專利名稱：普通冷軋機軋制薄金屬板的異步軋制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種薄金屬板的軋制方法，尤其是薄金屬板的異步軋制方法。
異步軋制的特點是中性點處于上、下輥的不同位置，在大小不等的中性點之間造成摩擦力的反向，其所對應的變形區(qū)就是軋輥對金屬的″搓軋區(qū)″。因此，中性點的不對稱性是異步軋制條件存在的依據(jù)。這種剪切變形條件是常規(guī)同步軋制時所沒有的，同步常規(guī)軋制的軋制工藝變形區(qū)劃分如

圖1a所示，由于上工作輥1與下工作輥2的中性點位于同一垂直面即中性面3上，使金屬板4所產(chǎn)生的變形區(qū)只存在后滑區(qū)5和前滑區(qū)6兩個變形區(qū)。上、下輥1和2對冷軋板4只產(chǎn)生壓縮變形。而圖1b所示的異步軋制由于上工作輥1和下工作輥2的中性點不在同一垂直面上，而是分別形成上中性面7和下中性面8，在兩個中性面之間形成搓軋區(qū)9。在搓軋區(qū)9內(nèi)產(chǎn)生壓剪復合變形，對冷軋板4的塑性變形及流動十分有利。采用異步法軋制薄帶鋼，除了可以獲得更薄的產(chǎn)品外，還具有板形好、精度高、降低軋制壓力等一系列優(yōu)點。已有的異步軋機是依靠不同輥徑或不同電機轉速的方法造成兩工作輥的線速度差，實現(xiàn)異步軋制的，圖2a是通過改變上工作輥1與下工作輥2的轉速v1與v2，造成上下兩輥的線速度差Δv＝v1-v2從而形成兩工作輥對金屬板4的異步軋制。圖2b則是通過改變上工作輥1與下工作輥2的輥徑，使它們具有不同的輥徑R1與R2，產(chǎn)生輥徑差ΔR＝R1-R2，形成上下輥線速度差而實現(xiàn)兩工作輥對金屬板4的異步軋制，以上兩種實現(xiàn)異步軋制技術的方法，必須對軋機設備的傳動系統(tǒng)進行改造，這樣就相應帶來由于傳動系統(tǒng)如齒輪、軸承等的精度和剛度而產(chǎn)生的受迫振動。此外，由于上、下輥與軋件速度差的不對稱性，使快速輥與慢速輥側中性點時常跑出變形區(qū)，軋件的瞬時延伸不穩(wěn)定而產(chǎn)生自激振動。軋機的振動重者降低軋機有關部件的使用壽命，輕者造成板表面上頻率很高的振紋。因此這類軋機在實際生產(chǎn)中容易發(fā)生軋機振動、空轉時的啃輥和鋼帶表面出現(xiàn)橫紋等問題。
本發(fā)明的目的在于提供一種可利用普通冷軋機異步軋制金屬薄板的方法。
針對已有技術存在的問題，本發(fā)明的薄金屬板的異步軋制方法是利用軋機上工作輥和下工作輥的中性點不在同一垂直面上，分別形成上中性面和下中性面，使上、下板輥之間形成不對稱摩擦狀態(tài)，在兩中性點之間形成搓軋區(qū)，其中上、下工作輥采用了等輥徑、等轉速工作輥，并對所述的上、下工作輥表面分別進行不同表面粗糙度的毛化處理，使上、下工作輥中性點不對稱，形成軋制金屬板的搓軋區(qū)。上、下工作輥的上、下中性角差值與工作輥面粗糙度差值的關系為Δγ=ΔRα[Kl(0.4+0.01ϵ)](α24μ1μ2)]]>。
式中Δγ-兩工作輥間的中性角差值；ΔRa-兩工作輥間的粗糙度差值；ε-變形量；α-咬入角；μ1、μ2-分別為兩工作輥的摩擦系數(shù)，本發(fā)明可采用噴丸(SBT)、電火花(EDT)、電子束(EBT)或激光(LT)等毛化技術，對普通冷軋機等輥徑的兩工作輥表面進行打毛處理，最好采用激光毛化處理。
