王宏博

摘要：以分割模型函數(shù)法，建立HC軋機(jī)非對(duì)稱彎輥、非對(duì)稱橫移的計(jì)算模型，分析非對(duì)稱軋制中板凸度的控制特點(diǎn)，為HC軋機(jī)非對(duì)稱軋制板形控制特性分析提供了理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：HC軋機(jī) 非對(duì)稱軋制 影響函數(shù)法 板凸度控制

1 前言

目前，板帶通常是在對(duì)稱條件下軋制，但由于來(lái)料凸度不對(duì)稱，軋后帶材產(chǎn)生浪形。因此通過(guò)分析非對(duì)稱軋制情況，開(kāi)發(fā)了六輥HC軋機(jī)來(lái)解決對(duì)稱軋制產(chǎn)生的浪型板型問(wèn)題。

HC軋機(jī)是在普通四輥軋機(jī)基礎(chǔ)上，在工作輥和支承輥的中間增加了一對(duì)可橫向移動(dòng)的中間輥。對(duì)應(yīng)不同寬度的帶鋼調(diào)整中間輥的橫移量，從而調(diào)節(jié)和工作輥的接觸長(zhǎng)度，使其適應(yīng)板寬變化。因其具有優(yōu)異的板形和板凸度控制能力，在設(shè)計(jì)和理論方面發(fā)展很快，已被廣泛應(yīng)用于冷軋和熱軋生產(chǎn)線中。

2 非對(duì)稱軋制輥系彈性變形理論模型的建立

非對(duì)稱軋制中，如果在軋輥兩側(cè)施加不同的彎輥力，則引起軋輥兩側(cè)的非對(duì)稱變形，由于上下中間輥的橫移量可能不同而引起軋機(jī)結(jié)構(gòu)及載荷對(duì)于板帶中心的不對(duì)稱，因此需要共同分析上輥系和下輥系的彈性變形，圖1為六輥HC軋機(jī)軋制帶材輥系受力圖。

其中A3為支承輥兩端壓下油缸間距，L1、L2、L3分別為工作輥、中間輥和支承輥彎輥缸間距，LW、LM、LB分別為工作輥、中間輥和支承輥輥身長(zhǎng)度，B為軋件寬度，P3L、P3R分別為操作側(cè)與驅(qū)動(dòng)側(cè)的壓下油缸支反力，F(xiàn)W、FR分別為工作輥?zhàn)髠?cè)和右側(cè)彎輥力，F(xiàn)M、FR中間

輥?zhàn)髠?cè)和右側(cè)彎輥力，F(xiàn)B、FR為支承輥?zhàn)髠?cè)和右側(cè)彎輥力，qmb（y）、qwb（y）分別為中間輥與支承輥、工作輥與中間輥間的單位寬度輥間壓力，Pl（y）為單位寬度軋制壓力。

3 金屬三維塑性變形

采用文獻(xiàn)[2]給出的條元變分法計(jì)算法建立金屬三維塑性理論模型，條元變分法是以軋制變形區(qū)為研究對(duì)象，將其劃分為許多縱向條元，根據(jù)最小能量原理，通過(guò)對(duì)單個(gè)條元的變分，由歐拉微分方程求得條元上出口橫向位移函數(shù)模式;再通過(guò)對(duì)整個(gè)變形區(qū)的變分，由一組線性方程直接求得條元節(jié)線上的出口橫向位移值，進(jìn)而確定前張應(yīng)力的橫向分布[3]。本方法計(jì)算簡(jiǎn)便快速。關(guān)于冷軋窄帶和寬帶的前張應(yīng)力橫向分布的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好，證明了該理論模型的實(shí)用可靠性。

