CN111790761B - 一种四辊铝轧机热辊弯辊值优化的方法 - Google Patents

一种四辊铝轧机热辊弯辊值优化的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种四辊铝轧机热辊弯辊值优化的方法，包括步骤如下：（1）建立轧辊辊间受力模型分析标定以及温辊过程中辊系的受力情况；（2）采用分割梁理论对辊系建立有限差分模型，计算辊系的挠度和辊间压扁量；（3）进行迭代计算以获得在不同轧制力与弯辊力组合下，上工作辊与下工作辊之间、上工作辊与支撑辊间、下工作辊与支撑辊间的力分布情况，获得不同轧制力对应最佳弯辊值的值，建立直线方程关系式；（4）分析工作辊和支撑辊辊径变化对弯辊计算的影响，根据不同的轧辊辊径进行方程的优化，建立最佳弯辊新方程式。本发明减少轧辊间有害受力，防止辊面承受有害力过大，造成辊面剥落，适用于四辊铝轧机在辊缝无带材热辊时的弯辊值优化。

Description

一种四辊铝轧机热辊弯辊值优化的方法
技术领域
本发明涉及一种四辊铝轧机热辊弯辊值优化的方法。
背景技术
随着汽车工业发展,汽车板外板表需经过EDT处理后的最终带材表面粗糙度达到：Ra:0.7-1.3μm 、Rpc≥50Peak/cm，公司汽车板车身板轧制工艺的开发中，将EDT轧辊推入轧机中，需进行轧机靠零（称为标定）；标定后进行温辊；轧机的标定与温辊是轧机更换新工作辊后的两个标准流程，其中标定过程为：轧机闭合辊缝，转动轧辊并加载轧制力到标定轧制力，消除间隙后对辊缝位置以及轧机倾斜位置清零。而温辊过程是轧机闭合辊缝，加载到温辊轧制力后匀速旋转，可以起到清洁轧辊表面以及使轧辊温度均匀，以及降低支撑辊偏心的作用。因此如果简单跳过标定与温辊过程会影响产品质量。采用标定轧制力F=3000KN，温辊轧制力F=2500KN，弯辊均为60%；轧制道次压量30-50μm，目标曲线函数Y=ax2,a=0,轧制速度V=60m/min,轧制油温32±5℃;轧制油流量1700-2500L/min，轧制油压力6~8bar。在宽幅铝汽车板EDT毛化轧制过程中，无论采用何种在线板形目标曲线，轧后铝带表面的粗糙度在宽度方向上都无法保持一致。
具体测量值如图12所示，铝带中部的粗糙度(Ra)达到目标粗糙度1.0μm附近，而带材边部粗糙度(Ra)接近1.6- 1.8μm。该粗糙度的偏差范围远大于典型铝汽车板的粗糙度范围要求(即粗糙度Ra满足0.7–1.3μm)。我们发现轧机标定与温辊完成后，轧制开始前，EDT工作辊表面已经呈现出类似轧制出口带材表面的粗糙度分布，EDT辊面测量数据如图13所示，这意味着带材粗糙度的不一致性与EDT辊面在标定与温辊期间的不均匀磨损关系密切;通过分析发现轧机标定与温辊完成后，轧制开始前，EDT工作辊表面已经呈现出类似轧制出口带材表面的粗糙度分布；
综上，现有技术只对轧制过程中轧辊间受力方面有分析，并未对辊缝未有带材时轧辊受力进行分析，这样可能无法通过分析措施减少轧辊间有害受力，就会导致辊面承受有害力过大，造成辊面剥落，从而降低轧辊寿命的问题，同时又无法保证汽车板EDT轧制横向粗糙度的一致性。
发明内容
本发明对上述问题进行了改进，即本发明要解决的技术问题是提供一种四辊铝轧机热辊弯辊值优化的方法，可以减少轧辊间有害受力，防止辊面承受有害力过大，造成辊面剥落，提高轧辊寿命的目标，同时又能保证汽车板EDT轧制横向粗糙度的一致性。
本发明的具体实施方案是：提供一种四辊铝轧机热辊弯辊值优化的方法，包括步骤如下：（1）建立轧辊辊间受力模型分析标定以及温辊过程中辊系的受力情况；（2）采用分割梁理论对辊系建立有限差分模型，计算上下辊系的挠度以及辊间压扁量；（3）进行迭代计算以获得在不同轧制力与弯辊力组合下，上工作辊与下工作辊之间、上工作辊与支撑辊间、下工作辊与支撑辊间的力分布情况，获得不同轧制力对应最佳弯辊值的值，建立直线方程关系式：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
；（4）分析工作辊和支撑辊辊径变化对弯辊计算的影响，根据不同的轧辊辊径进行方程的优化，建立最佳弯辊新方程式：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，将方程写入电气自动化程序，根据轧机参数获得最佳弯辊值。
