CN114632820A - 冷轧用工作辊辊形设计方法及超薄铝箔冷轧板形控制方法 - Google Patents

冷轧用工作辊辊形设计方法及超薄铝箔冷轧板形控制方法 Download PDF

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CN114632820A CN202210214155.XA CN202210214155A CN114632820A CN 114632820 A CN114632820 A CN 114632820A CN 202210214155 A CN202210214155 A CN 202210214155A CN 114632820 A CN114632820 A CN 114632820A
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Abstract

本发明公开了冷轧用工作辊辊形设计方法及超薄铝箔冷轧板形控制方法，工作辊辊形设计方法根据正弦函数和幂函数为基础函数构造复合函数构造工作辊辊形函数模型，从而减少轧辊磨损，降低辊耗，有效避免辊面剥落等缺陷，延长换辊周期、提高生产效率；超薄铝箔冷轧板形控制方法引入了辊面粗糙度协同策略及工作辊磨削工艺优化，进一步增强了高阶浪形的控制能力，实现了不同道次高次浪形的靶向调控。

Description

冷轧用工作辊辊形设计方法及超薄铝箔冷轧板形控制方法
技术领域
本发明冷轧工艺过程板形控制技术领域，具体涉及一种超薄铝箔冷轧工艺高精度板形控制方法
背景技术
随着锂电技术的迅猛发展，人们对超薄、超轻锂电池用铝箔的迫切需求日益显著。但是，厚度规格的大幅降低、大宽幅等特点给铝箔冷轧工艺过程带来了严峻挑战，超薄、宽规格铝带冷轧工艺过程轧制力不均匀性波动较大，对轧制状态的稳定性及板形控制影响突出；同时，宽幅铝带横向不均匀变形的敏感性大，板形控制难度高，而高次浪形缺陷成为高品质铝带板形控制的难点。如何保证大批量超薄铝箔冷轧工艺过程的高速稳定生产、高精度板形控制、及高表面质量控制等关键技术成为亟待解决的行业难题。良好的冷轧板形质量将直接影响铝箔成品的综合质量，而辊形设计是冷轧板形控制最直接、最有效的手段，优越的辊形设计不仅可以缓解辊间接触压力的不均匀分布，减少轧制过程中的磨损不均，还能够改善轧机的受力状态，从而提高板形控制能力。一些研究者通过实验、解析及数值模拟等方法在钢铁材料冷轧过程的工作辊辊形设计方面已经开展了较多有价值的工作，开发出系列板形控制技术及方法，但对于铝箔冷轧工艺过程的工作辊辊形研究甚少，例如：“一种六辊冷轧机的调整方法和六辊冷轧机”(中国专利：CN105032927B)提出了采用非对称阶梯工作辊辊形轧制窄带钢，保证六辊冷轧机的辊缝刚度，采用五次多项式形式的变凸度工作辊辊形轧制宽带钢，提高凸度调节域；“一种冷轧工作辊”(中国专利：CN208960621U)采用分段倒角的方法提升CVC辊形的板形控制能力，但高阶浪形控制力较弱。
然而，上述基于宏观板形缺陷机理的工作辊辊形设计及改进方法对超薄铝箔冷轧工艺过程高次板形缺陷控制效果并不理想，超薄铝箔冷轧过程产生的各类高次浪形问题的微观基础源于潜在板形缺陷的发展及演变，对于板形缺陷发展过程中残余应力场变化、应力波演变及对残余应力场的影响机制研究，才是解决此科学难题的根本。超薄、超宽铝箔高速冷轧工艺过程中频繁发生的共轴冲击，热冲击，高速打滑过程引起的剧烈冲击，机架间张力加载、卸载过程及变张力调节过程等都会影响铝箔中应力波的传播行为，进而影响铝箔残余应力场的变化，进一步诱导潜在板形缺陷的发展及演变，最终导致宏观上的高次板形问题。
发明内容
本发明旨在解决目前工作辊辊形设计及改进方法对超薄铝箔冷轧工艺过程高次板形缺陷控制效果并不理想的技术问题，以及超薄铝箔冷轧过程产生的各类高次浪形问题，提供冷轧用工作辊辊形设计方法及超薄铝箔冷轧板形控制方法。
为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案。
第一方面，本发明提供冷轧用工作辊辊形设计方法，包括：
根据正弦函数和幂函数为基础函数构造复合函数构造工作辊辊形函数模型；
利用预先构建的应力波影响数学模型求解铝卷各规格系列对应冷轧工艺过程中的应力波诱导潜在板形缺陷演变影响的各特定参数值；
将各特定参数值代入所述工作辊辊形函数模型确定铝卷各规格系列对应的工作辊辊形函数模型形式；
根据选定铝卷规格系列对应的工作辊辊形函数模型形式设计该铝卷规格系列冷轧用工作辊辊形。
进一步地，所述工作辊辊形函数模型的表达式如下：
Figure BDA0003531987240000031
其中Qw(x)表示工作辊辊形曲线上x位置处的辊形值，ψw表示工作辊辊形模型几何幅度，
Figure BDA0003531987240000032
表示工作辊辊形模型弦角，
Figure BDA0003531987240000033
表示工作辊凸度计算有效长度，
Figure BDA0003531987240000034
表示工作辊辊形模型一阶幂化系数，τw表示工作辊辊形模型高阶幂化系数。
进一步地，铝卷各规格系列划分为：S1系列、S2系列、S3系列、S4系列和S5系列，所述S1系列为B＜1050mm的超窄规格类铝卷；S2系列为1050mm≤B＜1250mm的窄规格类铝卷；S3系列为1250mm≤B＜1450mm的中宽规格类铝卷；S4系列为1450mm≤B＜1880mm的宽规格类铝卷；S5系列为B≥1880mm的特宽规格类铝卷；其中：B表示铝卷成品的宽度，mm。
进一步地，所述应力波影响数学模型表达式如下：
Figure BDA0003531987240000041
Figure BDA0003531987240000042
Figure BDA0003531987240000043
Figure BDA0003531987240000044
Figure BDA0003531987240000045
Figure BDA0003531987240000046
其中
Figure BDA0003531987240000047
表示铝卷品种为Ss系列时各道次轧制过程中，工作辊辊形对应力波诱导潜在板形缺陷演变的平均影响因子；
Figure BDA0003531987240000048
表示铝卷品种为规格系列s时第i道次轧制过程中，工作辊辊形对应力波诱导潜在板形缺陷演变的影响因子；
Figure BDA0003531987240000051
表示铝卷品种为Ss系列时各道次轧制过程中，工作辊辊形对应力波诱导潜在板形缺陷演变影响的均方值；
Figure BDA0003531987240000052
表示铝卷品种为Ss系列时各道次轧制过程中，工作辊辊形对应力波诱导潜在板形缺陷演变影响的方根值；
Figure BDA0003531987240000053
表示铝卷品种为Ss系列时应力波诱导潜在板形缺陷演变临界态几何特征值；n为冷轧工艺道次总数，n≥4。
Figure BDA0003531987240000054
表示铝卷品种为Ss系列时应力波诱导潜在板形缺陷演变临界态物理场特征值。
进一步地，对应铝卷品种为Ss系列时工作辊辊形模型弦角
Figure BDA0003531987240000055
的计算方法如下：
Figure BDA0003531987240000056
Figure BDA0003531987240000057
表示铝卷品种为Ss系列时第i道次工作辊辊形模型当量弦角，
Figure BDA0003531987240000058
为工作辊辊形曲线基准弦角，h表示铝卷产品第i道次出口厚度，mm，h≥1.0mm，s＝1,2,…,N，N为规格系列的数量，i＝1,2…,n,对应铝卷品种为Ss系列时工作辊辊形模型几何幅度ψw的计算方法如下：
Figure BDA0003531987240000059
Figure BDA00035319872400000510
表示铝卷品种为Ss系列时第i道次工作辊辊形模型当量几何幅度，
Figure BDA00035319872400000511
