CN113118212A - 一种宽幅箔材轧机及轧制方法 - Google Patents

Abstract

一种宽幅箔材轧机，具有一对不等径的工作辊。采用具有不等径工作辊的轧机对箔材进行轧制，既有利于箔材的减薄，又有利于获得较佳的板形，为宽幅高精箔材的轧制提供了新的技术手段。为了解决箔材两侧板面力学性能差异的问题，本发明还提供了一种翻面轧制方法，通过对箔材每道次的翻面轧制以消除差异。为了解决箔材的翘曲问题，本发明还提供了一种不等速的轧制方法，使小辊径工作辊一侧板面的流出速度等于大辊径工作辊一侧板面的流出速度，以消除箔材翘曲。采用不等径工作辊的轧制方案，总体有利于箔材的减薄，也有利于获得较佳的板形，为宽幅高精箔材的轧制提供了新的技术解决方案。此外，本发明还克服了不等径工作辊轧制所带来的缺点。

Description

一种宽幅箔材轧机及轧制方法

技术领域

本发明涉及轧制技术领域，尤其是涉及一种宽幅箔材轧机，还涉及一种轧制方法，用于宽幅金属箔材的高精轧制。

背景技术

随着科技产业的进步，市场对高精宽幅薄箔材的需求越来越急迫。在当前的技术背景下，对于厚带材来说，其轧制技术已基本成熟，但在高精宽幅箔材的轧制技术方面仍面临诸多的技术障碍。对于较厚的带材，轧制后即便存在板形缺陷，仍可以通过拉矫或其他平整手段来精整修正板形。而对于箔材，尤其是对于铜及铜合金、不锈钢等变形抗力较大的箔材来说，基本上都是负辊缝轧制，在稳定板形的前提下，实现宽幅箔材的减薄轧制是很困难的。据已知信息，目前纯铜箔量产所能达到的最薄轧制厚度为0.006mm、最大宽度为650mm；不锈钢箔量产所能达到的最薄轧制厚度为0.02mm、最大宽度为600mm，而且轧制的板形都不是很好，若继续增加幅宽，板形会变得更差。

目前，无论国内还是国外，轧机的上下工作辊都是等直径设计的。如图1所示，上下工作辊对金属箔材进行轧制，被轧材料的中心层4处于辊缝的中心位置，以实现被轧材料横截面的均匀变形，从两辊轧机到二十辊轧机都是如此。这样的设计有利于工作辊的维护和互换，对于轧机来讲，其传动结构也因此而得到了简化。

周知的，工作辊辊径的大小对箔材的轧制是有影响的，工作辊直径越小，越有利于箔材的轧薄，但是也带来了问题：如图1中，小辊径工作辊1的直径小、刚度小，对箔材3的咬入角大，轧制力的侧向分力大，因此，其侧向弯曲倾向大。此外，小辊径工作辊1对箔材3的咬入弧长短，不利于润滑介质均匀带入辊缝，造成压延弧区油膜厚度的不均匀。这些因素导致压延弧面沿箔材宽度方向的弧长波动性大，最终造成轧制板形产生缺陷。在相同的条件下，右侧的大辊径工作辊2的直径大、刚度大，对箔材3的咬入角小，轧制力的侧向分力小，因此，其侧向弯曲倾向小。此外，大辊径工作辊2对箔材3的咬入弧长更长，有利于润滑介质均匀带入辊缝，使压延弧区油膜的厚度更均匀。这些因素均有利于减小压延弧面沿箔材宽度方向的弧长波动性，从而获得更好的轧制板形。

综上所述，小辊径工作辊有利于轧薄，却受限于轧制板形难于控制，因此轧宽不宜过大；而大辊径工作辊有利于轧制板形的控制，适合轧宽，但不适合轧薄。对于厚度小于0.15mm的宽幅箔材来说，工作辊的直径必须足够小（通常直径在25-50mm），才能得到较大的轧制减薄量，而此时的板形将非常难以控制，这也是目前制约高精宽幅箔材轧制的瓶颈。

随着市场对高精宽幅箔材的需求越来越迫切，急需一种新的技术解决方案，以打破该技术瓶颈的阻碍，使箔材得到宽幅高精轧制。

发明内容

为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种宽幅箔材轧机，还公开了一种应用于该轧机的轧制方法，其目的在于：克服上述技术矛盾，打破技术瓶颈，使箔材得到宽幅高精轧制。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种宽幅箔材轧机，包括一对工作辊，其特征是：其中一工作辊的辊径大于另一工作辊的辊径；在轧制时，大辊径工作辊的辊面线速度大于或等于小辊径工作辊的辊面线速度。

