楔調(diào)整方向與工作輥軸線方向相垂直，帶弧度斜楔調(diào)整裝置的斜楔塊的移動調(diào)整了短支撐輥裝置的支撐高度，短支撐輥裝置的支撐高度的改變調(diào)整了矯直機下工作輥的凸度。其不僅能矯直板材的縱向波浪，也能矯直其橫向波浪，且輥系穩(wěn)定，從而得到理想矯直效果。

軋輥是軋機上承受軋制力并把軋制材料均勻減薄的圓柱形的貴重消耗性工具。一付好的軋輥除了有足夠的強度, 較高的表面硬度, 合理的結構、尺寸外, 還要滿足軋制產(chǎn)品質(zhì)量和軋制過程順利進行的軋輥輥型及加工精度。

在鋁板帶箔軋制生產(chǎn)中, 為了補償軋制時由于軋制力引起的軋輥壓扁以及工作輥與支承輥之間的彈性壓扁使工作輥產(chǎn)生彎曲而獲得斷面平直的板帶箔材, 工作輥一般設計有一定的凸度, 亦稱原始輥型或機械凸度。該凸度通常以軋輥中心為頂點向兩端連續(xù)均勻地分布, 其分布規(guī)律根據(jù)使用條件, 設計需要的不同而各有差異, 可以是拋物線型, 正弦曲線型, 也可以是四次曲線或其它曲線型。

而凸度的實現(xiàn)是在專用的軋輥磨床上通過正確的磨削來實現(xiàn)的。目前, 能磨削凸度的磨床有兩種, 一種是仿形機構, 它磨出的輥型曲線為拋物線或近似拋物線, 另一種是裝有CNC數(shù)控系統(tǒng)的目前最先進的磨床, 它可在凸度和輥面長度不變的情況下, 通過選擇不同的角度或輸入不同的坐標值, 磨削出各種不同的輥型曲線。以WS400型軋輥磨床來說明前一種磨床的仿型機構的構造、工作原理及軋輥凸度的實現(xiàn)過程 。

1 　凸度不對稱

主要原因是計算輥輪位置或調(diào)整輥輪在標尺上的位置不正確或未按要求找出軋輥中心所致。防止措施:除了認真核對計算輥輪位置和準確調(diào)節(jié)輥輪在標尺上的位置外, 每次輥輪位置的變化均要調(diào)整模板置來找正軋輥中心后方可開始磨削。

2 　凸度超差

凸度偏差的原因除了床身精度超標外, 主要與成型機構的間隙消除機構調(diào)整不合適有關, 另外對用頂尖支承軋輥的磨床, 還可能是由于頂尖與中心孔接觸不良引起。

解決方法:對床身精度原因引起的要對床身進行必要的調(diào)整、校正, 以恢復其精度; 成型機構引起的, 必須對成型機構的間隙消除機構進行調(diào)整,同時由于標尺轉動的角度極小, 機械傳動機構非常精密, 對此必須潤滑良好, 調(diào)整時不得隨意拆卸;如果是因頂尖與中心孔接觸不良引起, 應重新修磨中心孔或改用托架支承軋輥。

軋輥凸度磨削正確與否, 直接關系到軋輥的磨削質(zhì)量和軋制產(chǎn)品的質(zhì)量, 而能否磨削出滿足要求凸度, 主要取決于以下幾個方面:

(1) 磨床精度及維護保養(yǎng)狀況。

(2) 磨削工藝參數(shù)(含砂輪) 的選擇是否合理。

(3) 操作人員的技術水平和工作責任心 。2100433B

中厚板的凸度對金屬收得率、企業(yè)經(jīng)濟效益和再加工工藝均有重要影響，其控制技術近年來發(fā)展迅速。軋板廠為了改善產(chǎn)品質(zhì)量的控制水平和減少鋼板凸度，將精軋機的支撐輥由傳統(tǒng)的圓柱形改為兩端的雙錐度形，即雙錐度支撐輥，應用以來，已取得較好的效果。研究擬在分析各因素對雙錐度支撐輥鋼板凸度影響規(guī)律的基礎上，提出進一步提高鋼板凸度控制水平的措施。

