专利名称：确定异步轧制极薄带最小可轧厚度的方法
技术领域：
本发明属于材料成形领域，具体涉及一种确定异步轧制极薄带最小可轧厚度的方法。
背景技术：
实际生产中，在冷轧薄带材(厚度小 于4mm)或者超薄带(厚度小于O. Imm)时，带材减薄到某一厚度后再继续轧薄会遇到困难，即使增大轧机的轧制力使其达到设备最大能力，产品依然没有明显的减薄。这会使薄规格的产品轧制道次增加很多，不仅仅增加生产能耗，而且设备长时间满负荷工作的同时产品产量反而下降，以致许多薄规格产品的生产困难。很多学者对此现象进行过细致的研究，并提出了最小可轧厚度的概念。他们认为在一定轧机上轧制某种产品时，随着轧件的逐渐减薄，压下愈来愈困难，当带钢厚度薄到某一限度后，不管如何旋紧压下螺丝或加大液压压下的压力，不管反复轧制多少道，也不可能再使产品轧薄，这时带钢的极限厚度称为最小可轧厚度。最小可轧厚度产生的原因与轧辊与轧件的塑性变形、轧制变形区的应力状态及轧机弹跳有关。如图I所示，在轧制过程中，轧件与轧辊相互作用，轧件在轧辊作用下产生塑性变形。当然，轧件也伴有微小的弹性变形，通过轧辊后有一极小的弹性变形量恢复，增加了轧件厚度。轧机、轧辊等受轧件的反力产生弹性变形。厚度为H的轧件经过轧辊压下Λ h,6，但轧辊弹性变形使轧件减少压下Λ i，同时轧件出轧辊后，弹性变形恢复又使轧件压下减少Λ 2，结果轧件实际压下量为Λ h= Λ h 总-Λ「Λ 2(I)随着轧制道次的增多，轧件变得越来越薄，轧件减薄时需要的轧制力也逐渐增大，使轧辊的弹性变形增大，当八\6 =八1+八2时，轧件通过轧辊将不产生压下。这时的轧件的厚度即为最小可轧厚度。从轧件在变形区内所受应力角度分析，如图2所示，由于摩擦力的存在，单位轧制力在中性面附近达到峰值，并且在中性面两侧摩擦力方向相反。同时在轧制力较大的情况下轧辊发生挠曲变形，金属在宽度方向上流动受到很大限制。在这样就在中性面附近形成了一个三向压应力很大的区域，在这个区域内由于静水压力Om很大，由塑性变性理论可知此时轧件的塑性变形变得困难，这个区域称为难变形区。难变形区的存在也是最小可轧厚度存在的一个重要原因。最小可轧厚度理论已逐渐成为设计轧机时选定轧辊直径和已有轧机确定产品规格范围的理论依据。国内外有很多学者对此做了专门研究，下面是几种常用的最小可轧厚度公式( I)斯通最小可轧厚度公式，hmin=l. 544fRC0 (Κ-σ ￥)(2)(2)爱克伦德最小可轧厚度公式Iiniin=L 427C0fR (K-σ 平)(3)
(3)福特-亚历山大给出的最小可轧厚度公式hmin=(2. 792uC+l. 777C0)fR (Κ-σ ￥) (4)式中，C—C=16 (I- V /) / Ji E1, v 为轧件泊松比，E1为轧件弹性模量；C0-C0=16 (I-v02)/Ji E0, v Q为轧辊泊松比，E0为轧辊弹性模量；f 一轧辊与轧件表面的摩擦系数；R一轧件工作棍半径，mm ；K 一轧件平面变形抗力，Κ=1· 15 σ s，Pa; σ平一 σ平=(σ前+σ后)/2，轧件所受平均张应力，Pa ； σ前为前张应力；σ后为后张应力。不同学者给出的公式形式相似。最小可轧厚度与轧辊直径、轧件平面变形抗力和摩擦系数等影响因素成正比，与轧辊弹性模量成反比，只是系数稍有不同。其中最具代表性和影响较大的为斯通公式。随着轧制工艺的不断发展与完善，异步轧制方法问世。异步轧制是指两个工作辊表面线速度不等的一种轧制方法，也称非对称轧制。非对称轧制通常有上下辊半径不等的非对称轧制、上下辊半径相等、转速不等的非对称轧制和上下辊表面与金属轧件摩擦系数不等的非对称轧制三种形式。由于上下工作辊线速度不等即上下辊面速度差的存在使得金属在变形区内流动与常规轧制不同。