專利名稱：平整機軋制壓力設定方法
技術領域：
本發明涉及平整機軋制壓力設定方法。
背景技術：
一般來講帶鋼平整過程具有以下幾個特點一是變形量小，通常情況下冷軋帶鋼的平整延伸率(壓下量)1.5％以下；二是變形速度較慢，熱鍍鋅機組平整速度200m/min以下，連退機組平整速度1000m/min以下，加上變形量小，所以平整帶鋼變形速度較冷連軋低；三是平整帶鋼規格的厚度范圍比較大，比如薄帶鋼厚度可能達到0.2mm以下，有的厚帶鋼厚度達到2.0mm以上，厚帶與薄帶的厚度比達到5.0甚至10.0以上。
由于上述特點，在影響平整軋制壓力的因素當中，帶鋼變形抗力沒有冷連軋過程活躍，是比較穩定的因素，而變形區的摩擦系數是非常活躍的因素，摩擦模型和摩擦系數的選取直接決定了軋制壓力的設定精度。現有的平整軋制壓力設定模型一般將變形區內軋輥輥面與帶鋼之間的摩擦按庫侖摩擦處理，即摩擦力大小與正壓力成正比，在整個變形區內摩擦系數是常數。這樣處理造成變形區中性點附近的摩擦力計算值存在突變，軋制壓力的預報值往往較實測值偏大。
此外，隨著帶鋼厚度的增加，變形區水平張應力沿帶鋼厚度方向分布的不均勻性增強。現有的平整軋制壓力設定模型中無論對薄帶還是厚帶，一般都忽略了張應力沿厚度方向分布的不均勻分布對軋制壓力的影響，設定計算時以入口、出口平均張應力作為變形區入口、出口的水平邊界應力，也是造成軋制壓力設定精度不夠理想的原因之一。
一種常用的軋制壓力設定計算基本流程如圖1所示。在該軋制壓力設定計算方法中，將變形區內軋輥輥面與帶鋼之間的摩擦按庫侖摩擦處理，即摩擦力大小與正壓力成正比，在整個變形區內摩擦系數是常數，對于薄帶鋼，軋制壓力的設定值往往較實測值偏大；忽略了張應力沿厚度方向的不均勻分布對軋制壓力的影響，設定計算時以入口、出口平均張應力作為變形區入口、出口的水平邊界應力，對于厚帶鋼，軋制壓力設定值往往較實際值偏小。該軋制壓力模型及其設定計算方法具體可以參閱文獻連家創發表于《重型機械》雜志1979年第2、3期的“冷軋薄板軋制壓力和極限最小厚度的計算”一文。
發明內容本發明的目的在于提供一種平整機軋制壓力設定方法，該設定方法可提高平整軋制壓力的預報精度，為實現高精度的平整延伸率控制和板形控制打下良好的基礎。
本發明是這樣實現的一種平整機軋制壓力設定方法，主要與軋件塑性變形區長度內的摩擦系數、入口和出口彈性變形區水平邊界應力有關，其特征是所述軋制力設定方法還與軋件出口和入口彈性變形區長度內摩擦系數有關，并計算與之對應的塑性變形區單位壓力及彈性變形區單位壓力，將軋件厚度分為極薄帶材、一般薄帶和較厚帶材分別考慮。
上述的平整機軋制壓力設定方法，對于一般薄帶，厚度在0.25～1.0mm之間，在塑性變形區內中性點附近存在著一定長度的粘著摩擦區，粘著摩擦區內任一點的摩擦系數隨該點到中性點的距離而變化，粘著摩擦區之外為庫侖摩擦，即粘著摩擦區長度ln與塑性變形區長度l比值αn的取值范圍為0≤αn≤1.0，變形區的摩擦力τx采用式(1)計算，粘著摩擦區之外是為庫侖摩擦， 式中μ為變形區摩擦系數，px單位壓力，sgn(x)為符號意義，取+或-；入口、出口張應力沿帶材厚度方向的分布是均勻的，即變形區入口、出口邊界水平應力分別取平均張應力，即σ1＝T1/(bh))、σ0＝T0/(bh0)σ1為平均出口張應力，σ0為平均入口張應力。
