铜及铝板带轧制过程中轧机不稳定因素探讨

佘军

摘要：在铜及铝板带轧制过程中难免会发生不稳定现象，导致这种现象的原因较多，其问题主要集中在轧机上，从而对带材高精度生产造成严重影响。由于有色金属板的性能区别于钢铁的性能，因此对轧机的要求有所不同。本研究中，笔者对轧机轧制过程中不稳定现象从工艺、设备等的角度进行分析，以供同行工作者参考。

关键词：铜及铝板带；轧制；轧机；不稳定因素

当前，随着科学技术的日益发展，在有色金属的加工技术中，对板带材精度和质量随之提出了更高的要求。为确保轧机轧制在板带轧制过程中的稳定性，消除外扰因素很重要，只有认真发现铜及铝板带轧制过程中存在的一些问题，才能消除由于这些不稳定因素的发生导致产品质量出现问题的现象。

1. 轧机系统稳定性受轧制材料的质量的影响

1.1轧制过程中发生辊颤与材料相关

采用铸轧坏料在铝粗轧机进行轧制的调试时，通常采用轧制速度及压下量等常规轧制工艺参数，整个轧机有时会发生颤动的现象，这使工艺参数的调整受到影响。出现这种现象主要是因铸轧坯料铸轧后表面氧化膜化厚，其主要因放置时间较长所致，材料表面性能及其内部组织在长时间后均会发生变化，使轧材与辊面的摩擦系统不断降低，再加上摩擦力与咬入力小较，而导致打滑的现象发生，而导致轧辊颤振。

1.2来料偏差不宜过大

一般试验过程中经常采用厚度偏差不同的带坯，而轧制厚度偏差的带坯为0.1～0.12mm时，相比0.15mm的轧制厚差带坯，轧机稳定性较高。

2. 轧机系统稳定性受工艺润滑剂的影响

经常发生辊颤还有一个重要原因是由于润滑剂与所选择的工艺参数不匹配，对于轧机系统的振动因被轧金属与辊缝处辊面之间的摩擦因素而受到影响主要体现在以下几个方面：（1）在轧机系统的垂直运动中辊缝的润滑油膜能起到一定的阻尼作用，其阻尼作用在油膜摩擦系数越低的情况下越小，则会降低系统的稳定性质，轧机在外部等量扰动的情况下极易发生振动；（2）在充分润滑的条件下，会减小辊缝摩擦，而在干扰因素不稳定的情况下，辊缝状态的波动会增大，则会严重影响到系统的稳定性；（3）辊缝的摩擦系数越小，轧机轧制压力所受到的摩擦压力也就越小，轧制压力受到轧制张力的影响也就越大，从而会降低轧机系统的稳定性，使轧机容易发生振动。

从上述分析中可以看出：轧机在辊缝摩擦系数较小的情况下容易发生振动。

3. 轧机系统稳定性受轧制速度的影响

某厂在调试一台冷轧机过程中，可看到轧机有严重的辊颤现象。对轧机各部分性能进行检查，发现问题出现在轧制时轧机速度上，如将速度设定在4m/s时，其始终保持着3.9～4.1的传动速度，期间有出现周期性摆动，而导致轧机辊颤，并且有带材厚薄不均的现象。通过对轧机主传动和卷取机电气反复调整后，在速度稳定的情况下，消除了辊颤的现象。

轧机系统的稳定性及其外部的扰动能量决定着其是否会发生自激振动，轧机系统会受到轧机轧制速度高低的影响，其主要体现在：（1）在轧制速度不断提高的情况下，轧机周围会有越来越多的扰动因素，并且扰动强度也越来越高，那么要确保其平稳就必须保证其速度较低；（2）轧制速度较低时，轧机谐振频率会高于外扰频率，不容易出现共振；而当轧制速度越高的情况下，其工作辊入口张力变化与运动的关系将越紧密，系统的自激关系也就越强烈，从而会增强各种外扰频率，轧机系统稳定性越差的情况下，便容易出现振动。

此外，轧机辊缝中的润滑情况也会受到轧制速度的影响。润滑液膜在速度越高的情况下厚度越大，因此在辊缝一定时，带材的厚度公差会直接受到速度高低的影响。

4. 轧机系统稳定性受压辊压力和轧机刚度不足的影响

4.1压辊压力不足

通常轧辊前后均有压紧辊，该辊组会有一定的压紧力，否则在带材跳动的情况下容易产生轧机辊颤。

4.2轧机刚度不足

随着液压下补偿功能的日趋完善，通常设计者为了使设备重量减轻，而对于轧机自然刚度设计较小。这样一来必然会导致来料带材的硬度或厚度出现不均，轧机在轧制过程中会增大其受力波动振幅，即使得到一定的补偿，也会影响到轧机的稳定性。