本發(fā)明利用輥徑和轉速相同、只是由于表面粗糙度不同的毛化輥，在普通冷軋機上實現(xiàn)的異步軋制，避免了由于不同輥徑或不同轉速進行異步軋制時所造成的軋機振動，消除了鋼帶表面橫紋。同時，改善了板形，由于本發(fā)明采用普通冷軋機進行薄金屬板的異步軋制，從而避免了以往輥速調(diào)整以及軋機制造安裝等問題。它只需要通過改變毛化工藝參數(shù)獲得不同軋輥表面粗糙度即可實現(xiàn)，無論從設備制造和調(diào)整方面都更加簡便化，使異步軋制技術的推廣更具有普遍性。
圖1是常規(guī)軋制和異步軋制兩種不同軋制工藝變形區(qū)的劃分示意圖；圖2是依靠輥徑或轉速不同而實現(xiàn)的異步軋制；圖3是普通冷軋機的軋制工作原理圖；圖4是不同表面粗糙度的毛化輥配合使用時產(chǎn)生的異步軋制原理示意圖；圖5是普通磨光輥、噴丸輥和激光毛化輥的耐磨性比較曲線圖。
下面結合附圖3至5對本發(fā)明的特征及實施例做一詳細介紹，本發(fā)明的薄金屬板的異步軋制原理如圖4所示，利用軋機上工作輥1和下工作輥2的表面粗糙度不同，即工作輥1為高Ra表面，工作輥2為低Ra表面，使中性點不在同一垂直面上，分別形成上中性面7和下中性面8，使上、下輥1和2之間形成不對稱摩擦狀態(tài)，在兩中性點之間形成搓軋區(qū)，其中上、下工作輥1和2輥徑、轉速相等。
下面首先建立異步軋制條件與輥面粗糙度差值之間的關系。普通冷軋機的軋制工作原理如圖3所示。對簡單的理想軋制過程，在不考慮張力的情況下，軋制時中性角的大小與摩擦系數(shù)之間的關系可用下式表達γ=α2(1-α2μ).......(1)]]>式中γ-中性角；α-咬入角；μ-摩擦系數(shù)。在壓縮量一定的情況下，摩擦系數(shù)的改變則取決于彈性和塑性接觸時的表面粗糙度μ＝KL[1+(0.4+001ε)Ra](2)式中KL-潤滑油特性系數(shù)；ε-變形量；Ra-輥面平均粗糙度。設ΔRa為上、下軋輥表面粗糙度差，根據(jù)式(1)和(2)有Δγ=ΔRα[KL(0.4+0.01ϵ)](α24μ1μ2)......(3)]]>式中Δγ-兩工作輥1和2間的中性角差值；ΔRa-兩工作輥間的粗糙度差值；α-咬入角；μ1、μ2-分別為兩工作輥的摩擦系數(shù)。這樣就建立起了異步軋制條件與輥面粗糙度之間的聯(lián)系，如圖4所示。實現(xiàn)并精確控制輥面粗糙度差是實現(xiàn)異步軋制的首要前提條件。
在噴丸、電火花、電子束和激光等毛化方法中，激光毛化可以對輥面粗糙度進行精確控制，而且激光毛化軋輥的表面形貌及粗糙度均勻、再現(xiàn)性更好。激光毛化處理軋輥的另一個重要特點是使激光作用區(qū)材料得到超細晶甚至非晶改性強化，使其具有比普通磨光輥和噴丸輥等高得多的耐磨性，如圖5所示，圖5a示出了激光毛化輥表面粗糙度隨軋制長度下降曲線10和普通輥表面粗糙度隨軋制長度下降曲線11；圖5b示出了激光毛化輥表面粗糙度隨軋制長度下降曲線10和噴丸輥表面粗糙度隨軋制長度下降曲線12。毛化輥表面粗糙度的長久保持性是維持異步軋制的重要基本條件。如果單純制造兩工作輥表面粗糙度差，而不能較長時間的保持，也是沒有意義的。因此，利用激光毛化輥產(chǎn)生的異步軋制效果要好于其它方法。
本實施例采用NdYAG激光毛化機床毛化普通冷軋機的上、下兩工作輥1和2。軋輥材質為GCr15，軋輥尺寸為Φ85×300毫米。主要加工參數(shù)為激光波長1.064微米，激光功率為200W，脈沖頻率20KHz，脈寬0.15-1.00微秒，焦點光斑直徑約120微米。噴吹氣體為壓縮空氣，氣體壓力為0.2-0.4MPa，噴吹氣體角度為45度。其中一個激光毛化輥的表面粗糙度(Ra)控制在0.5微米，另一個激光毛化輥的表面粗糙度控制在5.0微米。軋制板帶材料為優(yōu)質低碳鋼08鋁，在普通四輥可逆冷軋機上進行異步軋制。