为工作辊辊形曲线基准几何幅度；
对应铝卷品种为Ss系列时工作辊辊形模型一阶幂化系数
Figure BDA00035319872400000512
的计算方法如下：
Figure BDA0003531987240000061
其中
Figure BDA0003531987240000062
表示铝卷品种为Ss系列时第i道次工作辊辊形模型一阶当量幂化系数，无量纲；
Figure BDA0003531987240000063
为工作辊辊形曲线基准一阶幂化系数，无量纲；
对应铝卷品种为Ss系列时工作辊辊形模型高阶幂化系数τw的计算方法如下：
Figure BDA0003531987240000064
Figure BDA0003531987240000065
表示铝卷品种为Ss系列时各道次工作辊辊形模型高阶当量幂化系数，无量纲；
Figure BDA0003531987240000066
为工作辊辊形曲线基准高阶幂化系数，无量纲。
第二方面，本发明还提供了超薄铝箔冷轧板形控制方法，包括：采用如以上技术方案任意一种可能的实施方式所提供的的冷轧用工作辊辊形设计方法设计冷轧用工作辊辊形；
利用预先建立的工作辊磨削后的辊径函数对所述工作辊进行磨削；所述工作辊磨削后的辊径函数表示如下：
Figure BDA0003531987240000067
其中
Figure BDA0003531987240000068
表示工作辊磨削后辊形曲线上xnod位置处的辊径，mm；Dw表示工作辊磨削前原始辊径，δwnod(x)表示工作辊辊形曲线上xnod位置处的绝对磨削量，mm，
Qwnod(x)min表示工作辊辊形曲线归一化坐标下的最小辊形值。
进一步地，所述控制方法还包括工作辊辊形磨削工艺参数设计，具体包括：
在粗磨工艺过程中，第1、2…6道次，轧辊转速33.0r/min，砂轮转速38.0r/min，进给量12μm，补给量4μm，拖板速度2200.0m/min，第7、8…30道次，轧辊转速33.0r/min，砂轮转速38.0r/min，进给量48μm，补给量9μm，拖板速度2000.0m/min，第31、32…38道次，轧辊转速33.0r/min，砂轮转速38.0r/min，进给量32μm，补给量7μm，拖板速度1800.0m/min，第39、40…44道次，轧辊转速33.0r/min，砂轮转速38.0r/min，进给量26μm，补给量5μm，拖板速度1600.0m/min；
在精磨工艺过程中，第1、2道次，轧辊转速42.0r/min，砂轮转速32.5r/min，绝对电流25.2mA，拖板速度1050.0m/min，第3、4道次，轧辊转速42.0r/min，砂轮转速32.5r/min，绝对电流22.5mA，拖板速度1000.0m/min，第5、6道次，轧辊转速42.0r/min，砂轮转速32.5r/min，绝对电流19.0mA，拖板速度950.0m/min，第7、8道次，轧辊转速42.0r/min，砂轮转速32.5r/min，绝对电流16.5mA，拖板速度900.0m/min；
在抛光工艺过程，第1、2道次，轧辊转速45.0r/min，砂轮转速35.5r/min，绝对电流15.6mA，拖板速度850.0m/min，第3、4道次，轧辊转速45.0r/min，砂轮转速35.5r/min，绝对电流12.2mA，拖板速度750.0m/min，第5、6道次，轧辊转速45.0r/min，砂轮转速35.5r/min，绝对电流10.5mA，拖板速度600.0m/min，第7、8道次，轧辊转速45.0r/min，砂轮转速35.5r/min，绝对电流8.0mA，拖板速度400.0m/min。
再进一步地，所述控制方法中工作辊辊形磨削工艺包括：
a、磨辊前正常下线工作辊放置时间≥22h，事故下线工作辊放置时间≥240h；
b、事故辊磨削时，每磨削0.5mm做一次涡流探伤和辊形检测，磨削完探伤合格后应加磨0.2～0.3mm；
c、正常下线辊磨削要进行机床涡流和在线超声波探伤，保证轧辊无剩磁，涡流探伤软点≤0.3，裂纹≤0.25，磨床超声波探伤无异常；冷轧工作辊每10个使用周期做一次超声波表面波检测，每20个使用周期做一次超声波直探头辊面检测，直探探头扫描速度≤150mm/s，为了保证探伤准确性，相邻两次扫描间要有设定的重叠区域，重叠宽度至少应为探头直径的15％，对轧辊的外圆柱面要进行100％扫描；
d、正常下线辊磨后涡流检测结果显示超标裂纹、软点缺陷时，确认辊身表面清洁并进行辊身消磁后，若涡流检测缺陷仍无法消除，则追加磨削0.2～0.3mm；
e、轧辊磨削完成后，用油石打磨轧辊两侧距边部120mm范围内辊面，确保无缺陷；
f、轧辊磨削完成后涂油处理，裹好塑料布按辊架标识正确放置。
再进一步地，所述控制方法还包括对冷轧过程中工作辊表面粗糙度设定，具体包括：冷轧过程设置6个道次，第1道次、第2道次、第3道次采用第一磨削粗糙度，第4道次、第5道次采用第二磨削粗糙度；第6道次采用第三磨削粗糙度，所述第一磨削粗糙度、第二磨削粗糙度和第三磨削粗糙度依次减小。
再进一步地，所述控制方法还包括对箔轧阶段镜面磨削工作辊表面粗糙度设定，箔轧阶段镜面磨削工作辊表面粗糙度模型如下：
Figure BDA0003531987240000091
其中
Figure BDA0003531987240000092
表示镜面磨削工作辊表面粗糙度设定值，μm；
Figure BDA0003531987240000093
表示镜面磨削工作辊表面粗糙度基准值，μm；t表示成品铝箔厚度，mm；λ表示箔轧用工作辊镜面磨削系数，无量纲；ε表示成品铝箔相对厚度参考值，mm。
本发明所取得的有益技术效果：
本发明基于铝卷高次浪形缺陷的微观基础——应力波诱导潜在板形缺陷演变影响机制，设计冷轧工艺过程的最优工作辊辊形模型，该方法应用于高品质铝卷冷轧工艺过程，至少具有如下技术效果或优点：
(1)本发明辊形曲线使辊系间的接触区和非接触区过渡更加平滑，均匀化辊间接触应力，最大限度消除辊间接触压力峰值，从而减少轧辊磨损，降低辊耗，有效避免辊面剥落等缺陷，延长换辊周期、提高生产效率；辊面粗糙度协同策略、及工作辊磨削工艺优化，进一步增强了高阶浪形的控制能力，实现了不同道次高次浪形的靶向调控，极大地提升了机组的板形控制性能，成品铝箔综合板形值有效控制在<4.8IU。
(2)相较于传统的辊形，本发明辊缝凸度调节域面积更大，可连续调节，因而具有更好的辊缝形状调节柔性，提高了板凸度调控质量，且轧制带钢宽度越宽，其优势越明显。
(3)在保证机架高横向刚度的同时提高辊缝凸度调节柔性，形成低凸度、高刚度辊缝，从而克服轧制力波动的不利影响，提高板形控制稳定性，随着当量几何弦角的变化提供不同的无载辊缝调节能力，由于其无载辊缝并非标准的抛物线函数，无载辊缝的肋浪敏感区高度明显减小，具有更好的铝带边降控制效果，能有效地改善铝带横向厚差，铝箔成品的厚度偏差有效控制在±1.2％，宽度偏差有效控制在±0.5mm。
(4)本发明还包括对箔轧阶段镜面磨削工作辊表面粗糙度设定，引入了箔轧阶段镜面磨削工作辊表面粗糙度模型，实验表明根据对箔轧阶段镜面磨削工作辊表面粗糙度设定，进一步结合箔轧阶段镜面磨削工作辊表面粗糙度模型获得的铝箔成品表面无孔洞、无色差、无条纹，箔面质量良好，铝箔成品端面平整，无层错，铝箔亮面无带油，铝箔成品抗拉强度提升，延伸率控制在4.0％～5.5％，超薄铝箔综合力学性能显著提高。
附图说明
图1为本发明具体实施例提供的超薄铝箔冷轧板形控制方法的流程图。
图2为实施例提供工作辊磨削参数示意图。
图3为实施例中板形仪实测铝卷冷轧、箔轧综合板形值曲线。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。
铝箔的制备工艺主要包括熔炼、铸轧(厚度≤7.05mm)、均匀化退火、冷轧(经过三个道次轧至厚度≤1.0mm)、中间退火、冷轧(经过三个道次轧至厚度≤0.17mm)、箔轧(经过六个道次轧至厚度0.008～0.010mm)等步骤。其中，均匀化退火具体工艺为将铝合金带材采用575～595℃保温4.5小时，535～555℃保温22.5小时；中间退火具体工艺为将铝合金带材采用280～325℃保温2.5小时，空冷降温至185～195℃保温4.5小时。