鋼板凸度雙錐度支撐輥改善鋼板凸度的機理

2800mm中厚板軋機的精軋機為四輥軋機，其支撐輥長期以來采用傳統(tǒng)的圓柱形，軋制過程的力學模型示于圖1。由圖1可知，由于支撐輥和工作輥在輥身長度上全部接觸，工作輥在板寬范圍以外作用著一個附加力矩，通常叫做有害力矩，從而使其撓度大于支撐輥的撓度。這樣，必然導致鋼板產(chǎn)生較大的凸度

如圖2所示，將支撐輥改為雙錐度形以后，對不同的鋼板寬度而言，在其范圍以外工作輥和支撐輥可部分、甚至全部脫離接觸。這樣，工作輥的有害力矩可在一定程度上減小，甚至全部消除，從而使鋼板產(chǎn)生的凸度相應地減少。

將工作輥為平輥、支撐輥分別為圓柱形和雙錐度形條件下實測的不同成品厚度的鋼板凸度示于圖3。可知，曲線2位于曲線1的下方，且其斜率小于曲線1的斜率。也就是說，在一定條件下，雙錐度支撐輥不僅可使各種厚度產(chǎn)品的凸度明顯減少，而且還可使其間的凸度差減少。

應強調(diào)指出，實測的各種工藝條件下的鋼板凸度均有類似圖3的特性，說明使用雙錐度支撐輥對于減小和穩(wěn)定鋼板凸度來說，具有明顯的效果。

鋼板凸度各種因素對雙錐度支撐輥鋼板凸度的影響

一般來講，若忽略軋件軋后的彈性回復和冷縮，鋼板的橫向厚度分布將與相應板寬范圍內(nèi)實際工作輥縫的幾何輪廓形狀近似一致。實際工作輥縫幾何輪廓形狀主要與軋輥的原始凸度和其產(chǎn)生的彈性變形(彎曲和壓扁)及熱凸度有關。在軋制過程中，由于軋輥原始凸度不斷地發(fā)生磨損，軋輥產(chǎn)生的彈性變形和熱凸度又與軋件的材質(zhì)、規(guī)格(厚度和寬度)、溫度、變形量和軋制速度等一系列因素有關，故影響實際工作輥縫幾何輪廓形狀即影響鋼板凸度的因素是非常多而復雜的。為了便于分析各種因素對鋼板凸度的影響規(guī)律，我們對大量的現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行取平均值和分類，以便采用單因素法對主要的因素進行分析。

鋼板凸度進一步提高鋼板凸度控制水平的幾點建議

（1）雙錐度支撐輥鋼板凸度規(guī)程效應特性分析

由于雙錐度支撐輥可以部分減小，甚至全部消除有害力矩的影響，使軋輥的橫向剛度增大，從而可有效地減小鋼板凸度，并使鋼板凸度的規(guī)程效應特性減弱，使鋼板凸度易于控制和穩(wěn)定。但是，鑒于上述，鋼板凸度仍然有明顯的規(guī)程效應現(xiàn)象。比較起來，在現(xiàn)行工藝制度條件下，鋼板的材質(zhì)和厚度對凸度的影響較小，工作輥的原始凸度和板寬對凸度的影響則比較大。

由于接觸段長度不易變更，進一步提高鋼板凸度控制水平只有通過改進工藝規(guī)程這一途徑。也就是說，只有利用上述凸度的規(guī)程效應特性反過來對凸度進行控制和改善。