上述的平整機軋制壓力設定方法，對于極薄帶材，厚度小于0.25mm，平整時摩擦停滯區范圍覆蓋整個塑性變形區并擴展到入口和出口彈性變形區，摩擦力τx按式(1)計算，粘著摩擦區長度與塑性變形區長度比值αn的取值為αn≥1.0；入口、出口張應力沿帶材厚度方向的分布是均勻的，即變形區入口、出口邊界水平應力分別取平均張應力，即σ1＝T1/(bh)、σ0＝T0/(bh0)。
上述的平整機軋制壓力設定方法，對于較厚帶材，厚度大于1.0mm，平整時變形區內不存在粘著摩擦，即取αn＝0，變形區僅有庫侖摩擦，摩擦力τx可按式(2)計算τx＝μpx·sgn(x) (2)彈性區入口和出口帶鋼張應力沿厚度方向分布不均勻，入口邊界水平應力σ0按式σ0＝T0/(bh0)-σxn0計算，σxn0為入口帶鋼表面壓應力，出口邊界水平應力σ1按式σ1＝T1/(bh)-σxn1計算，σxn1為出口帶鋼表面壓應力。
本發明將帶材分極薄帶材、一般薄帶和較厚帶材三種情況，對軋制壓力設定模型中的變形區摩擦模型、水平邊界應力分別進行相應的處理，可以大大提高平整軋制壓力設定的準確性。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步說明。
圖1為常用的軋制壓力設定計算基本流程如圖；圖2為帶材變形區示意圖；圖3為較厚帶材入口邊界水平應力分布示意圖。
圖中符號說明h0-帶鋼入口厚度， b-帶鋼寬度，ε-平整延伸率，h-帶材出口厚度，h＝h0(1-ε)，v-平整速度， σs-帶鋼變形抗力，σ1-平均出口張應力，σ1＝T1/(bh)，
σ0-平均入口張應力，σ0＝T0/(bh0)E-帶鋼彈性模量，E0-軋輥彈性模量，v-帶鋼泊松比， v0-軋輥泊松比，R-工作輥半徑， μ-變形區摩擦系數，l-塑性變形區長度，l0-塑性變形區長度迭代初始值，l0=R(h0-h),]]>Δx0-出口彈性變形區長度，Δx1-入口彈性變形區長度，τx-變形區摩擦力，p1-出口彈性變形區與塑性區交界處單位壓力，p0-入口彈性變形區與塑性區交界處單位壓力，pm-塑性變形區平均單位壓力，P-總軋制壓力，σxn0-入口帶鋼表面壓應力，σx0-入口帶鋼水平沿厚度方向分布值具體實施方式
由于平整機的平整延伸率(壓下量)較小，一般地，在軋制壓力設定模型中不但要考慮工作輥的彈性壓扁變形，而且要考慮軋件的塑性變形和彈性變形。具體說，就是在設定計算過程中不僅要考慮軋輥彈性壓扁和軋件塑性變形區長度，而且要考慮軋件出口和入口彈性變形區(彈性回復區)長度，并計算與之對應的塑性變形區單位壓力及彈性變形區單位壓力，從而建立適合于平整機軋制的較準確的軋制壓力模型。
參見圖2，對于一般厚度的薄帶，厚度在0.25-1.0mm之間，變形區采用庫侖摩擦和粘著摩擦并存的混合摩擦模型，即在塑性變形區內中性點附近存在著一定長度的粘著摩擦區，粘著摩擦區內任一點的摩擦系數隨該點到中性點的距離而變化，粘著摩擦區之外為庫侖摩擦。具體地，平整軋制壓力模型中的粘著摩擦區長度與塑性變形區長度比值αn(即αn＝ln/l)的取值范圍為0≤αn≤1.0，變形區的摩擦力采用式(1)
平整軋制時可以認為入口、出口張應力沿帶材厚度方向的分布是均勻的，即平整軋制壓力模型中的變形區入口、出口邊界水平應力分別取平均張應力即可，也即σ1＝T1/(bh)、σ0＝T0/(bh0)。
對于極薄帶材，厚度小于0.25mm，平整時摩擦停滯區范圍會進一步擴展，有可能覆蓋整個塑性變形區并擴展到入口和出口彈性變形區，即平整軋制壓力模型中摩擦力仍按式(1)計算，但粘著摩擦區長度與塑性變形區長度比值αn的取值較一般厚度薄帶大，一般情況下可取為αn≥1.0。