铝卷轧制工艺(表面板形凸度平整度不好，)采用六辊不可逆单机架冷轧机完成，冷轧用工作辊主要轧辊参数：工作辊材质；工作辊辊身长度，操作侧、驱动侧辊颈长度；工作辊辊径，操作侧、驱动侧辊颈直径；工作辊辊身硬度，辊颈硬度；机架配辊差；工作辊磨削辊形误差。
本发明以2350mm不可逆单机架冷轧机组为实例，轧机类型为六辊，轧机最大轧制力17500kN，机组的板形控制机构包括工作辊、中间辊弯辊(正弯、负弯，单侧弯辊力-350～500kN)、工作辊、中间辊横移(横移量-180～180mm)及板形控制精细冷却系统，弯辊系统压力控制响应时间≤130ms，弯辊力控制精度<±1.0％，轧辊横移系统位置控制精度≤±1.0mm。
铝卷用工作辊主要轧辊参数：工作辊材质为锻造半高速Cr钢，工作辊辊身长度为2350.0mm，操作侧、驱动侧辊颈长度220.0mm；工作辊辊径为
Figure BDA0003531987240000111
操作侧、驱动侧辊颈直径
Figure BDA0003531987240000112
工作辊辊身硬度为77～80HSD，辊颈硬度为40～45HSD，硬度均匀性±1.5HSD；机架配辊差为≤0.05mm；工作辊磨削辊形误差≤0.006mm。
实施例1：冷轧用工作辊辊形设计方法，包括：
根据正弦函数和幂函数为基础函数构造复合函数构造工作辊辊形函数模型；
利用预先构建的应力波影响数学模型求解铝卷各规格系列对应冷轧工艺过程中的应力波诱导潜在板形缺陷演变影响的各特定参数值；
将各特定参数值代入所述工作辊辊形函数模型确定铝卷各规格系列对应的工作辊辊形函数模型形式；
根据选定铝卷规格系列对应的工作辊辊形函数模型形式设计该铝卷规格系列冷轧用工作辊辊形。
本发明工作辊辊形曲线函数是基于复杂正弦函数和幂函数的复合函数数学表达，其应用特性是针对不同铝带品种冷轧工艺过程的板形控制需求，辊缝形状通过工作辊的反向可控横移运动实现目标调整，即柔性化凸度调节，同时将应力波诱导板形演变影响机理引入到铝带冷轧工艺过程的板形控制，在工作辊辊形设计方面最优化辊形曲线，进而开发冷轧机组工作辊高阶浪形控制功能，提升工作辊在铝带冷轧工艺过程中的板形控制功效。
1)工作辊辊形函数模型构造
为了满足铝带冷轧工业生产实践的辊凸度调节实际需求及工作辊磨削工艺要求，本发明以正弦函数和幂函数为基础函数构造复合函数，作为工作辊辊形函数基础数学模型，以工作辊辊缝中心点为坐标原点O点，工作辊的轴向为x轴，机架辊系中心线为z轴建立空间坐标系，下面给出工作辊辊形函数的一般形式：
Figure BDA0003531987240000131
Figure BDA0003531987240000132
上式中，令：
Figure BDA0003531987240000133
经过归一化坐标变换，上式可转化为：
Figure BDA0003531987240000134
Figure BDA0003531987240000135
式中：Qw(x)表示工作辊辊形曲线上x位置处的辊形值，mm，Qw(x)min表示工作辊辊形曲线的最小辊形值，mm，
Figure BDA0003531987240000136
表示工作辊磨削后辊形曲线上x位置处的辊径，mm，δw(x)表示工作辊辊形曲线上x位置处的绝对磨削量，mm，Qwnod(x)表示工作辊辊形曲线上xnod位置处的辊形值，mm，Qwnod(x)min表示工作辊辊形曲线归一化坐标下的最小辊形值，mm，
Figure BDA0003531987240000137
表示工作辊磨削后辊形曲线上xnod位置处的辊径，mm，δwnod(x)表示工作辊辊形曲线上xnod位置处的绝对磨削量，mm，x表示工作辊辊形曲线上任一点相对于辊身中心的轴向坐标位置，mm，Dw表示工作辊磨削前原始辊径(也即平辊辊径)，mm，辊径的选用依据轧制铝带品种的规格层别，随着铝带宽度规格的增大应减小辊径值，ψw表示工作辊辊形模型几何幅度，mm，
Figure BDA0003531987240000138
表示工作辊辊形模型弦角，°，
Figure BDA0003531987240000139
表示工作辊凸度计算有效长度，mm，
Figure BDA00035319872400001310
表示工作辊辊形模型一阶幂化系数，mm/mm，τw表示工作辊辊形模型高阶幂化系数，mm/mm，xnod表示工作辊辊形曲线上任一点相对于辊身长度的轴向归一化坐标位置，mm/mm，φw表示弧度制下的工作辊辊形模型弦角，rad。
2)本实施例中铝带规格系列定义
规格层别差异性是影响高品质电池铝带高速冷轧生产工艺过程板形控制难度的关键因素。尤其是超宽超薄铝带生产的板形控制实践中，当轧制窄规格铝带产品时，辊缝形状对铝带综合板形质量的影响要大于轧辊弹性压扁引起的不均匀变形，这种不利影响对于冷轧机组高速轧制过程而言更为明显；然而轧制宽规格铝带产品时，轧辊弹性压扁引起的不均匀变形会随着带钢宽度的增加显著增大，并强于辊缝凸度的影响，大批量超宽规格铝带产品的轧制，使得高阶浪形缺陷发生率显著增加，进而严重制约了高品质电池铝箔生产的成品质量提升，因此，机组的板形控制能力应随着带钢宽度规格的增加不断增强，针对不同规格铝带生产需采用不同的工作辊辊形策略以实现最优综合板形质量的有效控制。综合考虑铝卷规格层别差异性和辊系冷却系统布置特点，结合板形控制过程中高阶浪形缺陷的控制难度及铝带板形质量控制需求，本发明将冷轧产线全系列铝卷品种划分为五大规格系列，分别为：
i)S1系列：B＜1050mm(通品种)超窄规格类铝卷；
ii)S2系列：1050mm≤B＜1250mm(通品种)窄规格类铝卷；
iii)S3系列：1250mm≤B＜1450mm(通品种)中宽规格类铝卷；
iv)S4系列：1450mm≤B＜1880mm(通品种)宽规格类铝卷；
v)S5系列：B≥1880mm(通品种)特宽规格类铝卷；
其中：B表示铝卷成品的宽度，mm。
3)应力波影响数学模型及数值求解
本发明通过大量实验，包括微观缺陷热力学场模拟实验，高速冷轧工艺过程共轴冲击，机架间张力加载、卸载过程实验及变张力调节过程实验等，研究了超宽超薄铝带大压下冷轧工艺过程应力波在材料中的传播行为规律及其对应力场的影响机制，结果表明：应力波在铝带材料中传播的阻抗失配效应虽弱于普碳钢，但超宽铝带材料大压下高速冷变形过程中会积累较大的残余应力，主要是由于应力波对铝带材料应力场有显著影响。当应力场中局部域的动力学条件和几何学条件达到高阶板形缺陷的临界态条件，进而诱导潜在板形缺陷的发展及演变，最终诱发宏观上的局部高次衍生浪形缺陷。为了有效控制高品质铝带冷轧工艺过程中的各类高阶板形缺陷，本发明基于实验室实验和工业试验研究结果，针对铝带材料高速冷轧工艺过程建立了应力波诱导潜在板形缺陷演变影响机制的核心参数模型如下：
Figure BDA0003531987240000151
Figure BDA0003531987240000152
Figure BDA0003531987240000153
Figure BDA0003531987240000161
Figure BDA0003531987240000162
Figure BDA0003531987240000163
式中：
Figure BDA0003531987240000164
表示铝卷品种为Ss系列时第i道次轧制过程中，工作辊辊形对应力波诱导潜在板形缺陷演变的影响因子，主要受冷轧装备辊系结构特性、几何特征，铝带产品物理特性、几何特征及冷轧工艺参数等因素的耦合影响，无量纲；
Figure BDA0003531987240000165
表示铝卷品种为Ss系列时各道次轧制过程中，工作辊辊形对应力波诱导潜在板形缺陷演变的平均影响因子，其物理意义表征了潜在板形缺陷演变过程中工作辊系影响应力波传播行为的长程效应，无量纲；
Figure BDA0003531987240000166
表示铝卷品种为Ss系列时应力波诱导潜在板形缺陷演变临界态几何特征值，也即几何扰动量，反映潜在板形缺陷发展及演变的几何学条件，具有统计学意义，其微观上表征了板形缺陷产生的临界场几何特性，宏观上表征了板形演变过程中辊系特性对应力波影响的系统效应，无量纲；
