專利名稱：一種用于帶鋼板形控制的凸度可變工作輥輥形的形成方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種帶鋼板材的制作方法，具體地，本發(fā)明涉及一種帶鋼板材制造時 的板形控制方法，更具體地，本發(fā)明涉及一種用于帶鋼板形控制的凸度可變工作輥(VCW) 輥形的形成方法。
背景技術：
鋼鐵的板帶材料作為鋼鐵工業(yè)最重要的產(chǎn)品之一，在國民經(jīng)濟發(fā)展中起著非常重 要的作用。它在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防以及日常生活中都有著極其廣泛的應用。隨著用戶對產(chǎn)品 質(zhì)量要求的提升，目前國內(nèi)的帶鋼板材實物質(zhì)量與國際先進水平相比仍有一定的差距。例 如，針對家電冰箱板等鋼板材料的生產(chǎn)，需要按用戶所需求的規(guī)格，將帶鋼板材由厚變薄、 由窄變寬進行加工制作。帶鋼板材的這種生產(chǎn)過程伴隨著生產(chǎn)過程中，機組出現(xiàn)諸如板形 瓢曲、斷帶、帶鋼出現(xiàn)邊浪、等一系列產(chǎn)品質(zhì)量問題，即，出現(xiàn)最終板材在橫向的厚度不均 勻、不平度、同板差和厚度公差嚴重等問題，影響了產(chǎn)品的正常生產(chǎn)。為此，人們采用了 VC平整機，即凸度可變平整機。該平整機的特性是平整機的凸度可變工作輥(VCW)，即VC輥，由芯輥和輥套兩部分組成，輥套通過熱 裝配合套在芯輥上，在其中間有一環(huán)形油腔，如

圖1所示。高壓油通過芯輥中心的油孔注入 油隙中，使輥套膨脹。當油壓連續(xù)變化時，就會在輥面上獲得連續(xù)的凸度變化。然而，由于VC平整機的橫剛度低于同尺寸的普通四輥平整機。這也就是說，在同 樣的工藝條件下，VC平整機的輥縫凸度大，基本凸度點大，且調(diào)控域偏向二次凸度增大的方 向，這就使得VC平整機的橫剛度小，帶鋼容易出現(xiàn)邊浪。VC平整機的橫剛度小是由它的結(jié)構(gòu)特點所決定的。由于VC支持輥中存在油縫，支 持輥主要由芯軸來承受彎曲，有效的支持輥輥徑變小了，抵抗彎曲的能力降低。油壓不能始 終保持軸套向外漲，承載時軸套可能發(fā)生反彎，向芯軸內(nèi)凹陷。工作輥與支持輥之間的有害 接觸區(qū)始終存在，削弱了輥縫橫剛度。增加工作輥凸度能起到一定的控制帶鋼邊浪的目的，但過大的工作輥凸度會帶來 另外的不利因素①過大的工作輥凸度會造成輥系的不穩(wěn)定，容易使支持輥不對稱單側(cè)磨 損嚴重，進而造成了帶鋼出現(xiàn)單邊浪；②增加工作輥凸度會加劇VC輥軸套的內(nèi)凹，使油縫 油膜厚度減小，使輥套軸向彎曲變形程度加大，可能危害VC輥的安全穩(wěn)定工作；③VC輥軸 套內(nèi)凹會使輥套內(nèi)側(cè)承受較大的拉應力，過大的內(nèi)凹會使輥套內(nèi)側(cè)表層所受交變應力的絕 對值和變化幅度都進一步增大，對VC輥的正常使用構(gòu)成威脅。因此，在0. 2mm凸度的基礎 上，繼續(xù)增加工作輥凸度不是最有效、最根本的解決方案。另外，在正常狀態(tài)下，VC支持輥通過改變油壓既能提供向外凸的在線輥形，又能提 供向內(nèi)凹的在線輥形。當軋制力超過軋制力上限時，VC支持輥在最大油壓下也不能提供向 外凸的在線輥形，因此VC輥不適用于大軋制力的情況，受到軋制力上限的限制。另一方面，在生產(chǎn)例如冰箱板等的帶鋼板形時，其問題如下厚度0. 45mm以下、寬度在1200mm至1300mm的冰箱板等的帶鋼板材容易發(fā)生邊浪，且難于控制。生產(chǎn)中幾乎將平整機的彎輥和VC油壓都加載到近極限，但仍然出現(xiàn)邊浪， 板形質(zhì)量不穩(wěn)定。這是因為，對于VC輥、干式平整機來說，薄寬規(guī)格冰箱板所需的軋制力都 在800噸以上，軋制力比同規(guī)格其它產(chǎn)品大很多。軋制力大與輥系橫剛度低這兩個因素共 同造成了冰箱板生產(chǎn)中易出現(xiàn)邊浪的問題。