平整軋制時可以認為入口、出口張應力沿帶材厚度方向的分布是均勻的，即平整軋制壓力模型中的變形區入口、出口邊界水平應力分別取平均張應力即可，也即σ1＝T1/(bh)、σ0＝T0/(bh0)。
對于較厚的帶材，厚度大于1.0mm，可以認為平整時變形區內基本上不存在粘著摩擦，平整軋制壓力設定模型中可以不考慮粘著摩擦區(即取αn＝0)，變形區僅有庫侖摩擦，摩擦力可按式(2)計算τx＝μpx·sgn(x) (2)參見圖3，考慮到變形區水平張應力沿帶鋼厚度方向分布的不均勻性對軋制壓力的影響，對于厚度大于1.0mm的較厚帶材，為準確設定計算平整軋制力，需要考慮彈性區入口和出口帶鋼張應力沿厚度方向的不均勻分布。平整軋制壓力模型中的入口邊界水平應力σ0按式σ0＝T0/(bh0)-σxn0計算，σxn0-入口帶鋼表面壓應力)；出口邊界水平應力σ1按式σ1＝T1/(bh)-σxn1計算，σxn1-出口帶鋼表面壓應力。
實施例1基本數據平整機工作輥直徑Dw＝φ420mm，帶鋼屈服極限σs＝610MPa，來料厚度h0＝0.19mm，寬度b＝1000mm，平整延伸率ε＝0.6％，變形區摩擦系數μ＝0.051，入口張力T0＝30KN，出口張力T1＝35KN。現場實測軋制壓力Pc＝3460KN。
如果設定計算時不考慮變形區的粘著摩擦，即取αn＝0，采用圖1的計算流程得到軋制壓力設定計算值Psv＝4029KN，與實測軋制壓力Pc相比，顯然偏差大。
如果設定計算時考慮變形區的粘著摩擦，但粘著區長度在塑性變形區范圍內，例如取αn＝0.6，得到軋制壓力設定計算值Psv＝3920KN，與實測軋制壓力相比偏差仍然比較大。
如果采用本發明的方法，設定計算時考慮變形區的粘著摩擦，并且粘著區擴展到了彈性變形區，例如取αn＝2.6，得到軋制壓力設定計算值Psv＝3510KN，與實測軋制壓力Pc很接近，設定計算偏差+1.62％。
實施例2基本數據平整機工作輥直徑Dw＝φ420mm，帶鋼屈服極限σs＝410MPa，來料厚度h0＝0.49mm，寬度b＝1000mm，平整延伸率ε＝1.0％，變形區摩擦系數μ＝0.062，入口張力T0＝50KN，出口張力T1＝55KN。現場實測軋制壓力Pc＝1860KN。
如果設定計算時不考慮變形區的粘著摩擦，即取αn＝0，采用圖1的計算流程得到軋制壓力設定計算值Psv＝1917KN，與實測軋制壓力Pc相比，顯然設定值偏大。
采用本發明的方法，設定計算時考慮變形區的粘著摩擦，但粘著區長度在塑性變形區范圍內，取αn＝0.7，得到軋制壓力設定計算值Psv＝1873KN，與實測軋制壓力非常接近。
實施例3基本數據平整機工作輥直徑Dw＝φ610mm，帶鋼屈服極限σs＝480MPa，來料厚度h0＝1.65mm，寬度b＝1000mm，平整延伸率ε＝1.0％，變形區摩擦系數μ＝0.08，入口張力T0＝60KN，出口張力T1＝65KN。現場實測軋制壓力Pc＝3102KN。
由于來料厚度h0＝1.65mm＞1.0mm，這里設定計算時不考慮變形區的粘著摩擦，取αn＝0。
如果設定計算時不考慮水平張應力沿帶鋼厚度方向分布的不均勻分布，變形區入口、出口邊界水平應力分別取平均張應力，即σ1＝T1/(bh)＝65/[1.0×1.65×(1.0-0.01)]＝39.8MPa、σ0＝T0/(bh0)＝60/(1.0×1.65)＝36.4MPa，得到軋制壓力設定計算值Psv＝2794KN，與實測軋制壓力Pc相比，設定偏差較大，達-11.0％。