Figure BDA0003531987240000167
表示铝卷品种为Ss系列时各道次轧制过程中，工作辊辊形对应力波诱导潜在板形缺陷演变影响的均方值，其物理意义表征了潜在板形缺陷演变过程中工作辊系影响应力波传播行为的平均能量效应，无量纲；
Figure BDA0003531987240000168
表示铝卷品种为Ss系列时各道次轧制过程中，工作辊辊形对应力波诱导潜在板形缺陷演变影响的方根值，其几何意义表征了潜在板形缺陷演变过程中工作辊系影响应力波传播行为的平均尺寸效应，无量纲；
Figure BDA0003531987240000171
Figure BDA0003531987240000172
表示铝卷品种为Ss系列时应力波诱导潜在板形缺陷演变临界态物理场特征值，也即物理扰动量(分别为常对数扰动量、e-对数扰动量)，反映潜在板形缺陷发展及演变的动力学条件，具有统计学意义，其微观上表征了板形缺陷产生的临界场物理特性，宏观上表征了板形演变过程中辊系特性对应力波影响的系统效应，无量纲，n为冷轧工艺道次总数，n≥4。
基于实验数据曲线，并针对高品质铝带高速冷轧机组的典型规格序列，给出了冷轧工艺过程中的应力波诱导潜在板形缺陷演变影响的核心参数实验数据和数值计算结果具体如下：
S1系列：实验数值：
Figure BDA0003531987240000173
Figure BDA0003531987240000174
数值计算值：
Figure BDA0003531987240000175
Figure BDA0003531987240000176
S2系列：实验数值：
Figure BDA0003531987240000177
Figure BDA0003531987240000178
数值计算值：
Figure BDA0003531987240000179
Figure BDA00035319872400001710
S3系列：实验数值：
Figure BDA00035319872400001711
Figure BDA00035319872400001712
数值计算值：
Figure BDA00035319872400001713
Figure BDA0003531987240000181
S4系列：实验数值：
Figure BDA0003531987240000182
Figure BDA0003531987240000183
数值计算值：
Figure BDA0003531987240000184
Figure BDA0003531987240000185
S5系列：实验数值：
Figure BDA0003531987240000186
Figure BDA0003531987240000187
数值计算值：
Figure BDA0003531987240000188
Figure BDA0003531987240000189
4)工作辊辊形曲线模型参数计算
将应力波诱导潜在板形缺陷演变影响因素引入到铝带冷轧工艺过程的板形控制，在工作辊辊形设计方面可进一步优化辊形曲线，提高机组对高次衍生浪形缺陷的控制能力。考虑应力波影响因素的工作辊辊形模型弦角、弧度制弦角、几何幅度、一阶幂化系数及高阶幂化系数可定义为相应的当量值。则有，
a、工作辊辊形模型当量弦角为：
Figure BDA00035319872400001810
其中，
Figure BDA00035319872400001811
表示铝卷品种为Ss系列时第i道次工作辊辊形模型当量弦角，°，
Figure BDA00035319872400001812
为工作辊辊形曲线基准弦角，°，取冷轧机装备初始值
Figure BDA00035319872400001813
h表示铝卷产品第i道次出口厚度，mm。基于工作辊辊形曲线进行板形调控时，当量弦角对宽规格铝卷中部板形控制影响大，对铝卷肋部、边部板形影响也很明显，对于肋部高次衍生浪形缺陷的控制尤为显著，板形调控效率最高，最优化设定
Figure BDA0003531987240000195
值可充分发挥辊形模型的优势，在冷轧阶段就可以有效遏制高次浪形缺陷的发展，保证铝卷箔轧基料高质量板形需求，此外，当量弦角对于铝卷凸度的控制作用也是最有力的，因此，辊形曲线模型参数优化设计的优先级最高。
工作辊辊形模型当量弦角调控方法：随着铝卷品种Ss系列的提升，肋部衍生浪形趋势显著增强，当道次出口h≥1.0mm时，铝卷厚度对于高次浪形的衍生发展有利，应逐渐增大
Figure BDA0003531987240000191
值，使得辊形曲线形状由扁平状逐渐向螺旋状演化，逐渐减小辊形曲线倾斜度，加大曲线螺旋化程度，增加辊形等效凸度值，进而增大肋部辊凸度值，使肋部辊凸度差异化增大，从而逐渐增强肋部高次衍生浪形缺陷的控制能力；然而，当道次出口h＜1.0mm时，薄规格铝卷对其内部高次浪形的衍生发展产生“抑制效应”，应逐渐减小
Figure BDA0003531987240000192
值，使得辊形曲线形状逐渐拉平、压扁，逐渐减小辊形曲线倾斜度，减小肋部辊形等效凸度值，从而进一步强化高次衍生浪形的抑制作用，有效控制高次浪形。
b、弧度制下的工作辊辊形模型当量弦角为：
Figure BDA0003531987240000193
其中，
Figure BDA0003531987240000194
表示铝卷品种为Ss系列时第i道次工作辊辊形模型当量弧度制弦角，rad。
工作辊辊形模型当量弧度制弦角调控方法与当量弦角调控方法相同。
c、工作辊辊形模型当量几何幅度为：
Figure BDA0003531987240000201
其中，
Figure BDA0003531987240000202
表示铝卷品种为Ss系列时第i道次工作辊辊形模型当量几何幅度，mm，
Figure BDA0003531987240000203
为工作辊辊形曲线基准几何幅度，mm，取冷轧机装备初始值
Figure BDA0003531987240000204
h表示铝卷产品第i道次出口厚度，mm。当量几何幅度对铝卷中部板形控制作用明显，可以有效抑制铝卷中浪，对于铝卷边浪、高次肋浪影响次之，对于铝卷成品凸度的控制作用较为明显，且凸度控制范围较大。
工作辊辊形模型当量几何幅度调控方法：随着铝卷品种Ss系列的提升，肋部衍生浪形趋势显著增强，当道次出口h≥1.0mm时，铝卷凸度呈现减小的趋势，应逐渐减小
Figure BDA0003531987240000205
值，减小辊形曲线螺旋化程度，逐渐增大辊形曲线倾斜度，减小辊形等效凸度值，从而有效抑制高次浪形；然而，当道次出口h＜1.0mm时，铝卷凸度呈现增大的趋势，应逐渐减小
Figure BDA0003531987240000206
值，加大辊形曲线螺旋化程度，逐渐减小辊形曲线倾斜度，增大辊形等效凸度值，使得辊形肋部凸度不断加大，从而增强铝卷凸度控制能力，满足高阶浪形的调控目标。
d、工作辊辊形模型一阶当量幂化系数为：
Figure BDA0003531987240000207
其中，
Figure BDA0003531987240000211
表示铝卷品种为Ss系列时第i道次工作辊辊形模型一阶当量幂化系数，无量纲，
Figure BDA0003531987240000212
为工作辊辊形曲线基准一阶幂化系数，无量纲，取冷轧机装备初始值
Figure BDA0003531987240000213
h表示铝卷产品第i道次出口厚度，mm。一阶当量幂化系数对铝卷中部板形控制作用明显，可以有效降低铝卷中浪，对于高次浪形影响较弱，对于铝卷凸度的控制作用较为明显，但凸度控制范围较小。
工作辊辊形模型一阶当量幂化系数调控方法：当道次出口h≥1.0mm时，随着铝卷品种Ss系列的提升，应逐渐增大
Figure BDA0003531987240000214
值，减小辊形曲线螺旋化程度，逐渐增大辊形曲线倾斜度，减小辊形等效凸度值，使得辊形肋部倾斜度增大，从而增强带钢凸度控制能力，有效抑制高次浪形；同理，当道次出口h＜1.0mm时，随着铝卷品种Ss系列的提升，应逐渐增大
