变厚度板成卷轧制时张力稳定方法与流程

本发明涉及一种变厚度板材成卷轧制时保持张力稳定的方法，属于冷轧领域。

背景技术：

为了实现汽车轻量化的目标，目前汽车行业正在推广使用一种通过轧制得到的厚度连续变化的带材——变厚板。可以通过单张或是成卷的方式来轧制这种变厚板，成卷轧制的方式效率较高。如图1所示为变厚轧制示意图。

成卷轧制时由于左右卷径不断改变，带钢与张力辊之间的包角也在不断变化，通常的做法是根据卷径及张力辊的实测值反算张力实际值。对于等厚轧制，有成熟的卷径计算模型；不等厚轧制由于出口厚度不断改变，常用的卷径计算模型不适用，在CN101602068B专利中提到用卷径测量仪对卷径进行准确测量，但增加卷径测量仪也增加了设备的投资和维护。

为了便于轧制控制，设定的出口厚度轮廓是周期性的。在轧制时，由于出口厚度规律性变化，导致带材的前后张力周期性变化，为了稳定轧制，US7185523B2、EP1908534A1采用S辊方式，通过改变辊子位置或者是S辊包角的方式，使辊缝前后的带材张力保持恒定；EP1121990A2采用了三个辊子形成活套的方式，通过改变中间弹跳辊的位置，保持轧制过程中带材张力的稳定；CN101602068B通过对不同厚度的带材设定不同的张力、速度，以保证轧制顺利进行。但是，S辊方式和活套方式在机架前后每侧至少需要增加两个辊子，增加了设备的控制和维护；多个设定值的方式又增加了跟踪和控制的难度。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种变厚度板成卷轧制时张力稳定方法，该方法能保证轧制可以在较为平稳的总前、后张力下进行。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种变厚度板成卷轧制时张力稳定方法，

在轧机入口侧的张力辊与卷取机之间安装有一个导向辊，在出口侧的张力辊与卷取机之间安装有一个导向辊；在入口侧的导向辊与卷取机之间安装有一个弹跳辊，在出口侧的导向辊与卷取机之间安装有一个弹跳辊；

所述张力稳定方法的步骤为：

第一，对所要轧制带材的出口厚度轮廓进行设定，连续变厚板每个轮廓周期至少包含一个较厚部分和一个较薄部分；

第二，轧制时，轧机控制系统根据设定值、实际值进行控制，为了保证调节余量，入口侧弹跳辊和出口侧弹跳辊在轧制初始时位于中位位置a；轧机控制系统改变辊缝位置的同时，也将调整入口侧弹跳辊和出口侧弹跳辊的位置：

对于轧制薄段，辊缝减小，入口带材速度减小，前张力增大，入口侧弹跳辊将缩至低位位置c；出口带材速度略有增加，后张力在辊缝改变的瞬间减小、之后恢复，出口侧弹跳辊将先伸至高位位置b、之后再回复至中位位置a；

对于轧制厚段，辊缝增大，入口带材速度增加，前张力减小，入口侧弹跳辊将伸至高位位置b；出口带材速度略有降低，后张力在辊缝改变的瞬间增加、之后恢复，出口侧弹跳辊将先缩至低位位置c、之后再回复至中位位置a；

而后，入口侧弹跳辊和出口侧弹跳辊的位置将根据实测的张力、速度进行反馈控制。

所述入口侧的导向辊位于带材下方，弹跳辊位于带材上方，出口侧的导向辊位于带材下方，弹跳辊位于带材上方。

所述入口侧的导向辊位于带材上方，弹跳辊位于带材下方，出口侧的导向辊位于带材上方，弹跳辊位于带材下方。

本发明是在张力辊与卷取机之间增加一个导向辊，保证带钢与张力辊之间的包角不受卷径的影响，即所测得的张力不受卷径的影响。在导向辊与卷取机之间又增加了一个弹跳辊，根据带钢的厚度控制弹跳辊的位置，保证轧制可以在较为平稳的总前、后张力下进行。

