近年來(lái)隨著下游廠家對(duì)冷軋帶鋼成品質(zhì)量要求的日益提高，冷軋板形的質(zhì)量要求越發(fā)嚴(yán)苛[1−2]。因此具有高精度板形控制能力的軋機(jī)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，其中最具代表性的是在高精度輥形控制（High crown，HC）軋機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的萬(wàn)能凸度（Universal crown，UC）系列軋機(jī)。其中，UCMW冷軋機(jī)具有工作輥彎輥、中間輥彎輥、中間輥竄輥、工作輥竄輥的等板形調(diào)控手段，在板形調(diào)控方面具有十分優(yōu)異的性能，在軋制板形質(zhì)量要求嚴(yán)格的無(wú)取向硅鋼上得到了普遍的應(yīng)用[3−4]。

軋輥撓曲是影響板帶鋼板形的一個(gè)重要因素，在軋制生產(chǎn)中，軋制力、彎輥力、竄輥、軋輥偏置等參數(shù)變化，會(huì)使軋輥在豎直方向（軋輥壓下方向）和水平方向（軋制方向）的撓曲發(fā)生變化，軋輥的彎曲變形越大，輥系剛度越小，從而影響板帶質(zhì)量[5]。季余斌和高星[6]采用影響函數(shù)法分析了軋輥直徑、帶鋼寬度、軋制力及彎輥力等對(duì)軋輥?zhàn)冃蔚挠绊?。張清東等[7]采用有限元仿真分析了六輥連續(xù)可變凸度（Continuously variable crown，CVC）軋機(jī)的輥系變形。鄭見(jiàn)等[8]采用abaqus有限元仿真分析了不同軋輥偏移條件對(duì)六輥軋機(jī)板形調(diào)控特性的影響規(guī)律。

為了進(jìn)一步掌握UCMW六輥冷軋機(jī)在各種軋制參數(shù)下的軋輥?zhàn)冃?，本文結(jié)合有限元仿真，研究了在不同軋制力、板寬、中間輥彎竄輥、工作輥彎竄輥、中間輥偏置等工藝參數(shù)下的軋輥撓曲變化，這對(duì)于軋機(jī)軋輥輥形設(shè)計(jì)，軋制工藝的優(yōu)化有著重要的指導(dǎo)意義[9]。

1. UCMW軋機(jī)輥系有限元模型的建立

1.1 軋機(jī)參數(shù)及模型建立

以某設(shè)計(jì)院UCMW冷軋機(jī)為研究對(duì)象，采用通用的abaqus有限元軟件，考慮輥系幾何和受力的對(duì)稱性，為提高計(jì)算速度，建立了如圖1所示的UCMW軋機(jī)二分之一輥系靜力學(xué)仿真模型。輥系的主要幾何參數(shù)如表1所示，其中支持輥輥形為變接觸輥，其端部初始輥形如圖2所示，中間輥輥形為單側(cè)錐度輥，其端部初始輥形如圖3所示，工作輥輥形為平輥。

為使有限元模型符合實(shí)際，對(duì)輥系選用8節(jié)點(diǎn)6面體單元（Solid45單元）進(jìn)行劃分；對(duì)工作輥與帶鋼接觸區(qū)域進(jìn)行細(xì)化，采用二十節(jié)點(diǎn)六面體單元（Solid95單元）進(jìn)行劃分。為保證計(jì)算精度，對(duì)輥間可能發(fā)生接觸的表面上附加接觸單元，支持輥和工作輥表面采用Target170單元；中間輥表面采用Contact174單元。最終經(jīng)過(guò)劃分共有435088個(gè)單元和472425個(gè)節(jié)點(diǎn)。

1.2 仿真工況的設(shè)計(jì)

為了分析UCMW軋機(jī)的輥系變形，在不同帶鋼寬度B，主要針對(duì)工作輥彎輥力Fw、中間輥彎輥力Fi、工作輥竄輥量Sw和中間輥竄輥量Si以及單位軋制力q進(jìn)行研究，仿真工況的設(shè)計(jì)如表2所示。本文在研究單一因素的影響時(shí)，控制其他因素為初始狀態(tài)，取Fw=120 kN，Fi=220 kN，Si=0，Sw=0，q=12 kN/mm為初始狀態(tài)。

2. 軋輥壓下方向撓曲

2.1 軋制力對(duì)軋輥壓下方向撓曲的影響

圖4所示為1250 mm寬度帶鋼在不同單位軋制力作用下的工作輥壓下方向撓曲情況，圖4(a)中y軸負(fù)方向?yàn)閴合路较?。可以看出，?dāng)單位軋制力增大時(shí)，工作輥壓下方向撓曲沿壓下方向逐漸增大，工作輥中部?jī)蓚?cè)撓曲不對(duì)稱，隨著單位板寬軋制力增大，中點(diǎn)與左右兩側(cè)撓曲差逐漸增大，其中左側(cè)撓曲從15.141增大到59.768 μm，右側(cè)撓曲從28.434增大到77.97 μm，左右兩側(cè)撓曲量差值的絕對(duì)值從13.293增大到18.202 μm。