Figure BDA0003531987240000215
值，有助于强化高次浪形的调控。
e、工作辊辊形模型高阶当量幂化系数为：
Figure BDA0003531987240000216
其中，
Figure BDA0003531987240000217
表示铝卷品种为Ss系列时各道次工作辊辊形模型高阶当量幂化系数，无量纲，
Figure BDA0003531987240000218
为工作辊辊形曲线基准高阶幂化系数，无量纲，取冷轧机装备初始值
Figure BDA0003531987240000219
高阶当量幂化系数对于铝卷中浪的控制作用较弱，但对铝卷边部板形影响明显，对于高次浪形缺陷的控制作用显著，这也是本发明工作辊辊形曲线最重要的创新点。
工作辊辊形模型高阶当量幂化系数调控方法：随着铝卷品种Ss系列的提升，肋部衍生浪形趋势显著增强，应逐渐增大
Figure BDA0003531987240000224
值，使辊形曲线形状由幂曲线型逐渐向螺旋型演化，逐渐减小辊形曲线弯曲程度，同时减小曲线倾斜度，加大曲线扭曲程度，增大辊形等效凸度值，进而增加肋部辊凸度值，并使肋部辊凸度差异化增大，从而逐渐增强高阶浪形的控制能力。
本实施例提供基于应力波影响机制的冷轧工作辊辊形设计方法，解决高品质铝卷高速冷轧工艺过程应力波诱导潜在板形演变引起的高次板形问题，提高单机架不可逆冷轧机综合板形控制能力，进一步提升超薄铝箔产品综合板形质量。
实施例2：在以上实施例的基础上，本实施例提供了超薄铝箔冷轧板形控制方法，如图1所示，所述控制方法还包括：利用预先建立的工作辊磨削后的辊径函数对所述工作辊进行磨削。
5)工作辊辊形函数及磨削函数形式
综上所述，基于应力波诱导潜在板形缺陷演变影响机制，本发明实施例给出工作辊辊形曲线函数的一般形式如下：
Figure BDA0003531987240000221
上式可转化为：
Figure BDA0003531987240000222
式中：
Figure BDA0003531987240000223
表示空间坐标下铝卷品种为Ss系列时第i道次工作辊辊形曲线上x位置处的辊形值，mm，
Figure BDA0003531987240000231
表示归一化坐标下铝卷品种为Ss系列时第i道次工作辊辊形曲线上xnod位置处的辊形值，mm。
根据几何关系，工作辊磨削后的辊径函数形式如下：
Figure BDA0003531987240000232
经过归一化坐标变换，上式可转化为：
Figure BDA0003531987240000233
实施例3：在实施例2的基础上，本实施例提供的超薄铝箔冷轧板形控制方法，还包括工作辊辊形磨削工艺参数设计，具体包括：
轧辊磨削是有效消除轧辊缺陷及硬化层，获得目标辊形的重要手段，主要工序包括：磨床砂轮更换、轧辊磨削、磨削后质量检查、轧辊毛化、毛化后质量检查等。
磨床砂轮工作时应确保切削面拥有良好的轮廓，以避免上下工作辊不同方向磨削造成砂轮偏斜进而引起工作辊边部、表面质量问题，轧辊磨床砂轮主要技术参数：表面粗糙度0.25～1.35μm，表面圆度≤0.01μm，曲线偏差±0.005μm，磨削效率单位磨削量≥1.6mm/h，自锐性良好，磨削过程中无磨粒粘连及堵塞现象，表面质量，磨削后轧辊侧光照射及油石打磨均无可见螺旋印、振痕等磨削缺陷，磨削划痕长度≤1.0mm，磨削比≥3.5。
轧辊磨床磨削液主要技术要求：PH值≥9.0，磨削液流量压力5.0～9.0bar，磨削液的浓度4.5％±0.2％，防锈性，轧辊磨削后15～20天无锈蚀，浓度稳定性月降≤0.3％，清洗性能，磨削后辊面无残留磨屑，砂轮无阻塞，精磨时表面粗糙度可达到0.10μm。
工作辊磨削工艺过程主要工艺参数设定：
a、粗磨工艺对轧辊进行初步整形并消除轧辊疲劳层和表面损伤，本发明通过优化不同磨削道次的磨削量分配，在保证磨削质量的同时，有效减少磨削时间，提高磨床磨削效率。第1、2…6道次，轧辊转速33.0r/min，砂轮转速38.0r/min，进给量12μm，补给量4μm，拖板速度2200.0m/min，第7、8…30道次，轧辊转速33.0r/min，砂轮转速38.0r/min，进给量48μm，补给量9μm，拖板速度2000.0m/min，第31、32…38道次，轧辊转速33.0r/min，砂轮转速38.0r/min，进给量32μm，补给量7μm，拖板速度1800.0m/min，第39、40…44道次，轧辊转速33.0r/min，砂轮转速38.0r/min，进给量26μm，补给量5μm，拖板速度1600.0m/min；
b、精磨工艺对轧辊进行最终整形，磨削出辊形、粗糙度符合要求的轧辊，对工作辊辊形磨削质量至关重要，本发明的特殊辊形曲线磨削时应尽可能地降低磨削速度，同时要兼顾磨削效率，根据现场对磨床磨削速度的实验研究，进一步对磨削速度进行优化设计，第1、2道次，轧辊转速42.0r/min，砂轮转速32.5r/min，绝对电流25.2mA，拖板速度1050.0m/min，第3、4道次，轧辊转速42.0r/min，砂轮转速32.5r/min，绝对电流22.5mA，拖板速度1000.0m/min，第5、6道次，轧辊转速42.0r/min，砂轮转速32.5r/min，绝对电流19.0mA，拖板速度950.0m/min，第7、8道次，轧辊转速42.0r/min，砂轮转速32.5r/min，绝对电流16.5mA，拖板速度900.0m/min；
c、抛光工艺，第1、2道次，轧辊转速45.0r/min，砂轮转速35.5r/min，绝对电流15.6mA，拖板速度850.0m/min，第3、4道次，轧辊转速45.0r/min，砂轮转速35.5r/min，绝对电流12.2mA，拖板速度750.0m/min，第5、6道次，轧辊转速45.0r/min，砂轮转速35.5r/min，绝对电流10.5mA，拖板速度600.0m/min，第7、8道次，轧辊转速45.0r/min，砂轮转速35.5r/min，绝对电流8.0mA，拖板速度400.0m/min。
工作辊磨削过程工艺控制：
a、磨辊前正常下线工作辊放置时间≥22h，事故下线工作辊放置时间≥240h；磨辊前确认待磨轧辊表面状态和辊颈情况，如有压痕、粘钢、可见裂纹、掉块、划伤、严重的辊印等，不可磨削，按事故辊处理，进行包裹放置；
b、事故辊磨削时，每磨削0.5mm做一次涡流探伤和辊形检测，磨削完探伤合格后应加磨0.2～0.3mm，经在线和人工超声波探伤合格后方可上线使用；
c、正常下线辊磨削要进行机床涡流和在线超声波探伤，保证轧辊无剩磁，涡流探伤软点≤0.3，裂纹≤0.25，磨床超声波探伤无异常。如发现“凸起”现象，且涡流检测软点和裂纹在同一位置，即使探伤合格，还需要进行手动超声波探伤；冷轧工作辊每10个使用周期做一次超声波表面波检测，每20个使用周期做一次超声波直探头辊面检测，直探探头扫描速度≤150mm/s，为了保证探伤准确性，相邻两次扫描间要有一定的重叠区域，重叠宽度至少应为探头直径的15％，对轧辊的外圆柱面要进行100％扫描；
d、正常下线辊磨后涡流检测结果显示超标裂纹、软点缺陷时，不得盲目下磨床，确认辊身表面清洁并进行辊身消磁后，若涡流检测缺陷仍无法消除，可追加磨削0.2～0.3mm；
e、磨削后轧辊表面不得存在划伤、凹坑、走刀纹等肉眼可见缺陷，轧辊磨削完成后，用油石打磨轧辊两侧距边部120mm范围内辊面，确保无缺陷方可上线使用；
f、轧辊磨削完成后涂油处理，裹好塑料布按辊架标识正确放置；为了充分对轧辊进行时效处理，消除因轧制过程造成的内应力，应保证磨削后足够的放置时间，避免轧辊短期内频繁使用的现象。
实施例4：在实施例2的基础上，本实施例提供的超薄铝箔冷轧板形控制方法，还包括冷轧阶段和箔轧阶段工作辊表面粗糙度设定，具体包括：
铝带冷轧过程工作辊的不均匀磨损使得辊面粗糙度分布不均，从而影响工作辊表面粗糙度均匀度，导致遗传到成品带钢表面粗糙度分布不均匀，最终影响铝带成品的表面质量及板形质量。工作辊表面粗糙度的合理选用对于轧制过程辊耗的有效控制及铝带表面质量、板形稳定性控制起着重要作用，本发明基于工作辊辊形曲线提出工作辊系辊面粗糙度协同策略，按照不同铝卷品种系列、不同道次给定工作辊表面粗糙度层别划分工业实用数据，具体如下：