进一步地改进技术方案，大辊径工作辊的辊径是小辊径工作辊辊径的1.5-5倍。

进一步地改进技术方案，小辊径工作辊的辊径为30-150mm。

进一步地改进技术方案，小辊径工作辊的表面粗糙度大于大辊径工作辊的表面粗糙度。

进一步地改进技术方案，一对工作辊由上工作辊和下工作辊组成，其中，下工作辊的辊径大于上工作辊的辊径。

进一步地改进技术方案，所述轧机为多辊轧机。

一种轧制方法，其特征是：使用所述轧机对箔材进行往复轧制，在每道次轧制后，将箔材翻面，然后再送入所述轧机进行翻面轧制。

进一步地改进技术方案，对箔材的总轧制道次为偶数次。

另一种轧制方法，其特征是：在箔材的轧制变形区域内，当小辊径工作辊一侧板面的流出速度大于大辊径工作辊一侧板面的流出速度时，提高大辊径工作辊的辊面线速度或减少小辊径工作辊的辊面线速度，使小辊径工作辊一侧板面的流出速度等于大辊径工作辊一侧板面的流出速度。

由于采用上述技术方案，相比背景技术，本发明具有如下有益效果：

对于极薄箔材的轧制来说，基本上都是零辊缝或负辊缝轧制，对其减薄同时还要保证其板形的稳定是非常困难的，而这也是本发明需要解决的核心问题。从两个实施例可知，采用不等径工作辊的轧制方案，其利大于弊，总体有利于箔材的减薄，也有利于获得较佳的板形，这是现有等直径工作辊所不能够达到的技术效果。对于已长期陷入技术瓶颈的高精宽幅箔材的轧制来说，本发明无疑是一种技术上的突破。

箔材越薄，轧制板形就越难控制是行业内的公知。目前行业内为了突破极限无所不用其极，但是还都没有找到有效的解决方案。本发明使用不等径工作辊的意义在于，虽然牺牲了一部分对箔材的减薄量，但是使板形保持了稳定，这对于宽幅箔材的高精轧制来说，意义重大。

此外，本发明的宽幅箔材轧机采用不等径工作辊对箔材进行轧制，突破了本领域技术人员对轧机工作辊的认知和偏见，为轧机的设计及轧制工艺的改进提供了新的思路。本发明的轧制方法还克服了不等径工作辊轧制所带来的缺点，为宽幅高精箔材的轧制提供了新的技术解决方案。

附图说明

图1为现有轧机的工作示意图。

图2-3为本发明在实施例1中的结构示意图。

图4为本发明在实施例2中的结构示意图。

图中：1、小辊径工作辊；2、大辊径工作辊；3、箔材；4、中心层；5、上工作辊；6、下工作辊；7、上支承辊；8、下支承辊。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。需要说明的是，在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1：

一种宽幅箔材轧机，用于轧制厚度为0.05mm、幅宽为1000mm的铜箔。如图2所示，所述轧机为十辊轧机，包括上工作辊5和下工作辊6，其中，上工作辊5的辊径为40mm，下工作辊6的辊径为80mm，上工作辊5和下工作辊6的有效辊面宽度均为900mm。下工作辊6的辊径虽然是上工作辊5的辊径的2倍，但是在相同辊径、相同转速的上支承辊7和下支承辊8的带动下，上工作辊5的辊面线速度等于下工作辊6的辊面线速度。在前张力和后张力的作用下，箔材3水平地进入辊缝，经轧制后，箔材3又水平地从辊缝中流出。

根据金属流动的最小阻力定律，变形区内每个质点将沿受力最小或应力最小的方向移动，最终使变形区内各质点所受的应力达到均衡。如图3所示，理论上，处于变形区的箔材3可以看作是柔性体。由于上下工作辊对箔材3施加的压力相同，箔材3作为柔性受力体，其变形区内各质点所受的应力应该是均衡的，其上下板面的受力区域也应该是大致相等的。也就是说，上工作辊5对箔材3上板面的投影作用面积大致等于下工作辊6对箔材3下板面的投影作用面积。对于图3来说，由于轧宽相等，那么，上压延弧的投影长度L1也应该等于下压延弧的投影长度L2。但是实际情况下，受各种因素的影响，下压延弧的投影长度L2往往大于上压延弧的投影长度L1。即便如此，经测算，上工作辊5的咬入角α大概是下工作辊6咬入角β的2倍，上工作辊5的压入量也大概是下工作辊6压入量的2倍。这说明了辊径较小的上工作辊5对箔材3的咬入角α大，压入量大，而辊径较大的下工作辊6对箔材3的咬入角β小，压入量小。还可以得出，上下板面压入量的不同，造成箔材3的轧前中心层4与轧后的中心层出现微小的偏离量ΔT。而对于厚度极小的箔材来说，这种微小的中心层偏离量对于箔材的应用并不构成缺陷。

