辊凸度

WS400 型轧辊磨床是德国HERKULES 公司产品, 它是以抛物线靠模板成型机构为基础, 经过一系列机械运动并变换一定的比例, 使砂轮径向进给沿辊面发生变化来磨出所需凸度值的。

如《凸度成型机构示意图》所示, 模板1 固定在床身上并随床身一起作纵向(Z 向) 移动, 标尺2 与连续杆4相对固定并能绕O 点转动。在进行有凸度的轧辊磨削时, 辊轮3 靠放在模板上, 随着床身的移动,辊轮就在模板上滚过与磨削辊面相同的长度。由于模板在长度方向上呈现抛物线型, 从而使标尺绕O点在垂直方向偏转一个微小的角度β, 因标尺的偏转, 连接杆4 也偏转一个相同的角度并带动偏心轮5 转动, 又通过杆6 使偏心轮7 偏转, 再经过杆8使偏心轮9 偏转, 而偏心轮9 的偏转就会通过杆10带动上部砂轮座有一个横向(X向) 位移而实现砂轮径向进给一个ΔX 值。ΔX 值取决于标尺的偏转角度β的大小, 而β值大小又取决于辊轮在模板上的位置及模板曲线的形状。

S 为对应辊面长度, A 是模板的中心点, 辊轮在此处时标尺处于水平状态。当辊轮滚到AC 或AC′上任一点B 或B′时, 标尺则转动一个β角, 砂轮即径向进给一个ΔX值, 当辊轮滚到C 或C′点时, 标尺转动的角度为最大值, 这时ΔX等于Δt 。

对于不同凸度的轧辊, 只要调整辊轮在标尺上的位置即可, 因为辊轮越靠近标尺的左端(固定端) , 辊轮在标尺上滚过相同距离时, 标尺的偏转角度就越大。相反, 辊轮越靠近标尺右端, 辊轮在标尺相同的位置上, 标尺的偏转角越小。辊轮在标尺上的位置不同, 而在模板上滚过相同的距离M时, 标尺所偏转的角度不同的原理。

如前所述, 磨削不同凸度的轧辊, 必须首先确定辊轮在标尺上的位置后才能进行磨削。如《辊轮位置与偏转关系图》所示，S0是模板有效长度, h0 为凹度, 实际, S0 =2000mm , h0 = 18.59mm , 则有抛物线方程:

h0 = k (S0 / 2) 2, 即K= 4h0 / S02

当辊面长度l = S = 1600mm 时, 则

h = K (S / 2) 2= h0·(S / S0) 2 = 11 .9mm

同时, 由于β角很小, 故有Sinβ= h / b (b 为辊轮在标尺上的位置) , 加之磨床在设计时满足ΔX =Sinβ, 所以在辊面边部有Δt =Δx = Sinβ= h / b , 则:

Cr = 2·Δt = 2h / b , 即:b = 2h / Cr

如要磨削凸度为0 .09mm 的轧辊, 可计算得b= 265mm , 即将辊轮应调节并固定在标尺的265mm处; 当要磨削凸度为0 .12mm 的轧辊时, b =198mm , 此时应将辊轮调整并固定在标尺的198mm处后才能开始磨削。

不过这样的计算对操作人员来说是很麻烦的,也容易计算错误, 所以在磨床设计出厂或使用单位技术部门已将常用凸度下辊轮在标尺上的位置计算出来, 使用时对照表检查阅即可。但要说明的是,不同磨床K值是不同的(同一磨床因某种原因更换了与原模板不一样的模板, 其K值已随之发生了变化) , 而不同的辊面长度其h 值亦不同, 因此在同一磨床上磨削不同辊面长度且带有凸度的轧辊时, 应先确定h 值的大小, 然后根据所要求的凸度, 确定辊轮在标尺上的位置 。

辊凸度是一种短支撑辊、带弧度斜楔调整矫直机下工作辊凸度机构，其主要有短支撑辊装置、带弧度斜楔调整装置和驱动装置组成，带弧度斜楔调整装置由五组斜楔组成，每组斜楔上安装十个支承辊，每两个支承辊一组，带弧度斜楔调整装置安装在短支撑辊装置的下部，并通过丝杠螺母机构与驱动装置相连，驱动装置通过丝杠螺母结构推动带弧度斜楔调整装置的斜楔块，斜楔调整方向与工作辊轴线方向相垂直，带弧度斜楔调整装置的斜楔块的移动调整了短支撑辊装置的支撑高度，短支撑辊装置的支撑高度的改变调整了矫直机下工作辊的凸度。其不仅能矫直板材的纵向波浪，也能矫直其横向波浪，且辊系稳定，从而得到理想矫直效果。