（2）進一步提高鋼板凸度控制水平的建議

鑒于上述分析，為了進一步提高雙錐度支撐輥鋼板凸度的控制水平，建議采取的主要措施為：

①將工作輥的原始凸度定為0.05～0.15mm，在現(xiàn)行換輥制度下，在支撐輥的一個服役周期內(nèi)，初期工作輥的原始凸度取下限值，中后期隨著支撐輥磨損量的不斷增大，工作輥的原始凸度隨之增大，直至上限值。為了簡化，在支撐輥服役中期，工作輥的原始凸度取0.1mm，后期取0.15mm。這樣，既可將各種產(chǎn)品的凸度控制在0.1mm以下較小的水平上，又可避免較寬規(guī)格的產(chǎn)品產(chǎn)生負凸度的情況。同時，又可適當補償支撐輥磨損的影響，以保證鋼板凸度的控制水平比較穩(wěn)定。

②進一步合理安排、調(diào)整產(chǎn)品品種的軋制順序。合理安排產(chǎn)品品種的軋制順序，必須兼顧設備(主要是軋輥)安全、凸度和板形控制、以及產(chǎn)品表面質(zhì)量等問題，這是項非常重要而又非常復雜的工作。針對2800軋機生產(chǎn)的具體情況，在安排產(chǎn)品品種順序時，換輥之后，由于是冷輥，沒有熱凸度，應首先安排較厚、材質(zhì)較軟(變形抗力較小)和中等寬度的產(chǎn)品；待軋輥的熱凸度穩(wěn)定后，接著安排材質(zhì)較硬、寬而薄的產(chǎn)品；隨后，隨著軋輥凸度磨損量的不斷增大，再依次按寬度由寬到窄、厚度由薄到厚和材質(zhì)由硬到軟等來進行安排。這樣，既可較好地兼顧上述有關問題，又可使雙錐度支撐輥的優(yōu)點得以充分發(fā)揮。