a、冷轧用工作辊：
多道次辊面粗糙度协同策略为：第1道次、第2道次、第3道次用于实现大压下分配的同时还用于克服热轧来料的原始凸度、硬度波动对铝卷整体板形质量中凸度、横向厚差及边降缺陷的影响，第1道次、第2道次、第3道次采用高磨削粗糙度；第4道次、第5道次处于轧制中期阶段，实现对前部道次铝卷凸度和表面粗糙度质量的矫正，同时对于末道次保持恒定粗糙度以实现板形控制发挥作用，第4道次、第5道次采用中值磨削粗糙度；第6道次对成品铝卷板形起到最终定型作用，用于提供足够的板形控制能力以保持铝卷恒定的比例凸度，且辊缝凸度差异对于应力波影响起到放大作用，第6道次采用低磨削粗糙度。随着铝卷品种Ss系列的提升，肋部衍生浪形趋势显著增强，应逐渐增大辊面粗糙度，进一步稳定板形控制能力。
S1系列：第1道次、第2道次、第3道次、第4道次、第5道次、第6道次的工作辊表面粗糙度分别为0.7～0.8μm、0.7～0.8μm、0.7～0.8μm、0.6～0.7μm、0.6～0.7μm、0.5～0.6μm，支撑辊表面粗糙度分别为0.75～0.95μm、0.75～0.95μm、0.75～0.95μm、0.70～0.75μm、0.70～0.75μm、0.70～0.75μm；
S2系列：第1道次、第2道次、第3道次、第4道次、第5道次、第6道次的工作辊表面粗糙度分别为0.7～0.8μm、0.7～0.8μm、0.7～0.8μm、0.65～0.75μm、0.65～0.75μm、0.55～0.65μm，支撑辊表面粗糙度分别为0.75～0.95μm、0.75～0.95μm、0.75～0.95μm、0.75～0.80μm、0.75～0.80μm、0.75～0.80μm；
S3系列：第1道次、第2道次、第3道次、第4道次、第5道次、第6道次的工作辊表面粗糙度分别为0.7～0.8μm、0.7～0.8μm、0.7～0.8μm、0.7～0.8μm、0.7～0.8μm、0.55～0.65μm，支撑辊表面粗糙度分别为0.75～0.95μm、0.75～0.95μm、0.75～0.95μm、0.80～0.85μm、0.80～0.85μm、0.75～0.80μm；
S4系列：第1道次、第2道次、第3道次、第4道次、第5道次、第6道次的工作辊表面粗糙度分别为0.75～0.85μm、0.75～0.85μm、0.75～0.85μm、0.75～0.85μm、0.75～0.85μm、0.6～0.7μm，支撑辊表面粗糙度分别为0.85～0.95μm、0.85～0.95μm、0.85～0.95μm、0.85～0.90μm、0.85～0.90μm、0.80～0.85μm；
S5系列：第1道次、第2道次、第3道次、第4道次、第5道次、第6道次的工作辊表面粗糙度分别为0.8～0.9μm、0.8～0.9μm、0.8～0.9μm、0.75～0.85μm、0.75～0.85μm、0.65～0.75μm，支撑辊表面粗糙度分别为0.9～1.0μm、0.9～1.0μm、0.9～1.0μm、0.85～0.95μm、0.85～0.95μm、0.85～0.95μm。
b、箔轧用工作辊：
箔轧阶段第1道次、第2道次、第3道次、第4道次的道次压下率大于33.0％，铝箔板形质量对于变形量敏感性较大，应力波影响的高次浪形遗传程度大，而且铝箔表面粗糙度质量也易产生较大波动，应采用相对较高的粗糙度辊，并且辊面粗糙度随着道次压下率的增大而增大，随着铝卷品种Ss系列的提升而增大；第5道次、第6道次稳定铝箔成品目标粗糙度，采用镜面磨削工作辊，综合考虑轧辊表面粗糙度衰减规律和不同规格铝箔轧制过程板形控制特点，基于不同铝箔成品的厚度规格，建立镜面磨削工作辊表面粗糙度设定模型如下：
Figure BDA0003531987240000291
式中：
Figure BDA0003531987240000292
表示镜面磨削工作辊表面粗糙度设定值，μm；
Figure BDA0003531987240000293
表示镜面磨削工作辊表面粗糙度基准值，μm；t表示成品铝箔厚度，mm；λ表示箔轧用工作辊镜面磨削系数，无量纲；ε表示成品铝箔相对厚度参考值，mm。
根据实验数据给出拟合模型结果：
Figure BDA0003531987240000294
其中λ的标准差为0.00036，θ的标准差为0.00115，
Figure BDA0003531987240000295
的标准差为0.00754，上述设定模型综合拟合精度达到98.226％，满足工业生产实用要求。
S1系列：第1道次、第2道次、第3道次、第4道次的工作辊表面粗糙度分别为0.22～0.26μm、0.11～0.13μm、0.11～0.13μm、0.11～0.13μm、第5道次、第6道次采用镜面磨削工作辊，表面粗糙度为0.037～0.078μm；
S2系列：第1道次、第2道次、第3道次、第4道次的工作辊表面粗糙度分别为0.22～0.26μm、0.11～0.14μm、0.11～0.14μm、0.11～0.14μm、第5道次、第6道次采用镜面磨削工作辊，表面粗糙度为0.037～0.078μm；
S3系列：第1道次、第2道次、第3道次、第4道次的工作辊表面粗糙度分别为0.22～0.26μm、0.12～0.15μm、0.12～0.15μm、0.12～0.15μm、第5道次、第6道次采用镜面磨削工作辊，表面粗糙度为0.037～0.078μm；
S4系列：第1道次、第2道次、第3道次、第4道次的工作辊表面粗糙度分别为0.24～0.28μm、0.13～0.16μm、0.13～0.16μm、0.13～0.16μm、第5道次、第6道次采用镜面磨削工作辊，表面粗糙度为0.037～0.078μm；
S5系列：第1道次、第2道次、第3道次、第4道次的工作辊表面粗糙度分别为0.28～0.32μm、0.14～0.18μm、0.14～0.18μm、0.14～0.18μm、第5道次、第6道次采用镜面磨削工作辊，表面粗糙度为0.037～0.078μm。
本发明工作辊系辊面粗糙度协同策略及工作辊磨削工艺优化进一步增强辊间凸度柔性化调控，最终解决高品质铝带高速冷轧工艺过程高阶浪形问题，提高铝带通板面综合板形质量。
具体实施例中，以3XXX系铝箔产品为例，铝卷铸轧厚度7.05mm，宽度2050.0mm，综合板形值26.77IU，冷轧终轧铝卷厚度0.17mm，累积压下率97.6％，箔轧成品厚度0.01mm，累积压下率94.1％，根据前述铝卷品种层别划分可知属于S5系列(B≥1880mm)。
(1)轧制过程主要工艺参数设定如下：
冷轧主要工艺参数设定如下，见表1：
表1冷轧过程主要工艺参数
Figure BDA0003531987240000311
Figure BDA0003531987240000321
注：DS：轧机驱动侧参数，OS：轧机操作侧参数；电流负荷分配：按各道次电机输出功率计算，取值范围为(0～100％)。
箔轧主要工艺参数设定如下，见表2：
表2箔轧过程主要工艺参数
Figure BDA0003531987240000322
Figure BDA0003531987240000331
(2)应力波影响数学模型参数计算如下：
本实施例中，冷轧工艺过程中应力波诱导潜在板形缺陷演变影响机制的核心参数应选择S5系列对应的数值，可得到各道次轧制过程中，工作辊辊形对应力波诱导潜在板形缺陷演变的影响因子分别为：
Figure BDA0003531987240000332
Figure BDA0003531987240000333
各道次轧制过程中，工作辊辊形对应力波诱导潜在板形缺陷演变的平均影响因子为：
Figure BDA0003531987240000334
各道次轧制过程中，工作辊辊形对应力波诱导潜在板形缺陷演变影响的均方值为：
Figure BDA0003531987240000335
应力波诱导潜在板形缺陷演变临界态几何扰动量为：
Figure BDA0003531987240000336
各道次轧制过程中，工作辊辊形对应力波诱导潜在板形缺陷演变影响的方根值为：
Figure BDA0003531987240000337