进一步地延伸，在轧制时，箔材3在单位时间内进入上下变形区域的面积也是不等的，显然，上侧变形区域的面积要大于下侧变形区域的面积，这就造成了在辊缝出口处，上板面的流出速度V1大于下板面的流出速度V2，再无后张力的情况下，箔材3将向下工作辊6的一侧翘曲。翘曲对于厚带材的影响比较大，而对于厚度仅为0.05mm的箔材来说，其柔性很大，就像一张翘曲的纸一样，放松后自然展平，而且翘曲可以通过后续的工序进行展平，因此，这点翘曲量并不对箔材造成大的影响。

轧机稳定轧制的三大基础条件分别是辊系精度、润滑条件和张力精度。在辊系精度、张力精度无法继续提高的情况下，改善润滑条件则对板形的稳定起到了至关重要的作用。由图3可知，润滑条件与咬入角的大小相关。在变形区的入口处，下工作辊6的咬入角小，与箔材3下板面形成的楔形缝隙更有利于润滑油的进入，产生油楔效应，并建立起稳定的承载能力。此外，下压延弧长较长，接触面大，沿箔材宽度方向的弧长波动性小，这些都有利于板形的稳定。相对于下工作辊6，上工作辊5与箔材3上板面形成的楔形缝隙虽然不利于建立稳定的承载能力，但是箔材3下板面板形的稳定对上板面起到了牵制作用，从整体上有利于板形的稳定。

综上所述，小辊径工作辊的主要贡献在于对箔材的减薄，而大辊径工作辊的主要贡献在于使箔材的整体板形稳定，减少波浪、褶皱等缺陷的产生。总体来说，虽然牺牲了一小部分减薄量，但是对于整体板形的稳定是有利的。

对于有色金属的轧制来说，通常采用多道次往复轧制，那么由图3可知，中心层将始终向下工作辊6的一侧偏离，这就造成了箔材3上板面一侧的形变量始终大于下板面的一侧，箔材3上板面的致密度大，硬度高，而下板面的致密度小，硬度低，最终表现为上下板面的力学性能存在着差异性。此外，这种多道次往复轧制的方式也增大了箔材3向下板面一侧翘曲的程度，虽然可以通过后续的工序进行展平，但是总是希望翘曲的程度越小越好。

造成箔材翘曲的原因是上板面的流出速度V1大于下板面的流出速度V2，那么，解决翘曲问题的关键是使上板面的流出速度V1等于下板面的流出速度V2。为此，本发明还公开了一种用来解决箔材翘曲问题的轧制方法，该方法是适当提高下工作辊6的辊面线速度或减少上工作辊5的辊面线速度，使下工作辊6的辊面线速度适量大于上工作辊5的辊面线速度，进而使上板面的流出速度V1等于下板面的流出速度V2，这样就能从根本上解决箔材的翘曲问题。随着电机控制技术的发展，该方法在工程上是容易实现的。目前，采用变频器的变频电机已经能够实现转速的可调，采用驱动器的伺服电机已实现了大功率化，因此可以通过变频电机或伺服电机分别对上支撑辊7和下支撑辊8施加以不同的转速，便可使上工作辊5和下工作辊6的辊面具有适当的线速度差。

对于箔材上下板面力学性能的差异问题，本发明还公开了另一种翻面轧制方法，其核心在于，在对箔材3进行下道次的轧制前，将箔材3翻面，然后再翻面后的箔材3送入轧机进行轧制。现有的轧制方法都是不对箔材3进行翻面的，即上工作辊5始终轧压箔材3的上板面，下工作辊6始终轧压箔材3的下板面。本轧制方法是翻面轧制，翻面轧制与现有轧制不同的是，在相邻两道次的轧制中，上工作辊5和下工作辊6所轧压的箔材3的板面均不相同。在本道次轧制中，中心层向下工作辊6的一侧偏离，那么在下道次轧制中，中心层又向上工作辊5的一侧偏离，这样就对中心层做了反向修正，最终使中心层稳定在箔材的中间部位，上下板面的致密度、硬度大致相同，解决了箔材上下板面力学性能的差异问题。为了最大程度地保证箔材上下板面力学性能的一致性，最佳的总轧制道次为偶数次。