軋制時，在不影響板形的基礎上盡可能采用大的道次壓下量，壓下規(guī)程如表1所示?？梢?，采用具有不同表面粗糙度激光毛化輥軋制時道次壓下量達40％～50％，軋制道次從原來采用普通光輥軋制時的13-14道次減少到4-5道次。
表1.兩種不同軋制工藝的壓下規(guī)程對比(08Al)，mm普通磨光輥0.50-0.48-0.45-0.40-0.36-0.32-0.26配合軋制 -0.20-0.15-0.12-0.10-0.09-0.08異Ra激光 0.50-0.30-0.15-0.09-0.08輥配合軋制此外，由于輥面微坑對碎屑具有捕集作用，使板帶表面劃傷減少。由于激光毛化冷軋輥表面形貌具有良好的均勻一致性和再現(xiàn)性，保證了軋制過程中摩擦系數(shù)的穩(wěn)定；同時，具有一定粗糙度的毛化輥還可防止板帶打滑。綜合以上特點，本發(fā)明利用輥徑和轉速相同、只是由于表面粗糙度不同的毛化輥，在普通冷軋機上實現(xiàn)的異步軋制，避免了由于不同輥徑或不同轉速進行異步軋制時所造成的軋機振動，消除了鋼帶表面橫紋。同時，改善了板形，若以帶鋼的翹曲度λ來表示板形，測得兩種不同軋制工藝條件下的翹曲度分別為普通光輥軋制時λ1＝3～5％；異Ra激光輥軋制時λ2＝1～2％。
在設備上，由于該工藝采用的是普通冷軋機，從而避免了以往輥速調(diào)整以及軋機制造安裝等問題。它只需要通過改變毛化工藝參數(shù)獲得不同軋輥表面粗糙度即可實現(xiàn)，無論從設備制造和調(diào)整方面都更加簡便化，使異步軋制技術的推廣更具有普遍性。
權利要求
1.一種薄金屬板的異步軋制方法，利用軋機上工作輥和下工作輥的中性點不在同一垂直面上，分別形成上中性面和下中性面，使上、下板輥之間形成不對稱摩擦狀態(tài)，在兩中性點之間形成搓軋區(qū)進行軋制，其特征在于上、下工作輥采用了等輥徑、等轉速工作輥，并對所述的上、下工作輥表面分別進行不同表面粗糙度的毛化處理，使上、下工作輥中性點不對稱，以形成軋制金屬板的搓軋區(qū)。
2.根據(jù)權利要求1所述的薄金屬板的異步軋制方法，其特征在于上、下工作輥的上、下中性角差值與工作輥面粗糙度差值的關系為Δγ=ΔRα[Kl(0.4+0.01ϵ)](α24μ1μ2)]]>
3.根據(jù)權利要求1或2所述的薄金屬板的異步軋制方法，其特征在于采用激光毛化技術對上、下工作輥表面進行毛化處理。
全文摘要
一種薄金屬板的異步軋制方法,通過將軋機上工作輥和下工作輥制成不同的粗糙度,使兩工作軋輥中性點不在同一垂直面上,分別形成上中性面和下中性面,使上、下板輥之間形成不對稱摩擦狀態(tài),在兩中性點之間形成“搓軋區(qū)”,改變塑性變形區(qū)內(nèi)切向應力的方向與分布,產(chǎn)生壓剪復合變形,實現(xiàn)冷軋板帶的異步軋制。用這種方法實現(xiàn)異步軋制只需制造兩工作輥表面粗糙度差,在普通冷軋機上即可實現(xiàn),工藝簡單,并且減輕軋機振動,改善板形。
文檔編號B21B1/22GK1191780SQ9710009
公開日1998年9月2日 申請日期1997年2月25日 優(yōu)先權日1997年2月25日
發(fā)明者陳光南, 高宏, 朱懷清, 紀全, 孫傳香, 胡守剛, 武小雷, 羅耕星 申請人:中國科學院力學研究所, 秦皇島龍騰精密帶鋼有限公司