进一步的，所述工作辊直径为430-470mm，工作辊辊面宽度为2350mm，工作辊的辊长为3380mm，工作辊粗糙度Ra=0.25±0.03μm；支撑辊的直径为1320-1400mm，支撑辊的辊面宽度2340mm，支撑辊的辊身长度3580mm，支撑辊原始粗糙度Ra≤0.4μm；原始辊型均为平辊。
进一步的，轧辊通过电火花打毛后的轧辊粗糙度为Ra=2.8μm±5%、Rpc≥85Peak/cm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明操作简单，设计合理，，使用方便，轧机在辊间未有带材的情况下，得到最佳弯辊力，使轧辊横向力偏差达到最小，减少轧辊损耗，避免辊面承受有害力过大，造成辊面剥落，提高轧辊寿命，保证轧辊横向粗糙度的一致性，提高产品质量；同时降低成本，具有创新性。
附图说明
图1为本发明 实施例上下工作辊间，上工作辊与支撑辊间及下工作辊与支撑辊间的受力分布图；
图2为本发明实施例F=2500KN 、B=60%时工作辊和支撑辊挠度示意图；
图3为本发明实施例F=2500KN ，B=60%时辊系间的受力分布图；
图4为本发明实施例F=4000KN ，B=30%时工作辊和支撑辊挠度示意图；
图5为本发明实施例F=4000KN， B=30%时辊系间的受力分布图；
图6为本发明实施例上工作辊、下工作辊间轧制力分布图；
图7为本发明实施例温辊轧制力F=4000KN时不同弯辊受力分布图；
图8为本发明实施例不同弯辊力下的工作辊间力横向最大偏差示意图；
图9为本发明实施例轧制力偏差和弯辊变化的曲线示意图；
图10为本发明实施例轧制力下最优弯辊值示意图；
图11为本发明实施例不同的辊径组合计算得到最优弯辊值方程示意图；
图12为本发明实施例弯辊优化前轧制后带材表面横向粗糙度分布示意图；
图13为本发明实施例弯辊优化前温辊后轧辊表面横向粗糙度分布示意图；
图14为本发明实施例弯辊优化后带材表面横向粗糙度分布示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
实施例1：本实施例中，提供一种四辊铝轧机热辊弯辊值优化的方法，采用四辊冷轧机生产汽车板,工作辊直径430-470mm,工作辊辊面宽度2350 mm,辊长3380 mm,支撑辊直径1320-1400 mm;支撑辊辊面宽度2340mm;,辊身长3580 mm,原始辊型均为平辊;支撑辊粗糙度Ra≤0.4μm；EDT打毛后的轧辊粗糙度Ra=2.8μm±5%、Rpc≥85Peak/cm，标定轧制力F=3000KN，温辊轧制力F=2500KN，弯辊均为60%；轧制道次压量30-50μm，EDT轧制后带材表面横向两边部粗糙度高；
具体步骤如下：
（1）建立轧辊辊间受力模型分析标定以及温辊过程中辊系的受力情况；
（2）采用分割梁理论对辊系建立有限差分模型，计算上下辊系的挠度以及辊间压扁量；
（3）进行迭代计算以获得在不同轧制力与弯辊力组合下，上工作辊与下工作辊之间、上工作辊与支撑辊间、下工作辊与支撑辊间的力分布情况，获得不同轧制力对应最佳弯辊值的值，建立直线方程关系式：
Figure 696163DEST_PATH_IMAGE002
；
（4）分析工作辊和支撑辊辊径变化对弯辊计算的影响，根据不同的轧辊辊径进行方程的优化，建立最佳弯辊新方程式：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
，将方程写入电气自动化程序，根据轧机参数获得最佳弯辊值。
实施例2：在实施例1的基础上，如图1所示，（1）采用分割梁理论对辊系建立有限差分模型，通过计算上下辊系的挠度，以及辊间压扁量，并进行迭代计算获得不同轧制力与弯辊力组合下，上下工作辊间，上工作辊与支撑辊间，下工作辊与支撑辊间的力分布情况。（图1中，FWR表示工作辊弯辊力，FA表示总轧制力)
（2）如图2 和图3所示，对于测量出EDT辊出现大粗糙度偏差前的温辊轧制力与弯辊力分析：轧制力F=2500 [kN]，弯辊力B=60[%] (总弯辊1200[kN])，得出轧辊挠度和辊间力；由于轧辊的磨损呈现中部磨损大边部磨损小，我们可以发现该磨损分布和上下工作辊间的接触力分布相关，而与工作辊支撑辊间接触力关系不大。
