六輥軋機的板形計算與試驗

趙鵬飛，荊 慧

ZHAO Peng-fei1, JING Hui2,

（1. 北京機械工業自動化研究所，北京 100120；2. 中國航天建筑設計研究院，北京 100071）

0 引言

本文將板帶軋制三維塑性變形計算模型和輥系彈性變形計算模型結合起來，同時考慮軋輥熱凸度分布，對六輥軋機軋制帶鋼斷面形狀和板形進行了預報。

1 板形及帶材出口斷面形狀的計算方法

板帶材的橫斷面形狀取決于軋制時輥縫的形狀，可表示為

式中 ——輥身中部設定輥縫高度

式(1)即為輥縫形狀方程，它表示了軋制時上、下輥系變形對稱情況下的厚度分布。在上下輥系變形以及輥身中點處的輥縫值確定以后，即可利用上式求出輥縫形狀，從而完成輥系變形的計算。再將金屬三維塑性變形模型與輥系變形模型耦合起來，可以完成軋后帶材斷面形狀及板形的計算。

1.1 板形及帶材軋后斷面形狀的理論計算與試驗結果對比

為驗證帶鋼軋后斷面形狀及板形計算結果的精度及模型的合理性，在河北鋼鐵集團衡水薄板有限責任公司的1050六輥軋機上進行了冷軋帶鋼的試驗研究。實測了帶鋼軋制入、出口厚度橫向分布；軋制過程中前張應力橫向分布（以板形形式表示）；前、后總張力；軋機周圍環境溫度、軋制油溫度、入、出口帶材溫度等。

1.1.1 試驗軋機簡介

試驗軋機配備有板形控制系統(AFC)、厚度自動控制系統(AGC)、熱凸度控制系統(ATCC)、中間輥橫移（IRS）、工作輥彎曲(WRBC)、中間輥彎曲(IRBC)以及斜楔調零裝置(STEER)。板形控制手段包括如下四種：

1）分別調整軋輥左右壓下量（傾斜調整）；

2）彎輥裝置（工作輥彎輥、中間輥彎輥調整）；

3）空載狀態下中間輥橫移；

4）分段冷卻控制（軋輥熱凸度調整）。

1.1.2 板形檢測系統

試驗軋機配備有瑞典ASEA公司的板形儀，其測量系統由測量輥、信號處理、圖形顯示和檢測等部分組成。板形儀測出帶材的平直度誤差，誤差信號被送到板形儀控制系統，通過軋輥傾斜、液壓彎輥和軋輥冷卻等手段對帶材板形進行控制。

表1 940mm寬帶鋼的軋制工藝參數

1.1.3 理論計算與試驗結果對比

對1050六輥軋機軋制Y C 194卷（材質SPHC），第一道次軋后斷面形狀和板形進行了數值模擬。各道次軋制工藝參數如表1所示。

運用第1節所述方法計算帶材板形及出口斷面形狀，列出第一道次計算結果與實測值對比圖。其中前張力分布計算值與試驗值對比如圖1所示；出口板厚計算值與試驗值的對比如圖2所示。

圖1 第一道次前張力分布試驗值與理論值比較

圖2 第一道次出口厚度分布試驗值與理論值比較

2 工藝參數對板形及軋后斷面形狀的影響

以1050六輥軋機軋制YC194卷的第一道次為例，討論軋制載荷和彎輥力對軋機輥縫形狀及板形的影響。

2.1 軋制載荷對板形及輥縫形狀的影響

圖3 軋制載荷對前張力分布的影響

軋制載荷對板形及輥縫形狀的影響如圖3和圖4所示，可以看出，在彎輥力不變的情況下，軋制載荷不同時對帶材中部和邊部的張力有影響，而且軋后帶材斷面形狀在邊部有差異。軋制載荷越小，越容易得到好的板形以及出口板厚分布。

圖4 軋制載荷對出口厚度的影響

2.2 彎輥力對板形及輥縫形狀的影響

不同彎輥力對板形及輥縫形狀的影響情況如圖5和圖6所示，可以看出在軋制載荷一定時，施加不同的彎輥力，對帶材中部和邊部的張力有影響，軋后帶材斷面形狀在邊部差異較大。彎輥力對改善邊部減薄有利，而對于帶材中部及四分之一處的厚度影響很小。

圖5 不同彎輥力對前張力分布的影響

圖6 不同彎輥力對出口厚度的影響

3 結論

本文以河北鋼鐵集團衡水薄板有限責任公司的1050六輥軋機為研究背景，采用流線條元法計算金屬的塑性變形，采用離散模型影響函數法計算輥系彈性變形，并考慮軋輥的熱凸度的影響，然后把二者耦合起來求解軋件前張應力分布和出口厚度分布。

通過實測前張應力分布值和帶材出口厚度分布值來檢驗金屬模型與輥系變形模型的正確性，分析了軋制載荷與彎輥力對軋件前張應力分布值和出口厚度分布值的影響。

[1]連家創,劉宏民.板厚板形控制[M].北京：兵器工業出版社,1996.

[2]肖宏.三維彈塑性邊界元法模擬板帶軋制過程的研究[D].燕山大學：1991.

[3]王寶峰,等.軋輥彈性變形與熱變形的耦合及其對冷軋帶鋼出口斷面的影響[J].鋼鐵,1998,33(2)：38-40.

[4]劉宏民.三維軋制理論及其應用[M].北京：科學出版社,1999.

[5]曹鴻德.塑性變形力學基礎與軋制原理[M].北京：機械工業出版社,1981.39-40,93-96.

[6]王宏旭,劉宏民.四輥CVC軋機冷軋寬帶材板形控制特性的數值模擬[J].鋼鐵研究,1997,95(2)：21-23,54.

[7]劉玉禮.HC軋機板形控制機能的研究[D].燕山大學,1986.