4 方程的求解及程序框圖

在金屬模型計(jì)算出軋制壓力橫向分布的條件下，可利用第二節(jié)輥系彈性變形部分的諸方程計(jì)算輥間壓力和輥系變形量。在板形分析數(shù)學(xué)模型中，金屬模型和輥系模型需要耦合求解。金屬模型的任務(wù)是確定單位寬度軋制壓力和前、后張力等的橫向分布。輥系模型的任務(wù)是在已知單位寬度軋制壓力橫向分布的條件下，確定單位寬度工作輥與中間輥之間的接觸壓力和中間輥與支承輥之間的接觸壓力的橫向分布，以及負(fù)載輥縫形狀即出口板厚的橫向分布，在耦合計(jì)算過(guò)程中，輥系變形模型為金屬模型提供負(fù)載輥縫橫向分布，而金屬模型為輥系變形模型提供單位寬度軋制壓力的橫向分布。通過(guò)迭代計(jì)算，軋件塑性變形與輥系變形便能得出符合實(shí)際的結(jié)果[5]。圖2為分割模型影響函數(shù)法計(jì)算流程圖。根據(jù)預(yù)設(shè)值系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行單元?jiǎng)澐郑M(jìn)入金屬模型計(jì)算塊得出單位寬度軋制力，金屬模型分別與上輥系和下輥系模型迭代，

每迭代一次便產(chǎn)生一個(gè)帶材出口厚度橫向分布，如果該值與設(shè)定值偏差大于給定值，則進(jìn)行修正，并進(jìn)行重復(fù)計(jì)算，直至金屬模型和輥系模型耦合計(jì)算收斂，計(jì)算結(jié)束。計(jì)算過(guò)程中，上輥系模型和下輥系模型需分別迭代得出上、下出口厚度橫向分布值，最終計(jì)算得出非對(duì)稱軋制時(shí)總的出口厚度分布值。

5 計(jì)算結(jié)果及分析

根據(jù)上述仿真及計(jì)算流程，對(duì)某900mm六輥HC軋機(jī)進(jìn)行模擬計(jì)算，給出了非對(duì)稱彎輥和非對(duì)稱橫移分別作用及共同作用時(shí)的出口厚度橫向分布，計(jì)算條件見(jiàn)表1，軋件材質(zhì)為低碳鋼，來(lái)料板形為對(duì)稱凸度分布，在研究非對(duì)稱彎輥時(shí)，中間輥和支承輥非對(duì)稱彎輥力計(jì)算結(jié)果與工作輥計(jì)算結(jié)果相同，因此計(jì)算過(guò)程中中間輥和支承輥彎輥力均設(shè)為零，中間輥橫移方向?yàn)樽筘?fù)右正。

當(dāng)中間輥橫移量為0、工作輥彎輥力非對(duì)稱的時(shí)，隨著彎輥力的增大，輥縫逐漸趨于平整，輥縫凸度逐漸減小，并且彎輥力較大一側(cè)的輥縫值比彎輥力較小一側(cè)的輥縫值大且更趨于輥縫的平均值，非對(duì)稱彎輥的施加可以很好的控制輥縫形狀且效果明顯。

當(dāng)工作輥彎輥力為0、上下中間輥非對(duì)稱橫移時(shí)，隨著中間輥橫移量的增大，輥縫凸度逐漸減小，非對(duì)稱橫移時(shí)，輥縫值在橫移量大的方向上較小，雖然中間輥橫移能改變輥縫凸度，但是改變的幅度并不大，而且移動(dòng)距離受到板寬的影響，因此，僅靠中間輥橫移來(lái)控制板形效果并不理想。

當(dāng)工作輥非對(duì)稱彎輥中間輥非對(duì)稱橫移共同作用下，工作輥彎輥力和中間輥橫移共同作用時(shí)，輥縫形狀和凸度得到了很大的改善，橫移量越大，彎輥力對(duì)輥縫的控制能力就越強(qiáng)，從而使較小的彎輥力配合適當(dāng)?shù)臋M移量來(lái)達(dá)到較大的控制輥縫形狀的能力，避免過(guò)大的彎輥力對(duì)設(shè)備的危害。

6 結(jié)論

通過(guò)六輥HC軋機(jī)非對(duì)稱軋制的理論計(jì)算模型，計(jì)算軋輥橫移和彎輥非對(duì)稱調(diào)整的出口厚度橫向分布，并分析了非對(duì)稱軋制時(shí)板凸度的控制特點(diǎn)，為研究HC軋機(jī)非對(duì)稱軋制板形控制特性分析提供了理論基礎(chǔ)，而且為實(shí)際應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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