5. 轧机系统稳定性受轧辊磨削精度的影响

轧机是否稳定同样受轧辊磨削精度的影响，通常来说轧机会受到工作辊的圆柱度、圆度的影响，在工作辊直径较小的情况下，磨削精度在2～3 m时不会造成太大的影响，而支承辊磨削全跳动通常保持在5～10 m，甚至装配后可達到10～12 m，而当上、下辊组合后最小为零，最大可达到20～40 m。理论上来说这一扰动因素可用轧辊偏心补偿进行消除。但实际上无论是进口轧机还是国产轧机都很难消除这一干扰，而要减小其干扰采取的主要措施是提高磨削精度，在提高轧速速度的情况下，扰动频率会随之升高。为减少周期性扰动，以避免辊径出现对称磨损，允许磨制两个支承辊时其辊径有一定的差值，这样可以避免因辊型而导致轧机发生颤动。如以带钢轧机为例，要避免轧机因“诱导速度”而导致“第二种垂直振动”的发生，在速度为700～1700m/min，高频频率为577Hz的情况下，辊径差应保持在2～6mm之间。

6. 防止和解决辊颤现象的最好方法是合理分配轧制道次

以一台设计刚投产的轧机为例，在调试阶段并未出现辊颤，而在投产后出现辊颤，引起辊颤的原因除了轧辊磨制存在问题以外，还由于道次压下量未合理分配所致。在可逆轧制时，无论是单机架HC轧机、六辊CVC轧机或单机架四辊轧机、20辊轧机，其张力和道次分配必须合理才能避免辊颤的发生。

7.四辊轧机工作辊传动稳定分析

在铜及铝板带生产过程中四辊轧机通常是最常用的轧机，我们就以四辊轧机为例做传动稳定分析。

在四辊轧机工作辊传动过程中，若充分考虑到工作辊与支承辊轴承处的摩擦力及其滚动摩擦的影响，支承辊上的支反力与摩擦圆半径相切，并在工作辊与支承辊偏离0.1～0.3m的滚动摩擦力臂的距离，而在两者之间的压扁弧上所建立的是支承辊与工作辊之间的摩擦力。所以工作辊的中心偏移两支承辊中心连线的临界偏移量为：

e0=±(R1+R2)[(m+ 2)/R2+(T1-T0)/(2P)]

注：式中R1表示工作辊半径；R2表示支承辊半径； 2表示支承辊摩擦圆半径；T0表示入口张力；T1表示出口张力；P表示轨制压力。

根据以上公式中得出以下结论：

（1）通常情况下T0＞T1,，e=3～10mm，一般按照e0＞e进行校核。为避免对工作辊产生较大的水平力，要确保e值不能太大。

（2）可逆轧制时，一般工作辊偏移向出口端或向入口端，具有相同的效果。在e0＞e的条件下，应确保无论反向轧制或正向轧制，T0＞T1。

（3）在向不带张力轧制的情况下，e。（临界偏移距）为负值。通常向出口方向偏移一个数值，以增强工作辊的稳定性。

对于以上的理论分析只作用于轧机校核，如果从工艺计算来进行分析，使轧辊辊面与轧制金属之间的摩擦系数 要大于轧制时轧制力与轧制切向分力之比是防止轧辊颤振的最有效方式。通常来说，这样便能确保轧制过程的稳定性。所以，无论是两辊轧机还是多辊轧机，对于这一问题在工艺计算中都必须充分考虑。

总之，轧机系统的不稳定性是因多方面影响所致，在轧制过程中轧机系统发生不稳定性时，要从多方面进行具体分析，处理过程中才能对症下药，才能使轧机可以生产出高质量的产品。

8.参考文献

[1] 王宗宽;周亚军. 铝板带轧制过程中的工艺润滑及影响因素[J]. 轻合金加工技术.2007,(11)

[2] 胥福顺;栾争位. 提高铝板带冷轧机厚度控制系统稳定性的探讨[J]. 轻合金加工技术.2010，（9）

[3] 王祝堂.铝板带轧制原理基础[J]. 2013年全国铝加工技术及应用交流会论文集.2013，（5）