銅及鋁板帶軋制過程中軋機不穩定因素探討

佘軍

摘要：在銅及鋁板帶軋制過程中難免會發生不穩定現象，導致這種現象的原因較多，其問題主要集中在軋機上，從而對帶材高精度生產造成嚴重影響。由于有色金屬板的性能區別于鋼鐵的性能，因此對軋機的要求有所不同。本研究中，筆者對軋機軋制過程中不穩定現象從工藝、設備等的角度進行分析，以供同行工作者參考。

關鍵詞：銅及鋁板帶；軋制；軋機；不穩定因素

當前，隨著科學技術的日益發展，在有色金屬的加工技術中，對板帶材精度和質量隨之提出了更高的要求。為確保軋機軋制在板帶軋制過程中的穩定性，消除外擾因素很重要，只有認真發現銅及鋁板帶軋制過程中存在的一些問題，才能消除由于這些不穩定因素的發生導致產品質量出現問題的現象。

1. 軋機系統穩定性受軋制材料的質量的影響

1.1軋制過程中發生輥顫與材料相關

采用鑄軋壞料在鋁粗軋機進行軋制的調試時，通常采用軋制速度及壓下量等常規軋制工藝參數，整個軋機有時會發生顫動的現象，這使工藝參數的調整受到影響。出現這種現象主要是因鑄軋坯料鑄軋后表面氧化膜化厚，其主要因放置時間較長所致，材料表面性能及其內部組織在長時間后均會發生變化，使軋材與輥面的摩擦系統不斷降低，再加上摩擦力與咬入力小較，而導致打滑的現象發生，而導致軋輥顫振。

1.2來料偏差不宜過大

一般試驗過程中經常采用厚度偏差不同的帶坯，而軋制厚度偏差的帶坯為0.1～0.12mm時，相比0.15mm的軋制厚差帶坯，軋機穩定性較高。

2. 軋機系統穩定性受工藝潤滑劑的影響

經常發生輥顫還有一個重要原因是由于潤滑劑與所選擇的工藝參數不匹配，對于軋機系統的振動因被軋金屬與輥縫處輥面之間的摩擦因素而受到影響主要體現在以下幾個方面：（1）在軋機系統的垂直運動中輥縫的潤滑油膜能起到一定的阻尼作用，其阻尼作用在油膜摩擦系數越低的情況下越小，則會降低系統的穩定性質，軋機在外部等量擾動的情況下極易發生振動；（2）在充分潤滑的條件下，會減小輥縫摩擦，而在干擾因素不穩定的情況下，輥縫狀態的波動會增大，則會嚴重影響到系統的穩定性；（3）輥縫的摩擦系數越小，軋機軋制壓力所受到的摩擦壓力也就越小，軋制壓力受到軋制張力的影響也就越大，從而會降低軋機系統的穩定性，使軋機容易發生振動。

從上述分析中可以看出：軋機在輥縫摩擦系數較小的情況下容易發生振動。

3. 軋機系統穩定性受軋制速度的影響

某廠在調試一臺冷軋機過程中，可看到軋機有嚴重的輥顫現象。對軋機各部分性能進行檢查，發現問題出現在軋制時軋機速度上，如將速度設定在4m/s時，其始終保持著3.9～4.1的傳動速度，期間有出現周期性擺動，而導致軋機輥顫，并且有帶材厚薄不均的現象。通過對軋機主傳動和卷取機電氣反復調整后，在速度穩定的情況下，消除了輥顫的現象。

軋機系統的穩定性及其外部的擾動能量決定著其是否會發生自激振動，軋機系統會受到軋機軋制速度高低的影響，其主要體現在：（1）在軋制速度不斷提高的情況下，軋機周圍會有越來越多的擾動因素，并且擾動強度也越來越高，那么要確保其平穩就必須保證其速度較低；（2）軋制速度較低時，軋機諧振頻率會高于外擾頻率，不容易出現共振；而當軋制速度越高的情況下，其工作輥入口張力變化與運動的關系將越緊密，系統的自激關系也就越強烈，從而會增強各種外擾頻率，軋機系統穩定性越差的情況下，便容易出現振動。