第1章板形與板凸度的基本概念1

1.1板形及其度量1

1.1.1板形1

1.1.2板形的度量4

1.2板凸度8

1.3板形與板凸度的關系9

1.4邊部減薄10

參考文獻10

第2章板形和板凸度的影響因素分析11

2.1軋制力對板形和板凸度的影響11

2.2來料板凸度對板形和板凸度的影響12

2.3熱凸度對板形和板凸度的影響13

2.4初始軋輥凸度對板形和板凸度的影響14

2.5輥系直徑對板形和板凸度的影響15

2.5.1工作輥直徑對板形和板凸度的影響15

2.5.2支撐輥直徑對板形和板凸度的影響15

2.6軋輥接觸狀態(tài)與接觸長度對板形和板凸度的影響16

2.6.1軋輥接觸狀態(tài)對板形和板凸度的影響16

2.6.2軋輥接觸長度對板形和板凸度的影響16

2.7彎輥力對板形和板凸度的影響17

2.8軋輥磨損對板形和板凸度的影響17

2.9板寬對板形和板凸度的影響18

2.10張力對板形和板凸度的影響19

參考文獻19

第3章板形與板凸度控制的執(zhí)行機構20

3.1WRB20

3.1.1彎輥力的配置21

3.1.2工作輥正彎21

3.1.3工作輥負彎及其控制21

3.1.4合理彎輥力的設置22

3.2WRS24

3.2.1WRS軋機的設計原理24

3.2.2WRS軋機的結構特點24

3.2.3WRS軋機的邊部減薄控制25

3.2.4SFR與WRS28

3.3NBCM軋機29

3.3.1NBCM軋機的原理29

3.3.2NBCM軋機支撐輥輥型曲線的設計30

3.3.3NBCM軋機的配置32

3.4PC軋機34

3.4.1PC軋機的設計原理34

3.4.2PC軋機的結構特點35

3.4.3PC軋機的軸向力35

3.4.4PC軋機在熱連軋機上的配置36

3.5PCS軋機37

3.5.1PCS軋機的設計原理37

3.5.2PCS軋機的結構特點37

3.5.3PCS軋機在熱連軋機組的配置37

3.6CVC38

3.6.1CVC輥型設計原理38

3.6.2CVC軋機結構特點39

3.6.3四輥CVC軋機41

3.6.4六輥CVC軋機42

3.6.5CVC新輥型42

3.7HC軋機43

3.7.1HC軋機的結構43

3.7.2HC軋機的功能44

3.7.3HC軋機的優(yōu)點48

3.7.4HC軋機的分類及應用50

3.8UC軋機及其家族51

3.8.1UC軋機的結構52

3.8.2UC軋機的板形控制特性52

3.8.3UC軋機的分類及應用56

3.9軋輥分段冷卻57

3.9.1軋輥分段冷卻控制的原理與特點57

3.9.2系統(tǒng)組成與噴嘴結構58

3.9.3分段冷卻控制策略59

3.10板形和板凸度控制手段的評述66

參考文獻68

第4章軋輥彈性變形的數(shù)學模型和計算方法69

4.1與軋輥彈性變形有關的基礎理論69

4.1.1梁的彎曲及其撓度曲線微分方程69

4.1.2梁的剪切撓度71

4.1.3變形能和卡氏定理71

4.1.4彈性基礎梁理論73

4.1.5半無限體模型及其應用于軋輥彈性壓扁時的修正74

4.2軋輥彈性變形的解析方法76

4.2.1解析方法的初級階段——斯通和R.戈雷的工作76

4.2.2鹽崎模型79

4.2.3比較完善的解析方法——本城模型82

4.3影響函數(shù)法89

4.3.1離散化過程89

4.3.2影響函數(shù)91

4.3.3紹特的工作92

4.3.4艾德瓦爾茲等的工作98

4.3.5戶澤的工作及工作輥彈性壓扁影響函數(shù)103

4.4計算軋輥彈性變形的矩陣方法108

4.4.1輥間壓扁影響函數(shù)108

4.4.2矩陣方法的基本方程114

4.4.3計算方法115

4.5各類軋機輥系彈性變形的計算122

4.5.1橫移式四輥軋機輥系變形計算122

4.5.2PC軋機的輥系變形計算130

4.5.3CVC四輥軋機的輥系變形計算138

4.5.4六輥軋機的輥系變形計算140

參考文獻149

第5章軋輥熱變形的數(shù)學模型和計算方法151

5.1不考慮周向溫度變化的計算151

5.2考慮周向溫度變化的計算方法152

5.3工作輥橫移式軋機軋輥溫度的計算153

5.3.1工作輥模型單元劃分153

5.3.2傳熱學的基本定律154

5.3.3軋輥溫度場的計算155

5.3.4工作輥熱凸度的計算156

5.3.5橫移方式的選擇157

5.3.6橫移方式對軋輥溫度場和熱凸度的影響158

5.3.7不同橫移步長對工作輥熱凸度的影響159

5.4軋制過程中熱凸度的計算159

參考文獻162

第6章軋輥磨損163

6.1軋輥磨損的影響因素163

6.2軋輥磨損的數(shù)學模型163