轧辊是轧机上承受轧制力并把轧制材料均匀减薄的圆柱形的贵重消耗性工具。一付好的轧辊除了有足够的强度, 较高的表面硬度, 合理的结构、尺寸外, 还要满足轧制产品质量和轧制过程顺利进行的轧辊辊型及加工精度。

在铝板带箔轧制生产中, 为了补偿轧制时由于轧制力引起的轧辊压扁以及工作辊与支承辊之间的弹性压扁使工作辊产生弯曲而获得断面平直的板带箔材, 工作辊一般设计有一定的凸度, 亦称原始辊型或机械凸度。该凸度通常以轧辊中心为顶点向两端连续均匀地分布, 其分布规律根据使用条件, 设计需要的不同而各有差异, 可以是抛物线型, 正弦曲线型, 也可以是四次曲线或其它曲线型。

而凸度的实现是在专用的轧辊磨床上通过正确的磨削来实现的。目前, 能磨削凸度的磨床有两种, 一种是仿形机构, 它磨出的辊型曲线为抛物线或近似抛物线, 另一种是装有CNC数控系统的目前最先进的磨床, 它可在凸度和辊面长度不变的情况下, 通过选择不同的角度或输入不同的坐标值, 磨削出各种不同的辊型曲线。以WS400型轧辊磨床来说明前一种磨床的仿型机构的构造、工作原理及轧辊凸度的实现过程 。

轧辊凸度值的大小是以辊面中心处的直径与辊面边部直径的差值来表示的, 即Cr=D - D0 或Cr = 2·Δt , 式中Cr 为轧辊凸度, D 为轧辊中心处直径, D0 为辊面边部直径。

1 　凸度不对称

主要原因是计算辊轮位置或调整辊轮在标尺上的位置不正确或未按要求找出轧辊中心所致。防止措施:除了认真核对计算辊轮位置和准确调节辊轮在标尺上的位置外, 每次辊轮位置的变化均要调整模板置来找正轧辊中心后方可开始磨削。

2 　凸度超差

凸度偏差的原因除了床身精度超标外, 主要与成型机构的间隙消除机构调整不合适有关, 另外对用顶尖支承轧辊的磨床, 还可能是由于顶尖与中心孔接触不良引起。

解决方法:对床身精度原因引起的要对床身进行必要的调整、校正, 以恢复其精度; 成型机构引起的, 必须对成型机构的间隙消除机构进行调整,同时由于标尺转动的角度极小, 机械传动机构非常精密, 对此必须润滑良好, 调整时不得随意拆卸;如果是因顶尖与中心孔接触不良引起, 应重新修磨中心孔或改用托架支承轧辊。

轧辊凸度磨削正确与否, 直接关系到轧辊的磨削质量和轧制产品的质量, 而能否磨削出满足要求凸度, 主要取决于以下几个方面:

(1) 磨床精度及维护保养状况。

(2) 磨削工艺参数(含砂轮) 的选择是否合理。

(3) 操作人员的技术水平和工作责任心 。2100433B

中厚板的凸度对金属收得率、企业经济效益和再加工工艺均有重要影响，其控制技术近年来发展迅速。轧板厂为了改善产品质量的控制水平和减少钢板凸度，将精轧机的支撑辊由传统的圆柱形改为两端的双锥度形，即双锥度支撑辊，应用以来，已取得较好的效果。研究拟在分析各因素对双锥度支撑辊钢板凸度影响规律的基础上，提出进一步提高钢板凸度控制水平的措施。

钢板凸度双锥度支撑辊改善钢板凸度的机理

2800mm中厚板轧机的精轧机为四辊轧机，其支撑辊长期以来采用传统的圆柱形，轧制过程的力学模型示于图1。由图1可知，由于支撑辊和工作辊在辊身长度上全部接触，工作辊在板宽范围以外作用着一个附加力矩，通常叫做有害力矩，从而使其挠度大于支撑辊的挠度。这样，必然导致钢板产生较大的凸度

如图2所示，将支撑辊改为双锥度形以后，对不同的钢板宽度而言，在其范围以外工作辊和支撑辊可部分、甚至全部脱离接触。这样，工作辊的有害力矩可在一定程度上减小，甚至全部消除，从而使钢板产生的凸度相应地减少。