此外，軋機輥縫中的潤滑情況也會受到軋制速度的影響。潤滑液膜在速度越高的情況下厚度越大，因此在輥縫一定時，帶材的厚度公差會直接受到速度高低的影響。

4. 軋機系統穩定性受壓輥壓力和軋機剛度不足的影響

4.1壓輥壓力不足

通常軋輥前后均有壓緊輥，該輥組會有一定的壓緊力，否則在帶材跳動的情況下容易產生軋機輥顫。

4.2軋機剛度不足

隨著液壓下補償功能的日趨完善，通常設計者為了使設備重量減輕，而對于軋機自然剛度設計較小。這樣一來必然會導致來料帶材的硬度或厚度出現不均，軋機在軋制過程中會增大其受力波動振幅，即使得到一定的補償，也會影響到軋機的穩定性。

5. 軋機系統穩定性受軋輥磨削精度的影響

軋機是否穩定同樣受軋輥磨削精度的影響，通常來說軋機會受到工作輥的圓柱度、圓度的影響，在工作輥直徑較小的情況下，磨削精度在2～3 m時不會造成太大的影響，而支承輥磨削全跳動通常保持在5～10 m，甚至裝配后可達到10～12 m，而當上、下輥組合后最小為零，最大可達到20～40 m。理論上來說這一擾動因素可用軋輥偏心補償進行消除。但實際上無論是進口軋機還是國產軋機都很難消除這一干擾，而要減小其干擾采取的主要措施是提高磨削精度，在提高軋速速度的情況下，擾動頻率會隨之升高。為減少周期性擾動，以避免輥徑出現對稱磨損，允許磨制兩個支承輥時其輥徑有一定的差值，這樣可以避免因輥型而導致軋機發生顫動。如以帶鋼軋機為例，要避免軋機因“誘導速度”而導致“第二種垂直振動”的發生，在速度為700～1700m/min，高頻頻率為577Hz的情況下，輥徑差應保持在2～6mm之間。

6. 防止和解決輥顫現象的最好方法是合理分配軋制道次

以一臺設計剛投產的軋機為例，在調試階段并未出現輥顫，而在投產后出現輥顫，引起輥顫的原因除了軋輥磨制存在問題以外，還由于道次壓下量未合理分配所致。在可逆軋制時，無論是單機架HC軋機、六輥CVC軋機或單機架四輥軋機、20輥軋機，其張力和道次分配必須合理才能避免輥顫的發生。

7.四輥軋機工作輥傳動穩定分析

在銅及鋁板帶生產過程中四輥軋機通常是最常用的軋機，我們就以四輥軋機為例做傳動穩定分析。

在四輥軋機工作輥傳動過程中，若充分考慮到工作輥與支承輥軸承處的摩擦力及其滾動摩擦的影響，支承輥上的支反力與摩擦圓半徑相切，并在工作輥與支承輥偏離0.1～0.3m的滾動摩擦力臂的距離，而在兩者之間的壓扁弧上所建立的是支承輥與工作輥之間的摩擦力。所以工作輥的中心偏移兩支承輥中心連線的臨界偏移量為：

e0=±(R1+R2)[(m+ 2)/R2+(T1-T0)/(2P)]

注：式中R1表示工作輥半徑；R2表示支承輥半徑； 2表示支承輥摩擦圓半徑；T0表示入口張力；T1表示出口張力；P表示軌制壓力。

根據以上公式中得出以下結論：

（1）通常情況下T0＞T1,，e=3～10mm，一般按照e0＞e進行校核。為避免對工作輥產生較大的水平力，要確保e值不能太大。

（2）可逆軋制時，一般工作輥偏移向出口端或向入口端，具有相同的效果。在e0＞e的條件下，應確保無論反向軋制或正向軋制，T0＞T1。

（3）在向不帶張力軋制的情況下，e。（臨界偏移距）為負值。通常向出口方向偏移一個數值，以增強工作輥的穩定性。

對于以上的理論分析只作用于軋機校核，如果從工藝計算來進行分析，使軋輥輥面與軋制金屬之間的摩擦系數 要大于軋制時軋制力與軋制切向分力之比是防止軋輥顫振的最有效方式。通常來說，這樣便能確保軋制過程的穩定性。所以，無論是兩輥軋機還是多輥軋機，對于這一問題在工藝計算中都必須充分考慮。

總之，軋機系統的不穩定性是因多方面影響所致，在軋制過程中軋機系統發生不穩定性時，要從多方面進行具體分析，處理過程中才能對癥下藥，才能使軋機可以生產出高質量的產品。

8.參考文獻

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