6.3軋輥的在線研磨（ORG）165

參考文獻166

第7章金屬的三維流動167

7.1有限元法168

7.1.1黏塑性有限元法168

7.1.2剛塑性有限元法169

7.1.3彈塑性有限元法171

7.2條元法173

7.3軋輥變形與軋件變形的耦合分析175

參考文獻176

第8章板形與板厚的解耦控制177

8.1CVC軋機軋輥橫移對厚度的影響177

8.2彎輥力對厚度的影響178

8.3板形板厚綜合控制178

參考文獻180

第9章熱軋板形和板凸度的控制181

9.1熱連軋機板形和板凸度的控制手段181

9.2熱軋板形控制策略182

9.2.1熱連軋機上下游機架的分工182

9.2.2邊部減薄的控制183

9.2.3SFR與板形板凸度控制184

9.3板形和板凸度控制模型186

9.3.1考慮來料板形的熱軋板形良好條件186

9.3.2板形與板凸度之間的轉換關系189

9.3.3板凸度設定計算模型190

9.3.4熱連軋機機架間二次變形193

9.4熱軋板凸度的檢測與信號處理194

9.4.1輻射測厚原理194

9.4.2凸度儀的主要類型194

9.5熱軋平直度的檢測與信號處理196

9.5.1非接觸式感應傳感器板形檢測裝置196

9.5.2利用轉像方法的光學平直度檢測儀198

9.5.3利用光截面法的光學平直度檢測儀199

9.6熱軋板形與板凸度控制系統(tǒng)199

9.6.1板形設定計算200

9.6.2軋輥熱膨脹和磨損的計算201

9.6.3板形自學習計算201

9.6.4板凸度自動控制202

9.6.5平直度自動控制202

參考文獻203

第10章冷軋板凸度和板形的控制204

10.1冷軋板形的檢測與信號處理204

10.1.1板形檢測裝置205

10.1.2檢測信號的補償處理229

10.2冷軋板形控制策略231

10.2.1板形檢測信號的分解231

10.2.2板形執(zhí)行機構的分工238

10.3冷軋板形控制系統(tǒng)239

10.3.1板形控制系統(tǒng)構成240

10.3.2板形預設定控制241

10.3.3板形前饋控制247

10.3.4板形反饋控制251

參考文獻2742100433B

(1)建立了中厚板四輥軋機的工作輥和支撐輥磨損和熱膨脹模型，提出了工作輥彎輥力設定策略。定量地研究了工作輥和支撐輥輥型、鋼板寬度、軋制力、彎輥力等對鋼板凸度的影響，揭示了中厚板軋機的板形控制特性和板形變化規(guī)律。通過影響函數(shù)法，提出和建立了適合在線控制的承載輥縫凸度計算模型，并在現(xiàn)場實踐中得到了應用。

(2)通過對寶鋼5300mm寬厚板CVC-PLUS軋機工作輥輥型的剖析和數(shù)學推導而提出了CVC-PLUS軋機工作輥輥型設計原理；針對寶鋼引進的5300mm軋機，通過“試算法”提出了一種新的支撐輥輥型模型，并回歸了輥型系數(shù)。結果表明，運用本文的支撐輥輥型模型，在工作輥橫移狀態(tài)下，可以在一定程度上均勻輥間接觸壓力。依據(jù)CVC-PLUS軋機板形理論，利用提出的輥型，研究了軋制力、鋼板寬度和液壓彎輥力等對輥縫凸度的影響。結果表明：CVC-PLUS軋機可以大幅提高中厚板軋機的板形控制范圍。

(3)研究分析不同的中厚板軋機軋制規(guī)程設定。對普通四輥中厚板軋機采用負荷協(xié)調(diào)分配法制定軋制規(guī)程，以便在保證板形良好的同時，盡量發(fā)揮軋機的能力。而對中厚板CVC-PLUS軋機，提出了“帶有板形控制的滿負荷道次分配法”。通過CVC-PLUS輥型、液壓彎輥和工作輥橫移等強力板形控制手段，在充分發(fā)揮軋機最大能力的同時，又保證了最佳的板形控制質(zhì)量。研究結果表明：相同設備參數(shù)的中厚板CVC-PLUS軋機同普通四輥軋機相比，軋制相同規(guī)格的軋件時，總道次數(shù)要少2～6個道次，而且板形控制質(zhì)量要優(yōu)于普通四輥軋機。

(4)建立了中厚板軋機板形控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)針對普通中厚板軋機無板形檢測裝置的現(xiàn)狀，將板形分為大邊浪、邊浪、良好和中浪、大中浪等五個級別，在線軋制時由操作工目測、實時輸入板形信息，從而實現(xiàn)對板形的在線控制和調(diào)節(jié)；而對CVC-PLUS軋機則利用板形儀和凸度儀，進行動態(tài)凸度和平直度控制。本文的板形控制系統(tǒng)充分利用了實時在線板形信息進行反饋，與常規(guī)控制系統(tǒng)相比具有更強的魯棒性和控制精度；另外深入研究了中厚板軋機厚度控制和板形控制的相互影向以及消除這種影響所采用的解耦算法和數(shù)學模型。