将工作辊为平辊、支撑辊分别为圆柱形和双锥度形条件下实测的不同成品厚度的钢板凸度示于图3。可知，曲线2位于曲线1的下方，且其斜率小于曲线1的斜率。也就是说，在一定条件下，双锥度支撑辊不仅可使各种厚度产品的凸度明显减少，而且还可使其间的凸度差减少。

应强调指出，实测的各种工艺条件下的钢板凸度均有类似图3的特性，说明使用双锥度支撑辊对于减小和稳定钢板凸度来说，具有明显的效果。

钢板凸度各种因素对双锥度支撑辊钢板凸度的影响

一般来讲，若忽略轧件轧后的弹性回复和冷缩，钢板的横向厚度分布将与相应板宽范围内实际工作辊缝的几何轮廓形状近似一致。实际工作辊缝几何轮廓形状主要与轧辊的原始凸度和其产生的弹性变形(弯曲和压扁)及热凸度有关。在轧制过程中，由于轧辊原始凸度不断地发生磨损，轧辊产生的弹性变形和热凸度又与轧件的材质、规格(厚度和宽度)、温度、变形量和轧制速度等一系列因素有关，故影响实际工作辊缝几何轮廓形状即影响钢板凸度的因素是非常多而复杂的。为了便于分析各种因素对钢板凸度的影响规律，我们对大量的现场数据进行取平均值和分类，以便采用单因素法对主要的因素进行分析。

钢板凸度进一步提高钢板凸度控制水平的几点建议

（1）双锥度支撑辊钢板凸度规程效应特性分析

由于双锥度支撑辊可以部分减小，甚至全部消除有害力矩的影响，使轧辊的横向刚度增大，从而可有效地减小钢板凸度，并使钢板凸度的规程效应特性减弱，使钢板凸度易于控制和稳定。但是，鉴于上述，钢板凸度仍然有明显的规程效应现象。比较起来，在现行工艺制度条件下，钢板的材质和厚度对凸度的影响较小，工作辊的原始凸度和板宽对凸度的影响则比较大。

由于接触段长度不易变更，进一步提高钢板凸度控制水平只有通过改进工艺规程这一途径。也就是说，只有利用上述凸度的规程效应特性反过来对凸度进行控制和改善。

（2）进一步提高钢板凸度控制水平的建议

鉴于上述分析，为了进一步提高双锥度支撑辊钢板凸度的控制水平，建议采取的主要措施为：

①将工作辊的原始凸度定为0.05～0.15mm，在现行换辊制度下，在支撑辊的一个服役周期内，初期工作辊的原始凸度取下限值，中后期随着支撑辊磨损量的不断增大，工作辊的原始凸度随之增大，直至上限值。为了简化，在支撑辊服役中期，工作辊的原始凸度取0.1mm，后期取0.15mm。这样，既可将各种产品的凸度控制在0.1mm以下较小的水平上，又可避免较宽规格的产品产生负凸度的情况。同时，又可适当补偿支撑辊磨损的影响，以保证钢板凸度的控制水平比较稳定。

②进一步合理安排、调整产品品种的轧制顺序。合理安排产品品种的轧制顺序，必须兼顾设备(主要是轧辊)安全、凸度和板形控制、以及产品表面质量等问题，这是项非常重要而又非常复杂的工作。针对2800轧机生产的具体情况，在安排产品品种顺序时，换辊之后，由于是冷辊，没有热凸度，应首先安排较厚、材质较软(变形抗力较小)和中等宽度的产品；待轧辊的热凸度稳定后，接着安排材质较硬、宽而薄的产品；随后，随着轧辊凸度磨损量的不断增大，再依次按宽度由宽到窄、厚度由薄到厚和材质由硬到软等来进行安排。这样，既可较好地兼顾上述有关问题，又可使双锥度支撑辊的优点得以充分发挥。