实施例2：

与实施例1不同的是，该宽幅箔材轧机用于轧制厚度为0.01mm、幅宽为800mm的铜箔。对于0.01mm及以下厚度的铜箔来说，基本都是负辊缝轧制，压下量已不再起决定性的作用。加之变形区的反弹，使用40mm辊径的现有等径工作辊已经无法有效实现对箔材的减薄，只能采用更小的25mm辊径的工作辊。而如果采用现有的25mm辊径的等径工作辊，则不能实现箔材的轧宽，轧宽会造成板面缺陷，这是目前制约高精宽幅箔材轧制的瓶颈。

由于铜箔的轧制厚度更小，因此要选用辊径更小的上工作辊5用于减薄。在本实施例中，上工作辊5的辊径为25mm。为了消除上工作辊5辊径减小对板形的不利影响，如图4所示，下工作辊6的辊径为100mm，下工作辊6的辊径是上工作辊5的辊径的4倍。

将图4与图2对比可以看出，在变形区的入口处，下工作辊6的咬入角更小，也更容易产生油楔效应。下压延弧也更长，因而沿箔材宽度方向的弧长波动性也更小。相应的，下工作辊6对箔材减薄量的贡献也更小了。相对于实施例1来说，本实施例虽然又牺牲了一部分对箔材的减薄量，但是使板形保持了稳定，这对于宽幅箔材的高精轧制来说，尤为重要。箔材越薄，轧制板形就越难控制是行业内的公知。目前行业内为了突破极限，无所不用其极，但是还都没有找到有效的解决方案。而本发明采用不等径的工作辊轧制箔材，既能实现箔材的减薄，也能获得较佳的板形，这是现有等直径工作辊所不能够达到的技术效果。

通过上述两个实施例可以得出，使用不等径工作辊轧制箔材，相比于一对小辊径的工作辊，其板形的稳定性要好，但是对箔材的减薄作用小；相比于一对大辊径的工作辊，其板形的稳定性要差，但是对箔材的减薄作用大。大辊径工作辊与小辊径工作辊的辊径比越大，越有利于获得较佳的板形。

对于厚度在0.15mm以下箔材的轧制来说，基本上都是零辊缝或负辊缝轧制，对其减薄同时还要保证其板形的稳定是非常困难的，而这也是本发明需要解决的核心问题。从上述两个实施例可知，使用不等径工作辊轧制箔材有利有弊。最有效的减薄措施是减小工作辊的辊径，小辊径工作辊的辊径越小，越有利于箔材的减薄，大辊径工作辊与小辊径工作辊的辊径比越大，越有利于获得较佳的板形。总的来说，采用不等径工作辊的轧制方案，其利大于弊，总体有利于箔材的减薄，也有利于获得较佳的板形，这对于已长期陷入技术瓶颈的高精宽幅箔材的轧制来说，无疑是一种技术上的突破。长期以来，本行业内技术人员都将等径的工作辊作为常识，而本发明采用不等径的工作辊，从观念上和认知上也是一种突破。

未详述部分为现有技术。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的保护范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种宽幅箔材轧机，包括一对工作辊，其特征是：其中一工作辊的辊径大于另一工作辊的辊径；在轧制时，大辊径工作辊的辊面线速度大于或等于小辊径工作辊的辊面线速度。

2.如权利要求1所述的一种宽幅箔材轧机，其特征是：大辊径工作辊的辊径是小辊径工作辊辊径的1.5-5倍。

3.如权利要求2所述的一种宽幅箔材轧机，其特征是：小辊径工作辊的辊径为30-150mm。

4.如权利要求1所述的一种宽幅箔材轧机，其特征是：小辊径工作辊的表面粗糙度大于大辊径工作辊的表面粗糙度。

5.如权利要求1所述的一种宽幅箔材轧机，其特征是：一对工作辊由上工作辊和下工作辊组成，其中，下工作辊的辊径大于上工作辊的辊径。

6.如权利要求1所述的一种宽幅箔材轧机，其特征是：所述轧机为多辊轧机。

7.应用如权利要求1-6任一权利要求的所述轧机的一种轧制方法，其特征是：使用所述轧机对箔材进行往复轧制，在每道次轧制后，将箔材翻面，然后再送入所述轧机进行翻面轧制。

8.如权利要求7所述的一种具有不等径工作辊轧机的轧制方法，其特征是：对箔材的总轧制道次为偶数次。

9.应用如权利要求1-6任一权利要求的所述轧机的一种轧制方法，其特征是：在箔材的轧制变形区域内，当小辊径工作辊一侧板面的流出速度大于大辊径工作辊一侧板面的流出速度时，提高大辊径工作辊的辊面线速度或减少小辊径工作辊的辊面线速度，使小辊径工作辊一侧板面的流出速度等于大辊径工作辊一侧板面的流出速度。

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