根據(jù)上述可以明白，即使軋機、平整機配備了先進的板形控制系統(tǒng)和控制手段，仍 然存在部分品種、規(guī)格的帶鋼板形難于控制，出現(xiàn)最終板材在橫向的厚度不均勻、不平度、 同板差和厚度公差嚴重等問題，以及板形缺陷導致的軋輥服役周期有限的問題。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)對平整機的初始輥，即，對平整機的凸度可變工作輥(VCW)的輥形 進行設計，也是一種重要的、有效的帶鋼板形的調(diào)節(jié)手段。本發(fā)明人又發(fā)現(xiàn)對平整機的初始輥，即，對平整機的凸度可變工作輥(VCW)的輥 形曲線進行的合理設計可以緩解軋輥縱向受力不均現(xiàn)象，減少軋制過程中的磨損或者使其 均勻磨損，直接降低成本，同時減少不良產(chǎn)品率，提高優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的生產(chǎn)命中率。另外，本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)對平整機的初始輥，即，對平整機的凸度可變工作輥 (VCff)的輥形曲線進行的合理設計，可以保證最終板材在橫向的厚度均勻，使其不平度、同 板差和厚度公差達到國家標準、國際標準乃至苛刻的用戶標準。同時，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)對平整機的初始輥，即，對平整機的凸度可變工作輥(VCW)的 輥形曲線進行的合理設計可以幫助軋機充分發(fā)揮其功能力，拓展產(chǎn)能，并順利開發(fā)出一些 新品種。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于帶鋼板形控制的凸度可變工 作輥(VCW)輥形的形成方法，所述用于帶鋼板形控制的凸度可變工作輥(VCW)輥形的形成 方法系針對VC平整機而言，特別適用于對例如冰箱板等帶鋼板形的控制。本發(fā)明的一種用于帶鋼板形控制的凸度可變工作輥(VCW)輥形的形成方法的技 術方案如下一種用于帶鋼板形控制的凸度可變工作輥(VCW)輥形的形成方法，其特征在于所述凸度可變工作輥VCW工作輥輥形曲線由三部分構(gòu)成(1)主承載區(qū)在帶鋼寬度范圍內(nèi)，[_B/2，B/2]，其中B為最大板寬，定義為主承載 區(qū)，這部分的輥形比較平緩，目的是克服過大的工作凸度造成VC輥輥套向內(nèi)凹陷以及油縫 厚度的減??；(2)過渡區(qū)支持輥邊部到帶鋼邊部的范圍，[-Lb/2, -Β/2]和[B/2，Lb/2]，過渡區(qū) 的輥徑比主承載區(qū)輥徑小，目的是起到一定減小有害接觸區(qū)、增加正彎輥效果的目的；(3)減壓靠區(qū)工作輥邊部到支持輥邊部的范圍，[_Lw/2，-Lb/2]和[LB/2，Lw/2]， 此部分工作輥在支持輥外部，工作輥輥徑明顯減小，起到減小或消除壓靠的目的。根據(jù)本發(fā)明的用于帶鋼板形控制的凸度可變工作輥(VCW)輥形的形成方法，其特 征在于主7承載區(qū)=R1(X) = A12x2+A14x4+A16x6+A18x8+…過渡區(qū)(左右兩部分對稱)R2(X)= A20+A22x2+A24x4+A26x6+A28x8+···減壓靠區(qū)(左右兩部分對稱)R3(x)= A3(1+A32X2+A34X4+A36X6+A38X8+···
式中A1 (χ)、R2 (χ)、R3(X)為輥形函數(shù)，A12、A 14、A16、A18 λ A30、A32 Λ A34 Λ A36 Λ A38 為多 式系數(shù)，χ為距離輥身中點的距離，在-ι +1范圍。其中各系數(shù)的范圍如下Ai2:[10，30]A14[-5,15]Ai6[60，120] A18[400,700]
A2O
A22
A24[-5,15] A26[400,800]
A28[-5,10]A3O
A32:[-10，10]