第1章板形与板凸度的基本概念1

1.1板形及其度量1

1.1.1板形1

1.1.2板形的度量4

1.2板凸度8

1.3板形与板凸度的关系9

1.4边部减薄10

参考文献10

第2章板形和板凸度的影响因素分析11

2.1轧制力对板形和板凸度的影响11

2.2来料板凸度对板形和板凸度的影响12

2.3热凸度对板形和板凸度的影响13

2.4初始轧辊凸度对板形和板凸度的影响14

2.5辊系直径对板形和板凸度的影响15

2.5.1工作辊直径对板形和板凸度的影响15

2.5.2支撑辊直径对板形和板凸度的影响15

2.6轧辊接触状态与接触长度对板形和板凸度的影响16

2.6.1轧辊接触状态对板形和板凸度的影响16

2.6.2轧辊接触长度对板形和板凸度的影响16

2.7弯辊力对板形和板凸度的影响17

2.8轧辊磨损对板形和板凸度的影响17

2.9板宽对板形和板凸度的影响18

2.10张力对板形和板凸度的影响19

参考文献19

第3章板形与板凸度控制的执行机构20

3.1WRB20

3.1.1弯辊力的配置21

3.1.2工作辊正弯21

3.1.3工作辊负弯及其控制21

3.1.4合理弯辊力的设置22

3.2WRS24

3.2.1WRS轧机的设计原理24

3.2.2WRS轧机的结构特点24

3.2.3WRS轧机的边部减薄控制25

3.2.4SFR与WRS28

3.3NBCM轧机29

3.3.1NBCM轧机的原理29

3.3.2NBCM轧机支撑辊辊型曲线的设计30

3.3.3NBCM轧机的配置32

3.4PC轧机34

3.4.1PC轧机的设计原理34

3.4.2PC轧机的结构特点35

3.4.3PC轧机的轴向力35

3.4.4PC轧机在热连轧机上的配置36

3.5PCS轧机37

3.5.1PCS轧机的设计原理37

3.5.2PCS轧机的结构特点37

3.5.3PCS轧机在热连轧机组的配置37

3.6CVC38

3.6.1CVC辊型设计原理38

3.6.2CVC轧机结构特点39

3.6.3四辊CVC轧机41

3.6.4六辊CVC轧机42

3.6.5CVC新辊型42

3.7HC轧机43

3.7.1HC轧机的结构43

3.7.2HC轧机的功能44

3.7.3HC轧机的优点48

3.7.4HC轧机的分类及应用50

3.8UC轧机及其家族51

3.8.1UC轧机的结构52

3.8.2UC轧机的板形控制特性52

3.8.3UC轧机的分类及应用56

3.9轧辊分段冷却57

3.9.1轧辊分段冷却控制的原理与特点57

3.9.2系统组成与喷嘴结构58

3.9.3分段冷却控制策略59

3.10板形和板凸度控制手段的评述66

参考文献68

第4章轧辊弹性变形的数学模型和计算方法69

4.1与轧辊弹性变形有关的基础理论69

4.1.1梁的弯曲及其挠度曲线微分方程69

4.1.2梁的剪切挠度71

4.1.3变形能和卡氏定理71

4.1.4弹性基础梁理论73

4.1.5半无限体模型及其应用于轧辊弹性压扁时的修正74

4.2轧辊弹性变形的解析方法76

4.2.1解析方法的初级阶段——斯通和R.戈雷的工作76

4.2.2盐崎模型79

4.2.3比较完善的解析方法——本城模型82

4.3影响函数法89

4.3.1离散化过程89

4.3.2影响函数91

4.3.3绍特的工作92

4.3.4艾德瓦尔兹等的工作98

4.3.5户泽的工作及工作辊弹性压扁影响函数103

4.4计算轧辊弹性变形的矩阵方法108

4.4.1辊间压扁影响函数108

4.4.2矩阵方法的基本方程114

4.4.3计算方法115

4.5各类轧机辊系弹性变形的计算122

4.5.1横移式四辊轧机辊系变形计算122

4.5.2PC轧机的辊系变形计算130

4.5.3CVC四辊轧机的辊系变形计算138

4.5.4六辊轧机的辊系变形计算140

参考文献149

第5章轧辊热变形的数学模型和计算方法151

5.1不考虑周向温度变化的计算151

5.2考虑周向温度变化的计算方法152

5.3工作辊横移式轧机轧辊温度的计算153

5.3.1工作辊模型单元划分153

5.3.2传热学的基本定律154

5.3.3轧辊温度场的计算155

5.3.4工作辊热凸度的计算156

5.3.5横移方式的选择157

5.3.6横移方式对轧辊温度场和热凸度的影响158

5.3.7不同横移步长对工作辊热凸度的影响159