（3）如图4和图5所示，调整温辊轧制力4000 [kN]，弯辊力30[%] (总弯辊1200[kN])，得出轧辊挠度和辊间力。
（4）如图6示意图，比较两种情况下上下工作辊间轧制力分布；
从图6中可见虽然采用4000 kN轧制力比采用2500 kN轧制力的上下工作辊间接触力整体增加，但是整个辊面的最大最小轧制力偏差反而是降低的。特别是采用2500 kN 轧制力时由于采用了太大的工作辊弯辊，导致上下工作辊在辊端分离，出现接触力为零的现象，造成轧辊表面粗糙度磨损不均匀，边部粗糙度高。
（5）采用温辊轧制力F=4000KN分析不同弯辊的影响，如图7所示；
如下表1数据及图8，得出F=4000KN时，不同弯辊力时工作辊间最大横向单位轧制力偏差：
Figure DEST_PATH_IMAGE007
表1
由图8可知，4000 kN 弯辊力下最优工作辊弯辊接近10 %。
（6）同理对不同轧制力计算不同弯辊下的最大轧制力偏差，并绘制轧制力偏差和弯辊变化的曲线，如图9所示；
（7）每条曲线的最低点就是该轧制力下最优弯辊值（示意图10）；
得到轧制力与最佳弯辊值的直线方程式1为：
Figure DEST_PATH_IMAGE009
上述的公式中：FbWR:最佳弯辊值；Fr:总轧制力。
（8）考虑到辊径变化的影响，将不同的辊径组合计算得到最优弯辊值方程（图11）；
由图11中可知，支撑辊辊径变化对弯辊计算影响比较显著。因此我们可以考虑忽略工作辊辊径的影响，只考虑支撑辊辊径，得出最佳弯辊值方程式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE011
Figure DEST_PATH_IMAGE013
上述中：FbWR:最佳弯辊值，单位：%；Fr:总轧制力,单位：KN；a和b为常数, DmBUR:支撑辊直径，单位mm。
图12为弯辊优化前轧制后带材表面横向粗糙度分布示意图；图13为弯辊优化前温辊后轧辊表面横向粗糙度分布示意图；图14为弯辊优化后带材表面横向粗糙度分布示意图；
如图14所示，对比图12及图13，弯辊优化以后横向粗糙度更均匀，本专利在宽幅汽车板铝合金的生产工艺上，发明了一种四辊铝轧机无带材负载下，标定和热辊时弯辊值优化的方法；克服轧机现有技术对辊缝间未有带材时热辊弯辊值的优化方法，减少辊系间受力不均匀，减少轧辊剥落、提高轧辊寿命，提高EDT轧制横向粗糙度一致性有效控制方法。
上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (3)

1.一种四辊铝轧机热辊弯辊值优化的方法，其特征在于，包括步骤如下：（1）建立轧辊辊间受力模型分析标定以及温辊过程中辊系的受力情况；（2）采用分割梁理论对辊系建立有限差分模型，计算上下辊系的挠度以及辊间压扁量；（3）进行迭代计算以获得在不同轧制力与弯辊力组合下，上工作辊与下工作辊之间、上工作辊与支撑辊间、下工作辊与支撑辊间的力分布情况，获得不同轧制力对应最佳弯辊值的值，建立直线方程关系式：
Figure 709770DEST_PATH_IMAGE001
；（4）分析工作辊和支撑辊辊径变化对弯辊计算的影响，根据不同的轧辊辊径进行方程的优化，建立最佳弯辊新方程式：
Figure 66671DEST_PATH_IMAGE002
，将方程写入电气自动化程序，根据轧机参数获得最佳弯辊值；
上述公式中的FbWR：最佳弯辊值，单位：%；Fr：总轧制力，单位：KN；a和b为常数；DmBUR：支撑辊直径。
2.根据权利要求1所述的一种四辊铝轧机热辊弯辊值优化的方法，其特征在于，所述工作辊直径为430-470mm，工作辊辊面宽度为2350mm，工作辊的辊长为3380mm，工作辊粗糙度Ra=0.25±0.03μm；支撑辊的直径为1320-1400mm，支撑辊的辊面宽度2340mm，支撑辊的辊身长度3580mm，支撑辊原始粗糙度Ra≤0.4μm；原始辊型均为平辊。
3.根据权利要求2所述的一种四辊铝轧机热辊弯辊值优化的方法，其特征在于，轧辊通过电火花打毛后的轧辊粗糙度为Ra=2.8μm±5%、Rpc≥85Peak/cm。
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