A34:[20，80]A36[50,150]A38[450,850]O上述輥形曲線的確定實際上就是確定各多項式系數(shù)，多項式系數(shù)就是設計變量， 即通過搜索找出符合條件的輥形曲線。多項式系數(shù)確定的方法如下。輥形曲線應同時滿足以下幾個條件①平移動基本凸度點，即在條件相同的情況 下，凸度可變工作輥輥形要能得到比0. 2mm凸度輥形更小的輥縫凸度，目的是更好的控制 帶鋼的邊浪；②凸度可變工作輥輥形能夠得到比0. 2mm凸度工作輥更好的輥間接觸壓力分 布，能夠降低邊部接觸壓力的尖峰，并且能夠在不對稱情況下得到更均勻的輥間接觸壓力 分布，目的是減輕支持輥的不對稱磨損；③凸度可變工作輥輥形不能明顯減小油縫厚度，目 的是不能降低油楔的承載能力。④輥形曲線的凸度(輥身邊緣與輥身中點的半徑差)應大 于0. 8mm (目的是避免軋輥邊部剝落)，小于1. 4mm (目的是避免輥耗過大)；⑤必須保證五 部分形成的工作輥輥形曲線連續(xù)，輥形曲線單調(diào)遞增。輥形曲線系數(shù)的搜索過程需要仿真計算不同輥形曲線下的輥系變形，通過離線仿 真來計算基本凸度點、油縫厚度等評價指標。輥形系數(shù)Au通過使用有限元軟件計算獲得，具體步驟為a.使用優(yōu)化算法進行選優(yōu)計算，優(yōu)化計算的設計變量是輥形系數(shù)Au，優(yōu)化計算的 目標函數(shù)是①輥間接觸應力分布最均勻、②油縫厚度最大，優(yōu)化計算的約束條件是①凸度 可變工作輥輥形的基本凸度點處于50 90 μ m、②輥形曲線的凸度為0. 8-1. 4mm、③工作輥 輥形曲線連續(xù)單調(diào)遞增。b.在優(yōu)化計算中的迭代中，每計算一次目標函數(shù)與約束條件，需要先通過離線仿 真來計算軋機的基本凸度點、輥間接觸壓力的分布和油縫厚度，然后對整個輥形曲線再進 行尋優(yōu)。根據(jù)本發(fā)明的用于帶鋼板形控制的凸度可變工作輥(VCW)輥形的形成方法，其特 征在于所述主承載區(qū)在0-50 μ m范圍，所述過渡區(qū)在50-200 μ m范圍，所述減壓靠區(qū)在 200-800 μ m 范圍。根據(jù)本發(fā)明的用于帶鋼板形控制的凸度可變工作輥(VCW)輥形的形成方法，其特 征在于A12λ Α14λ A16λ A18 Α22、Α24、Α26、A2§ Α30、Α32、Α34、Α36、A38 等多項式系8—10 項。1.有益效果為了從理論上說明凸度可變工作輥輥形的優(yōu)越性，選取寶鋼1550連退平整機為 研究對象，此機組生產(chǎn)的薄寬規(guī)格冰箱板的規(guī)格為0. 45mmX 1300mm。運用有限元軟件對 VCff輥形進行仿真計算，對比原輥形(平輥、0. 2mm凸度工作輥)和VCW輥形(圖3)的控制 性能，包括基本凸度點，VC支持輥油縫厚度變化，輥間接觸壓力不對稱系數(shù)三個指標。
基本凸度點的定義為當各板形調(diào)控手段都處于基本調(diào)節(jié)起點時承載輥縫在板寬 范圍內(nèi)所具有的二次凸度值。為分析各種輥形的不對稱特性，有限元模型中給帶鋼跑偏后的軋制力分布，制造 輥系的不對稱因素。為定量說明接觸壓力的不對稱分布，定義如下指標
權(quán)利要求
一種用于帶鋼板形控制的凸度可變工作輥輥形的形成方法，其特征在于所述凸度可變工作輥輥形曲線由三部分構(gòu)成(1)主承載區(qū)在帶鋼寬度范圍內(nèi)，[ B/2，B/2]，其中B為最大板寬，定義為主承載區(qū)；(2)過渡區(qū)支持輥邊部到帶鋼邊部的范圍，[ LB/2， B/2]和[B/2，LB/2]，過渡區(qū)的輥徑比主承載區(qū)輥徑小，其中LB為支持輥輥身長度；(3)減壓靠區(qū)工作輥邊部到支持輥邊部的范圍，[ LW/2， LB/2]和[LB/2，LW/2]，其中LW為工作輥輥身長度。