如果設定計算時考慮水平張應力沿帶鋼厚度方向分布的不均勻分布，設帶鋼入口表面壓應力σxn0＝16MPa、出口表面壓應力σxn1＝13MPa，則變形區入口、出口邊界水平應力分別為σ1-σxn1＝T1/(bh)-σxn1＝65/[1.0×1.65×(1.0-0.01)]-13＝26.8MPa、σ0-σsn0＝T0/(bh0)-σxn0＝60/(1.0×1.65)-16＝20.4MPa，得到軋制壓力設定計算值Psv＝2957KN，與實測軋制壓力Pc比較接近，設定計算偏差-4.8％，滿足工程要求。
經現有熱鍍鋅平整機的現場使用驗證，利用本發明的方法對該平整機軋制壓力進行設定，提高設定精度的效果明顯。
權利要求
1.一種平整機軋制壓力設定方法，主要與軋件塑性變形區長度內的摩擦系數、入口和出口彈性變形區水平邊界應力有關，其特征是所述軋制力設定方法還與軋件出口和入口彈性變形區長度內摩擦系數有關，并計算與之對應的塑性變形區單位壓力及彈性變形區單位壓力，將軋件厚度分為極薄帶材、一般薄帶和較厚帶材分別考慮。
2.根據權利要求1所述的平整機軋制壓力設定方法，其特征是對于一般薄帶，厚度在0.25～1.0mm之間，在塑性變形區內中性點附近存在著一定長度的粘著摩擦區，粘著摩擦區內任一點的摩擦系數隨該點到中性點的距離而變化，粘著摩擦區之外為庫侖摩擦，即粘著摩擦區長度ln與塑性變形區長度l比值αn的取值范圍為0≤αn≤1.0，變形區的摩擦力τx采用式(1)計算，粘著摩擦區之外是為庫侖摩擦， 式中μ為變形區摩擦系數，px單位壓力，sgn(x)為符號意義，取+或-；入口、出口張應力沿帶材厚度方向的分布是均勻的，即變形區入口、出口邊界水平應力分別取平均張應力，即σ1＝T1/(bh)、σ0＝T0/(bh0)σ1為平均出口張應力，σ0為平均入口張應力。
3.根據權利要求1所述的平整機軋制壓力設定方法，其特征是對于極薄帶材，厚度小于0.25mm，平整時摩擦停滯區范圍覆蓋整個塑性變形區并擴展到入口和出口彈性變形區，摩擦力τx按式(1)計算，粘著摩擦區長度與塑性變形區長度比值αn的取值為αn≥1.0；入口、出口張應力沿帶材厚度方向的分布是均勻的，即變形區入口、出口邊界水平應力分別取平均張應力，即σ1＝T1/(bh)、σ0＝T0/(bh0)。
4.根據權利要求1所述的平整機軋制壓力設定方法，其特征是對于較厚帶材，厚度大于1.0mm，平整時變形區內不存在粘著摩擦，即取αn＝0，變形區僅有庫侖摩擦，摩擦力τx按式(2)計算τx＝μpx·sgn(x) (2)彈性區入口和出口帶鋼張應力沿厚度方向分布不均勻，入口邊界水平應力σ0按式σ0＝T0/(bh0)-σxn0計算，σxn0為入口帶鋼表面壓應力，出口邊界水平應力σ1按式σ1＝T1/(bh)-σxn1計算，σxn1為出口帶鋼表面壓應力。
全文摘要
本發明涉及平整機軋制壓力設定方法。一種平整機軋制壓力設定方法，主要與軋輥的彈性壓扁變形和軋件塑性變形區長度內的摩擦系數、水平邊界應力有關，其特征是所述軋制力設定方法還與軋件出口和入口彈性變形區長度內摩擦系數有關，并計算與之對應的塑性變形區單位壓力及彈性變形區單位壓力，將軋件厚度分為極薄帶材、一般薄帶和較厚帶材分別考慮。本發明可提高平整軋制壓力的預報精度，為實現高精度的平整延伸率控制和板形控制打下良好的基礎。
文檔編號B21B37/58GK1923392SQ20051002920
公開日2007年3月7日 申請日期2005年8月30日 優先權日2005年8月30日
發明者顧廷權, 熊斐 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司