应力波诱导潜在板形缺陷演变临界态物理扰动量的常对数扰动量为：
Figure BDA0003531987240000338
应力波诱导潜在板形缺陷演变临界态物理扰动量的e-对数扰动量为：
Figure BDA0003531987240000339
(3)工作辊辊形曲线模型参数计算如下：
本实施例中，将应力波影响因素引入到工作辊辊形模型弦角、弧度制弦角、几何幅度、一阶幂化系数及高阶幂化系数等模型参数，进一步，可计算出工作辊辊形曲线当量弦角、当量弧度制弦角、当量几何幅度、一阶当量幂化系数及高阶当量幂化系数等参数，具体计算过程如下：
a、工作辊辊形曲线当量弦角为：
根据前文所述，工作辊辊形曲线基准弦角取冷轧机装备初始值
Figure BDA0003531987240000341
因为第1道次、第2道次、第3道次h1-3≥1.0mm，所以，
Figure BDA0003531987240000342
因为第4道次、第5道次、第6道次h4-6＜1.0mm，所以，
Figure BDA0003531987240000343
b、工作辊辊形曲线当量弧度制弦角为：
经过弧度制变换，可得第1道次、第2道次、第3道次当量弧度制弦角，
Figure BDA0003531987240000344
经过弧度制变换，可得第4道次、第5道次、第6道次当量弧度制弦角，
Figure BDA0003531987240000345
c、工作辊辊形曲线当量几何幅度为：
根据前文所述，工作辊辊形曲线基准几何幅度取冷轧机装备初始值
Figure BDA0003531987240000346
因为第1道次、第2道次、第3道次h1-3≥1.0mm，所以，
Figure BDA0003531987240000351
因为第4道次、第5道次、第6道次h4-6＜1.0mm，所以，
Figure BDA0003531987240000352
d、工作辊辊形曲线一阶当量幂化系数为：
根据前文所述，工作辊辊形曲线基准一阶幂化系数取冷轧机装备初始值
Figure BDA0003531987240000353
因为第1道次、第2道次、第3道次h1-3≥1.0mm，所以，
Figure BDA0003531987240000354
因为第4道次、第5道次、第6道次h4-6＜1.0mm，所以，
Figure BDA0003531987240000355
e、工作辊辊形曲线高阶当量幂化系数为：
根据前文所述，工作辊辊形曲线基准高阶幂化系数取冷轧机装备初始值
Figure BDA0003531987240000356
所以，铝卷品种S5系列的工作辊辊形曲线高阶当量幂化系数为：
Figure BDA0003531987240000357
(4)工作辊辊形曲线函数形式
取工作辊凸度计算有效长度
Figure BDA0003531987240000358
综上所述，基于应力波诱导板形演变影响机制，适用于3XXX系铝箔冷轧工艺过程的最优工作辊辊形曲线函数形式如下：
第1道次、第2道次、第3道次采用辊形函数形式，
Figure BDA0003531987240000361
第4道次、第5道次、第6道次采用辊形函数形式，
Figure BDA0003531987240000362
上式可转化为：
Figure BDA0003531987240000363
Figure BDA0003531987240000364
(5)工作辊磨削辊径计算
如图2所示，工作辊磨削参数示意图，以横移运动前的工作辊辊形曲线中心点为坐标原点O点，过O点分别作水平横轴为x轴，竖直方向为y轴建立空间坐标系，横移后辊形曲线上的最小辊形值点为A点，辊身上方对称点为A’点，分别过A点和A’点作y轴的垂面即可得到上磨削凸度基面和下磨削凸度基面，工作辊磨削工艺过程中，磨床砂轮定位于A点，也即磨削起始点。
依据轧制铝带品种的规格层别，本实施例中，工作辊磨削前原始辊径采用Dw＝420mm，上磨削凸度基面和下磨削凸度基面的垂直距离即为工作辊磨削前原始辊径值。
根据工作辊辊形曲线函数和磨削辊径函数可进一步计算得到磨削后的辊径数据，
Figure BDA0003531987240000371
(6)工作辊表面粗糙度设定如下：
根据前文所述，本实施例中，工作辊表面粗糙度参数应选择S5系列对应的数值如下：
冷轧用辊粗糙度：第1道次、第2道次、第3道次、第4道次、第5道次、第6道次的工作辊表面粗糙度分别为0.8～0.9μm、0.8～0.9μm、0.8～0.9μm、0.75～0.85μm、0.75～0.85μm、0.65～0.75μm，支撑辊表面粗糙度分别为0.9～1.0μm、0.9～1.0μm、0.9～1.0μm、0.85～0.95μm、0.85～0.95μm、0.85～0.95μm。
箔轧用辊粗糙度：第1道次、第2道次、第3道次、第4道次的工作辊表面粗糙度分别为0.28～0.32μm、0.14～0.18μm、0.14～0.18μm、0.14～0.18μm、第5道次、第6道次采用镜面磨削工作辊，表面粗糙度为0.037～0.078μm。
(8)箔轧成品质量控制效果
本发明开发出的工作辊辊形曲线应用于超薄3XXX系铝箔产品冷轧工艺过程，实践表明：3XXX系铝箔产品的综合板形值由铸轧来料的26.77IU降低至4.8IU(铝箔综合板形值分布情况如图3所示)，铝箔成品表面无孔洞、无色差、无条纹，箔面质量良好，铝箔成品表面针孔数≤2个/km2，端面平整，无层错，铝箔亮面无带油，表面润湿张力≥34.6达因值，导电率达到85.0～95.0s/m，有效提高铝箔涂层均匀性和导电性。同时，铝箔成品抗拉强度达到265.8MPa＜σs≤274.5MPa，延伸率控制在4.0％～5.5％，超薄铝箔综合力学性能显著提高。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.冷轧用工作辊辊形设计方法，其特征在于，包括：
根据正弦函数和幂函数为基础函数构造复合函数构造工作辊辊形函数模型；
利用预先构建的应力波影响数学模型求解铝卷各规格系列对应冷轧工艺过程中的应力波诱导潜在板形缺陷演变影响的各特定参数值；
将各特定参数值代入所述工作辊辊形函数模型确定铝卷各规格系列对应的工作辊辊形函数模型形式；
根据选定铝卷规格系列对应的工作辊辊形函数模型形式设计该铝卷规格系列冷轧用工作辊辊形。
2.根据权利要求1所述的冷轧用工作辊辊形设计方法，其特征在于，所述工作辊辊形函数模型的表达式如下：
Figure FDA0003531987230000011
其中Qw(x)表示工作辊辊形曲线上x位置处的辊形值，ψw表示工作辊辊形模型几何幅度，
Figure FDA0003531987230000012
表示工作辊辊形模型弦角，
Figure FDA0003531987230000013
表示工作辊凸度计算有效长度，
Figure FDA0003531987230000014
表示工作辊辊形模型一阶幂化系数，τw表示工作辊辊形模型高阶幂化系数。
3.根据权利要求1所述的冷轧用工作辊辊形设计方法，其特征在于，铝卷各规格系列划分为：S1系列、S2系列、S3系列、S4系列和S5系列，所述S1系列为B＜1050mm的超窄规格类铝卷；S2系列为1050mm≤B＜1250mm的窄规格类铝卷；S3系列为1250mm≤B＜1450mm的中宽规格类铝卷；S4系列为1450mm≤B＜1880mm的宽规格类铝卷；S5系列为B≥1880mm的特宽规格类铝卷；其中：B表示铝卷成品的宽度，mm。
4.根据权利要求2所述的冷轧用工作辊辊形设计方法，其特征在于，所述应力波影响数学模型表达式如下：
Figure FDA0003531987230000021
Figure FDA0003531987230000022
Figure FDA0003531987230000023
Figure FDA0003531987230000024
Figure FDA0003531987230000025
Figure FDA0003531987230000031
其中
Figure FDA0003531987230000032