常规轧制变形区以中性面为分界面分为前滑区和后滑区，所受摩擦力指向中性面。异步轧制由于上下辊速不等因此上下辊的中性点不再一个垂直面上，慢速辊中性点向入口移动，快速辊中性点向出口移动，形成一个新的区域。此区域的上下表面摩擦力方向相反，称为搓轧区，如图3所示。变形区内的搓轧区改变了轧件的应力状态，使同步轧制的三向压应力转变为异步轧制的压剪复合应力加局部的拉应力，加剧了变形区金属的剪切变形，如图4所示。搓轧区的存在消除了同步轧制时阻碍变形区内金属变形的“摩擦峰”。如图5所示，异步轧制单位压力的分布曲线由于搓轧区的存在而变得平缓，有效地改善变形区内单位轧制压力的分布情况，从而显著降低轧制压力与轧制扭矩，降低产品能耗，减少轧制道次，增强轧薄能力，改善产品厚度精度和板型，提高轧制效率。特别对于轧制变形抗力高、加工硬化严重的极薄带材，其轧薄效果更加显著。同步轧制达到最小可轧厚度的带材在只改变轧机异速比后可以马上突破其原来最小可轧厚度的极限，继续减薄。例如，Q195在工作辊辊径50_的同步轧机进行轧制时的最小可轧厚度为40 μ m，而异步轧制可以在相同辊径的轧机上将Q195轧至IOym以下。显然目前已有的最小可轧厚度理论已经不能合理解释异步轧制的最小可轧厚度现象，现有的冷轧产品厚度一般在1_以上，极薄带生产多为多辊轧制，生产成本高；现有冷轧技术轧制变形抗力较高或者加工硬化严重的轧件时，需要中间退火，或者增加轧制力，造成更多的能源消耗，效率更低；现有冷轧技术采用较大工作辊，且为正辊缝轧制，轧制产品厚度较大，不能满足极薄带的尺寸要求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种确定异步轧制极薄带最小可轧厚度的方法，以达到将确定最小可轧厚度的方法扩展至异步轧制的范畴，并考虑了轧辊与轧件的弹性压扁，提高最小可轧厚度的准确度；引入搓轧区比例简化求解最小可轧厚度的步骤的目的。一种确定异步轧制极薄带最小可轧厚度的方法，包括以下步骤步骤I、采集快速辊的线速度值、慢速辊的线速度值、轧件出口的速度值和轧件入口的速度值；步骤2、根据步骤I采集得到的四个速度值计算出搓轧区比例ε ；所述的搓轧区是指轧件上下表面摩擦力方向相反的区域，搓轧区比例的计算公式如下
权利要求
1.一种确定异步轧制极薄带最小可轧厚度的方法，其特征在于包括以下步骤 步骤I、采集快速辊的线速度值、慢速辊的线速度值、轧件出口的速度值和轧件入口的速度值； 步骤2、根据步骤I采集得到的四个速度值计算出搓轧区比例ε ； 所述的搓轧区是指轧件上下表面摩擦力方向相反的区域，搓轧区比例的计算公式如下
2.根据权利要求I所述的确定异步轧制极薄带最小可轧厚度的方法，其特征在于步骤3所述的结合搓轧区比例确定异步轧制极薄带最小可轧厚度值，首先，将搓轧区比例ε引入异步轧制力公式，公式如下
全文摘要
本发明涉及一种确定异步轧制极薄带最小可轧厚度的方法，属于材料成形领域，本发明首先采集快速辊的线速度值、慢速辊的线速度值、轧件出口的速度值和轧件入口的速度值；再根据步骤1采集得到的四个速度值计算出搓轧区比例ε；最后结合搓轧区比例确定异步轧制极薄带最小可轧厚度值；本发明基于最小可轧厚度理论提出，将确定最小可轧厚度的方法扩展至异步轧制的范畴；考虑了轧辊与轧件的弹性压扁，更接近异步轧制的实际情况，提高结果的精确度；并引入搓轧区比例简化确定最小可轧厚度方法的步骤。
文档编号B21B38/00GK102861772SQ20121035969
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月24日 优先权日2012年9月24日
发明者刘相华, 汤德林, 李翔宇 申请人:东北大学