2.如權(quán)利要求1所述的用于帶鋼板形控制的凸度可變工作輥輥形的形成方法，其特征 在于主承載區(qū)=R1(X) = A12x2+A14x4+A16x6+A18x8+... 過渡區(qū)，左右兩部分對稱=R2 (x) = Α20+Α22Χ2+Α24Χ4+Α26Χ6+Α28Χ8+... 減壓靠區(qū)，左右兩部分對稱:R3 (χ) = Α3。+Α32χ2+Α34χ4+Α36χ6+Α38χ8+... 式中R1 (χ)、R2 (χ)、R3 (χ)為輥形函數(shù)， A12、A14 λ Α16、Α18λ A30 λ A32 λ A34 Λ A36 λ A38 為多項式系數(shù)， χ為距離輥身中點的距離，在-ι +1范圍； 其中各系數(shù)的范圍如下A12 [10, 30] A14: [-5，15] A16 [60,120] A18 [400, 700] A20
A22
A24: [-5，15] A26 [400，800] A28: [-5，10] A3
A32 [-10,10] A34 [20,80] A36 [50,150] A38 [450，850]。
3.如權(quán)利要求1所述的用于帶鋼板形控制的凸度可變工作輥輥形的形成方法，其特征 在于所述主承載區(qū)在0-50μπι范圍，所述過渡區(qū)在50-200μπι范圍，所述減壓靠區(qū)在 200-800 μ m 范圍。
4.如權(quán)利要求1所述的用于帶鋼板形控制的凸度可變工作輥輥形的形成方法，其特征 在于輥形曲線的凸度，即輥身邊緣與輥身中點的半徑差應大于0. 8mm,小于1. 4mm。
5.如權(quán)利要求1所述的用于帶鋼板形控制的凸度可變工作輥輥形的形成方法，其特征 在于輥形系數(shù)Au通過使用有限元軟件計算獲得，具體步驟為a.使用優(yōu)化算法進行選優(yōu)計算，優(yōu)化計算的設計變量是輥形系數(shù)Aij， 優(yōu)化計算的目標函數(shù)是①輥間接觸應力分布最均勻、②油縫厚度最大； 優(yōu)化計算的約束條件是①VCW輥形的基本凸度點處于50 90μ m，②輥形曲線的凸度為0.8-1. 4mm,③工作輥輥形曲線連續(xù)單調(diào)遞增；b.在優(yōu)化計算中的迭代中，每計算一次目標函數(shù)與約束條件，需要先通過離線仿真來計算軋機的基本凸度點、輥間接觸壓力的分布和油縫厚度，然后對整個輥形曲線再進行尋 優(yōu)。
6.如權(quán)利要求2所述的用于帶鋼板形控制的凸度可變工作輥輥形的形成方法，其特征 在于A12、A14 λ A16、A18 __A22 Λ A24 Λ A26 Λ A28 __A30、A32、A34、A36、 A38等多項式系數(shù)各取8-10項。
7.如權(quán)利要求6所述的用于帶鋼板形控制的凸度可變工作輥輥形的形成方法，其特征 在于針對1550連退平整機，凸度可變工作輥輥形參數(shù)取下述項 A12 = 20，A14 = 10，A16 = 90，A18 = 580， A2O = 0, A22 = 2, A24 = 4, A26 = 564, A28 = 0 A^q — 0，Α32 — 20，Α34 — 59 j A^g — 88 ？ A^g — 551。
全文摘要
一種用于帶鋼板形控制的凸度可變工作輥(VCW)輥形的形成方法，其特征在于將VCW輥形VCW工作輥輥形曲線由三部分構(gòu)成(1)主承載區(qū)在帶鋼寬度范圍內(nèi)，[-B/2，B/2]，其中B為最大板寬，定義為主承載區(qū)；(2)過渡區(qū)支持輥邊部到帶鋼邊部的范圍，[-LB/2，-B/2]和[B/2，LB/2]，過渡區(qū)的輥徑比主承載區(qū)輥徑??；(3)減壓靠區(qū)工作輥邊部到支持輥邊部的范圍，[-LW/2，-LB/2]和[LB/2，LW/2]。本發(fā)明的方法形成輥形的工作輥只要磨輥車間磨削出相應的輥形即可，加工方便，成本低，可以方便的向VC平整機推廣，適用于生產(chǎn)特定規(guī)格的冰箱板，具有廣闊的應用前景。
文檔編號B21B37/30GK101992219SQ20091005678
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月21日
發(fā)明者吳彬, 張清東, 彭俊, 戴杰濤, 文杰, 王駿飛, 白云武, 白劍, 魏圣明 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司;北京科技大學