附图说明

图1为变厚轧制示意图；

图2为变厚轧制目标轮廓设定示意图；

图3为变厚轧制轧机布置示意图(弹跳辊置于带材上方)；

图4为变厚轧制轧机布置示意图(弹跳辊置于带材下方)；

图5为辊缝压下位置—张力—速度对应关系图；

图6为弹跳辊置于带材上方的动作示意图；

图7为弹跳辊置于带材下方的动作示意图；

图8为样件尺寸示意图。

图中：1压下缸，2轧机机架，3挤干辊，4测厚辊，5识别仪，6测长辊，7张力辊，8导向辊，9弹跳辊，10卷取机，11挤干辊，12测厚辊，13打标器，14测长辊，15张力辊，16导向辊，17弹跳辊，18卷取机，19带材，20辊缝；其中：标号3至10为入口侧的部件，标号11至18为出口侧部件。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参见图3和图4，本发明的变厚度板成卷轧制时张力稳定方法的轧机布置是在现有轧机基础上，在轧机入口侧的张力辊7与卷取机10之间增加一个导向辊8，在出口侧的张力辊15与卷取机18之间增加一个导向辊16；在入口侧的导向辊8与卷取机10之间增加一个弹跳辊9，在出口侧的导向辊16与卷取机18之间增加一个弹跳辊17。在张力辊与卷取机之间增加一个导向辊，保证带钢与张力辊之间的包角不受卷径的影响，即所测得的张力不受卷径的影响。在导向辊与卷取机之间又增加了一个弹跳辊，根据带钢的厚度控制弹跳辊的位置，保证轧制可以在较为平稳的总前、后张力下进行，这是本发明的主要创新点。弹跳辊9、17可以采用液压或是气压控制其位置。

此外，在轧机入口侧安装有识别仪5和测长辊6，在出口侧安装有打标器13和测长辊14，轧机控制系统控制该打标器13每隔一个轧制周期对带钢进行一次标记，打标器13可以采取机械、激光或是喷色的方式进行标记。该标记的用途有二：一是用于后续剪切定位，二是若需要轧制第二道次或多道次，供轧机入口侧识别仪5识别，进而控制轧辊的位置。根据打标器13的标记方式选择相应的识别仪5。在轧机机架2入口安装识别仪5可以对经过第一道次轧制后带有标记的带钢进行识别，从而进行定位和轧制。

轧机的布置：轧机为左右对称布置，即入口侧和出口侧对称布置，轧机包括：压下缸1、轧机机架2、入口侧部件和出口侧部件，压下缸1带动轧机机架2轧制带材处为轧机辊缝20，入口侧部件包括：挤干辊3、测厚辊4、识别仪5、测长辊6、张力辊7、导向辊8、弹跳辊9、卷取机10，各入口侧部件以轧机辊缝20为中心由内向外依次排列，出口侧部件为：挤干辊11、测厚辊12、打标器13、测长辊14、张力辊15、导向辊16、弹跳辊17、卷取机18，各出口侧部件以轧机辊缝20为中心由内向外依次排列，参见图3和图4，图3所示为弹跳辊9、17置于带材19上方、导向辊8、16置于带材19下方的轧机布置示意图，图4所示为弹跳辊9、17置于带材19下方、导向辊8、16置于带材19上方的轧机布置示意图，这二种结构布置方式。轧机布置为左右对称，即入口侧和出口侧对称布置(设置)，各部件一一对应设置，既能实现一个方向的一次轧制，或一个方向的多道次轧制，也便于轧机进行“来回”多道次轧制。

一种变厚度板成卷轧制时张力稳定方法，其步骤为：

第一，对所要轧制带材的出口厚度轮廓进行设定，连续变厚板每个轮廓周期至少包含一个较厚部分和一个较薄部分；最简单的情况是只有一个厚段和一个薄段，其设定轮廓参见图2，图2显示了两个完整的轮廓周期。采用周期轮廓设定的方式，不仅可以周期性调节辊缝、便于控制实现，还可以使后续的矫直、剪切有规律可循。

第二，在轧制的过程中，由于出口厚度规律性变化，导致辊缝的前滑与后滑不断变化，图5显示了当辊缝20位置改变时，轧机的前后张力、进出口带材速度随之变化的情况，1)轧制薄段，辊缝20减小，这使前张力显著增大，出口带材速度略有增加，后张力在辊缝改变的瞬间减小、之后恢复，入口带材速度则显著减小；2)轧制厚段，辊缝20增大，这使前张力减小，出口带材速度略有降低，后张力在辊缝改变的瞬间增加、之后恢复，入口带材速度则显著增加。

为了稳定轧制，由轧机控制系统根据当前的辊缝20位置实时调节入口侧弹跳辊9和出口侧弹跳辊17的位置，保证轧制速度、张力的稳定。如图6和图7所示，为了保证调节余量，入口侧弹跳辊9和出口侧弹跳辊17在轧制初始时位于中位位置a，当机组前、后张力减小时弹跳辊将位于高位位置b，当机组前、后张力增大时弹跳辊将位于低位位置c。所述的弹跳辊低位位置c、中位位置a和高位位置b是指弹跳辊伸缩的小、中、大行程端点，弹跳辊伸缩中行程端点为弹跳辊原点(即弹跳辊中位位置)。