表示铝卷品种为Ss系列时各道次轧制过程中，工作辊辊形对应力波诱导潜在板形缺陷演变的平均影响因子；
Figure FDA0003531987230000033
表示铝卷品种为规格系列s时第i道次轧制过程中，工作辊辊形对应力波诱导潜在板形缺陷演变的影响因子；
Figure FDA0003531987230000034
表示铝卷品种为Ss系列时各道次轧制过程中，工作辊辊形对应力波诱导潜在板形缺陷演变影响的均方值；
Figure FDA0003531987230000035
表示铝卷品种为Ss系列时各道次轧制过程中，工作辊辊形对应力波诱导潜在板形缺陷演变影响的方根值；
Figure FDA0003531987230000036
表示铝卷品种为Ss系列时应力波诱导潜在板形缺陷演变临界态几何特征值；n为冷轧工艺道次总数，n≥4。
Figure FDA0003531987230000037
表示铝卷品种为Ss系列时应力波诱导潜在板形缺陷演变临界态物理场特征值。
5.根据权利要求4所述的冷轧用工作辊辊形设计方法，其特征在于，对应铝卷品种为Ss系列时工作辊辊形模型弦角
Figure FDA0003531987230000038
的计算方法如下：
Figure FDA0003531987230000039
Figure FDA00035319872300000310
表示铝卷品种为Ss系列时第i道次工作辊辊形模型当量弦角，
Figure FDA00035319872300000311
为工作辊辊形曲线基准弦角，h表示铝卷产品第i道次出口厚度，mm，h≥1.0mm，s＝1,2,…,N，N为规格系列的数量，i＝1,2…,n,
对应铝卷品种为Ss系列时工作辊辊形模型几何幅度ψw的计算方法如下：
Figure FDA0003531987230000041
Figure FDA0003531987230000042
表示铝卷品种为Ss系列时第i道次工作辊辊形模型当量几何幅度，
Figure FDA0003531987230000043
为工作辊辊形曲线基准几何幅度；
对应铝卷品种为Ss系列时工作辊辊形模型一阶幂化系数
Figure FDA0003531987230000044
的计算方法如下：
Figure FDA0003531987230000045
其中
Figure FDA0003531987230000046
表示铝卷品种为Ss系列时第i道次工作辊辊形模型一阶当量幂化系数，无量纲；
Figure FDA0003531987230000047
为工作辊辊形曲线基准一阶幂化系数，无量纲；
对应铝卷品种为Ss系列时工作辊辊形模型高阶幂化系数τw的计算方法如下：
Figure FDA0003531987230000048
Figure FDA0003531987230000049
表示铝卷品种为Ss系列时各道次工作辊辊形模型高阶当量幂化系数，无量纲；
Figure FDA00035319872300000410
为工作辊辊形曲线基准高阶幂化系数，无量纲。
6.超薄铝箔冷轧板形控制方法，其特征在于，包括：
采用如权利要求1～5任意一项权利要求所述的冷轧用工作辊辊形设计方法设计冷轧用工作辊辊形；
利用预先建立的工作辊磨削后的辊径函数对所述工作辊进行磨削；
所述工作辊磨削后的辊径函数表示如下：
Figure FDA0003531987230000052
其中
Figure FDA0003531987230000051
表示工作辊磨削后辊形曲线上xnod位置处的辊径，mm；Dw表示工作辊磨削前原始辊径，δwnod(x)表示工作辊辊形曲线上xnod位置处的绝对磨削量，mm，
Qwnod(x)min表示工作辊辊形曲线归一化坐标下的最小辊形值。
7.根据权利要求6所述的超薄铝箔冷轧板形控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括工作辊辊形磨削工艺参数设计，具体包括：
在粗磨工艺过程中，第1、2…6道次，轧辊转速33.0r/min，砂轮转速38.0r/min，进给量12μm，补给量4μm，拖板速度2200.0m/min，第7、8…30道次，轧辊转速33.0r/min，砂轮转速38.0r/min，进给量48μm，补给量9μm，拖板速度2000.0m/min，第31、32…38道次，轧辊转速33.0r/min，砂轮转速38.0r/min，进给量32μm，补给量7μm，拖板速度1800.0m/min，第39、40…44道次，轧辊转速33.0r/min，砂轮转速38.0r/min，进给量26μm，补给量5μm，拖板速度1600.0m/min；
在精磨工艺过程中，第1、2道次，轧辊转速42.0r/min，砂轮转速32.5r/min，绝对电流25.2mA，拖板速度1050.0m/min，第3、4道次，轧辊转速42.0r/min，砂轮转速32.5r/min，绝对电流22.5mA，拖板速度1000.0m/min，第5、6道次，轧辊转速42.0r/min，砂轮转速32.5r/min，绝对电流19.0mA，拖板速度950.0m/min，第7、8道次，轧辊转速42.0r/min，砂轮转速32.5r/min，绝对电流16.5mA，拖板速度900.0m/min；
在抛光工艺过程，第1、2道次，轧辊转速45.0r/min，砂轮转速35.5r/min，绝对电流15.6mA，拖板速度850.0m/min，第3、4道次，轧辊转速45.0r/min，砂轮转速35.5r/min，绝对电流12.2mA，拖板速度750.0m/min，第5、6道次，轧辊转速45.0r/min，砂轮转速35.5r/min，绝对电流10.5mA，拖板速度600.0m/min，第7、8道次，轧辊转速45.0r/min，砂轮转速35.5r/min，绝对电流8.0mA，拖板速度400.0m/min。
8.根据权利要求7所述的超薄铝箔冷轧板形控制方法，其特征在于，
所述控制方法中工作辊辊形磨削工艺包括：
a、磨辊前正常下线工作辊放置时间≥22h，事故下线工作辊放置时间≥240h；
b、事故辊磨削时，每磨削0.5mm做一次涡流探伤和辊形检测，磨削完探伤合格后应加磨0.2～0.3mm；
c、正常下线辊磨削要进行机床涡流和在线超声波探伤，保证轧辊无剩磁，涡流探伤软点≤0.3，裂纹≤0.25，磨床超声波探伤无异常；冷轧工作辊每10个使用周期做一次超声波表面波检测，每20个使用周期做一次超声波直探头辊面检测，直探探头扫描速度≤150mm/s，为了保证探伤准确性，相邻两次扫描间要有设定的重叠区域，重叠宽度至少应为探头直径的15％，对轧辊的外圆柱面要进行100％扫描；
d、正常下线辊磨后涡流检测结果显示超标裂纹、软点缺陷时，确认辊身表面清洁并进行辊身消磁后，若涡流检测缺陷仍无法消除，则追加磨削0.2～0.3mm；
e、轧辊磨削完成后，用油石打磨轧辊两侧距边部120mm范围内辊面，确保无缺陷；
f、轧辊磨削完成后涂油处理，裹好塑料布按辊架标识正确放置。
9.根据权利要求8所述的超薄铝箔冷轧板形控制方法，其特征在于，
所述控制方法还包括对冷轧过程中工作辊表面粗糙度设定，具体包括：冷轧过程设置6个道次，第1道次、第2道次、第3道次采用第一磨削粗糙度，第4道次、第5道次采用第二磨削粗糙度；第6道次采用第三磨削粗糙度，所述第一磨削粗糙度、第二磨削粗糙度和第三磨削粗糙度依次减小。
10.根据权利要求8所述的超薄铝箔冷轧板形控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括对箔轧阶段镜面磨削工作辊表面粗糙度设定，箔轧阶段镜面磨削工作辊表面粗糙度模型如下：
Figure FDA0003531987230000071
其中
Figure FDA0003531987230000072
表示镜面磨削工作辊表面粗糙度设定值，μm；
Figure FDA0003531987230000073
表示镜面磨削工作辊表面粗糙度基准值，μm；t表示成品铝箔厚度，mm；λ表示箔轧用工作辊镜面磨削系数，无量纲；ε表示成品铝箔相对厚度参考值，mm。
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