5.4轧制过程中热凸度的计算159

参考文献162

第6章轧辊磨损163

6.1轧辊磨损的影响因素163

6.2轧辊磨损的数学模型163

6.3轧辊的在线研磨（ORG）165

参考文献166

第7章金属的三维流动167

7.1有限元法168

7.1.1黏塑性有限元法168

7.1.2刚塑性有限元法169

7.1.3弹塑性有限元法171

7.2条元法173

7.3轧辊变形与轧件变形的耦合分析175

参考文献176

第8章板形与板厚的解耦控制177

8.1CVC轧机轧辊横移对厚度的影响177

8.2弯辊力对厚度的影响178

8.3板形板厚综合控制178

参考文献180

第9章热轧板形和板凸度的控制181

9.1热连轧机板形和板凸度的控制手段181

9.2热轧板形控制策略182

9.2.1热连轧机上下游机架的分工182

9.2.2边部减薄的控制183

9.2.3SFR与板形板凸度控制184

9.3板形和板凸度控制模型186

9.3.1考虑来料板形的热轧板形良好条件186

9.3.2板形与板凸度之间的转换关系189

9.3.3板凸度设定计算模型190

9.3.4热连轧机机架间二次变形193

9.4热轧板凸度的检测与信号处理194

9.4.1辐射测厚原理194

9.4.2凸度仪的主要类型194

9.5热轧平直度的检测与信号处理196

9.5.1非接触式感应传感器板形检测装置196

9.5.2利用转像方法的光学平直度检测仪198

9.5.3利用光截面法的光学平直度检测仪199

9.6热轧板形与板凸度控制系统199

9.6.1板形设定计算200

9.6.2轧辊热膨胀和磨损的计算201

9.6.3板形自学习计算201

9.6.4板凸度自动控制202

9.6.5平直度自动控制202

参考文献203

第10章冷轧板凸度和板形的控制204

10.1冷轧板形的检测与信号处理204

10.1.1板形检测装置205

10.1.2检测信号的补偿处理229

10.2冷轧板形控制策略231

10.2.1板形检测信号的分解231

10.2.2板形执行机构的分工238

10.3冷轧板形控制系统239

10.3.1板形控制系统构成240

10.3.2板形预设定控制241

10.3.3板形前馈控制247

10.3.4板形反馈控制251

参考文献2742100433B

(1)建立了中厚板四辊轧机的工作辊和支撑辊磨损和热膨胀模型，提出了工作辊弯辊力设定策略。定量地研究了工作辊和支撑辊辊型、钢板宽度、轧制力、弯辊力等对钢板凸度的影响，揭示了中厚板轧机的板形控制特性和板形变化规律。通过影响函数法，提出和建立了适合在线控制的承载辊缝凸度计算模型，并在现场实践中得到了应用。

(2)通过对宝钢5300mm宽厚板CVC-PLUS轧机工作辊辊型的剖析和数学推导而提出了CVC-PLUS轧机工作辊辊型设计原理；针对宝钢引进的5300mm轧机，通过“试算法”提出了一种新的支撑辊辊型模型，并回归了辊型系数。结果表明，运用本文的支撑辊辊型模型，在工作辊横移状态下，可以在一定程度上均匀辊间接触压力。依据CVC-PLUS轧机板形理论，利用提出的辊型，研究了轧制力、钢板宽度和液压弯辊力等对辊缝凸度的影响。结果表明：CVC-PLUS轧机可以大幅提高中厚板轧机的板形控制范围。

(3)研究分析不同的中厚板轧机轧制规程设定。对普通四辊中厚板轧机采用负荷协调分配法制定轧制规程，以便在保证板形良好的同时，尽量发挥轧机的能力。而对中厚板CVC-PLUS轧机，提出了“带有板形控制的满负荷道次分配法”。通过CVC-PLUS辊型、液压弯辊和工作辊横移等强力板形控制手段，在充分发挥轧机最大能力的同时，又保证了最佳的板形控制质量。研究结果表明：相同设备参数的中厚板CVC-PLUS轧机同普通四辊轧机相比，轧制相同规格的轧件时，总道次数要少2～6个道次，而且板形控制质量要优于普通四辊轧机。

(4)建立了中厚板轧机板形控制系统。该系统针对普通中厚板轧机无板形检测装置的现状，将板形分为大边浪、边浪、良好和中浪、大中浪等五个级别，在线轧制时由操作工目测、实时输入板形信息，从而实现对板形的在线控制和调节；而对CVC-PLUS轧机则利用板形仪和凸度仪，进行动态凸度和平直度控制。本文的板形控制系统充分利用了实时在线板形信息进行反馈，与常规控制系统相比具有更强的鲁棒性和控制精度；另外深入研究了中厚板轧机厚度控制和板形控制的相互影向以及消除这种影响所采用的解耦算法和数学模型。