图6和图7表示了入口侧弹跳辊9和出口侧弹跳辊17的位置与机组张力之间的关系，在轧制过程中，具体的位置值将由轧机控制系统根据机组的速度、张力实测值计算得到，并由液压或者气压装置实现位置控制。

因此，在步骤2，轧制时，轧机控制系统根据设定值、实际值进行控制，为了保证调节余量，入口侧弹跳辊9和出口侧弹跳辊17在轧制初始时位于中位位置a；轧机控制系统改变辊缝20位置的同时，也将调整入口侧弹跳辊9和出口侧弹跳辊17的位置：

对于轧制薄段，辊缝20减小，入口带材速度减小，前张力增大，入口侧弹跳辊9将缩至低位位置c；出口带材速度略有增加，后张力在辊缝改变的瞬间减小、之后恢复，出口侧弹跳辊17将先伸至高位位置b、之后再回复至中位位置a；

对于轧制厚段，辊缝20增大，入口带材速度增加，前张力减小，入口侧弹跳辊9将伸至高位位置b；出口带材速度略有降低，后张力在辊缝改变的瞬间增加、之后恢复，出口侧弹跳辊17将先缩至低位位置c、之后再回复至中位位置a；

而后，入口侧弹跳辊9和出口侧弹跳辊17的位置将根据实测的张力、速度进行反馈控制。

实施例：

参阅图2为需要轧制的带材设定轧后轮廓，图2为变厚轧制目标轮廓设定示意图。

在图3和图4的轧机中进行变厚度轧制。轧制过程中，图3和图4所示的导向辊8、16保证了带材与测张仪之间的包角恒定，无需另外考虑卷径对张力的影响，因此，虽然轧后带材厚度连续变化，但可以沿用常规的卷径计算模型。

轧机控制系统控制图3和图4中的弹跳辊9、17位置，保证了轧制过程的稳定。

例如有一样件，要求尺寸如图8所示。来料是厚度为H的等厚板。

以下将结合图3和图4、以及图6和图7介绍轧制过程：

第一，在轧制之前，先将轮廓设定值输入轧机控制系统，一个样件包含h1/h2/h1三个等厚段，对应长度为Len1/Len2/Len3，有两个长度为T1/T2的过渡段。因此，一个样件周期长度为L＝Len1+T1+Len2+T2+Len3。

轧机控制系统将设定轧制速度、前后张力，并计算由H直接轧制到h1、h2所对应的轧制力和辊缝等设定值。

第二，在轧制时，轧机控制系统将根据设定值、实际值进行控制，为了保证调节余量，入口侧弹跳辊9和出口侧弹跳辊17在轧制初始时位于中位位置a；轧机控制系统改变辊缝20位置的同时，也将调整入口侧弹跳辊9和出口侧弹跳辊17的位置：

对于轧制薄段，辊缝20减小，这使入口带材速度则显著减小，前张力显著增大，入口侧弹跳辊9将缩至低位位置c；出口带材速度略有增加，后张力在辊缝改变的瞬间减小、之后恢复，出口侧弹跳辊17将先伸至高位位置b、之后再回复至中位位置a。

对于轧制厚段，辊缝20增大，这使入口带材速度则显著增加，前张力减小，入口侧弹跳辊9将伸至高位位置b；出口带材速度略有降低，后张力在辊缝改变的瞬间增加、之后恢复，出口侧弹跳辊17将先缩至低压位置c、之后再回复至中位位置a。

而后，入口侧弹跳辊9和出口侧弹跳辊17的位置将根据实测的张力、速度进行反馈控制。如此，保证了轧制的稳定性，避免厚度变化导致速度、张力波动过大。出口侧的打标器13将每隔长度L给带材打上标记。

具体数值举例：

来料为2.5mm厚的等厚板，按要求轧制成2.0/1.0/2.0mm规格的连续变厚度板。

入口侧导向辊8和出口侧导向辊16保证了带钢与测张仪之间的包角恒定，保证了张力实测值的可靠性。轧机控制系统通过对入口侧弹跳辊9和出口侧弹跳辊17进行控制，在保证出口带钢速度稳定在150mm/s的情况下，减少带钢入口速度的波动，令其波动范围在20mm/s内；令前后张力波动范围在设定值的2000N内。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。