圖5所示為不同寬度帶鋼在不同單位軋制力作用下的中間輥壓下方向撓曲情況，圖5(a)中y軸負(fù)方向?yàn)閴合路较?。可以看出，中間輥的壓下方向撓曲為輥身中部?jī)蓚?cè)的撓曲沿壓下方向的反向撓曲，總體撓曲為中部大兩側(cè)小。單位軋制力增大時(shí)，中間輥壓下方向撓曲沿壓下方向逐漸增大，隨著單位板寬軋制力增大，中部與左右兩側(cè)撓曲差逐漸減小，其中左側(cè)撓曲從−29.77增大到−23.778 μm，右側(cè)撓曲從−19.925增大到−13.462 μm，左右兩側(cè)撓曲量差值從9.845增大到10.926 μm。中間輥壓下方向撓曲隨單位軋制力增大量相對(duì)較小，且左右兩側(cè)撓曲差變化明顯小于工作輥。

圖6所示為1250 mm寬度帶鋼在不同單位軋制力作用下的支持輥壓下方向撓曲情況，圖6(a)中y軸負(fù)方向?yàn)閴合路较??？梢钥闯?，支持輥兩?cè)撓曲量差值很小，當(dāng)單位軋制力增大時(shí)，而支持輥兩側(cè)撓曲量差值變化很小，隨著單位軋制力的增大，左側(cè)撓曲從50.829增大到74.935 μm，右側(cè)撓曲從52.741增大到76.495 μm，左右兩側(cè)撓曲量差值的絕對(duì)值從1.912減小到1.56 μm。

2.2 工作輥彎輥力對(duì)軋輥壓下方向撓曲的影響

圖7所示為1250 mm寬度帶鋼在不同工作輥彎輥力作用下的工作輥壓下方向撓曲情況，圖7(a)中y軸負(fù)方向?yàn)閴合路较?。可以看出，隨著工作輥彎輥力的增大，工作輥邊部的撓曲逐漸上移，在彎輥力增大到250 kN時(shí)中點(diǎn)與兩側(cè)撓曲差變化為負(fù)值，也就是邊部沿壓下方向的撓曲量小于中部。隨著工作輥彎輥力的增大，工作輥中點(diǎn)與左側(cè)邊部撓曲差從156.345減小到19.129 μm，中點(diǎn)與右側(cè)邊部撓曲差從169.417減小到0.79 μm，左右兩側(cè)撓曲差從13.072增大到18.339 μm。

圖8所示為1250 mm寬度帶鋼在不同工作輥彎輥力作用下的中間輥壓下方向撓曲情況，圖8(a)中y軸負(fù)方向?yàn)閴合路较?。可以看出，隨著工作輥彎輥力的增大，中間輥撓曲逐漸上移，中點(diǎn)與邊部撓曲差之間減小，兩側(cè)邊部撓曲差略有減小。隨著工作輥彎輥力的增大，中間輥中點(diǎn)與左側(cè)邊部撓曲差從–13.222減小到–33.408 μm，中點(diǎn)與右側(cè)邊部撓曲差從–2.21減小到–22.84 μm，左右兩側(cè)撓曲差從11.012減小到10.568 μm。

圖9所示為1250 mm寬度帶鋼在不同工作輥彎輥力作用下的支持輥壓下方向撓曲情況，圖9(a)中y軸負(fù)方向?yàn)閴合路较颉？梢钥闯觯?dāng)工作輥彎輥力增大時(shí)，支持輥壓下方向撓曲幾乎沒(méi)有發(fā)生改變。隨著工作輥彎輥力的增大，支持輥中點(diǎn)與左側(cè)邊部撓曲差從63.435減小到63.355 μm，中點(diǎn)與右側(cè)邊部撓曲差從65.199減小到64.869 μm，左右兩側(cè)撓曲差從1.764減小到1.514 μm。

2.3 中間輥彎輥力對(duì)軋輥壓下方向撓曲的影響

圖10所示為1250 mm寬度帶鋼在不同中間輥彎輥力作用下的工作輥壓下方向撓曲情況，圖10(a)中y軸負(fù)方向?yàn)閴合路较颉？梢钥闯?，?dāng)中間輥彎輥力增大時(shí)，工作輥壓下方向撓曲逐漸上移，且工作輥輥身左側(cè)撓曲上移量明顯大于輥身右側(cè)，輥身兩側(cè)撓曲差增大較為明顯。隨著中間輥彎輥力的增大，工作輥中點(diǎn)與左側(cè)邊部撓曲差從56.503減小到16.023 μm，中點(diǎn)與右側(cè)邊部撓曲差從67.187減小到40.516 μm，左右兩側(cè)撓曲差從10.684增大到24.493 μm，增大了129.25%。

圖11所示為1250 mm寬度帶鋼在不同中間輥彎輥力作用下的中間輥壓下方向撓曲情況，圖11(a)中y軸負(fù)方向?yàn)閴合路较?。?dāng)中間輥彎輥力增大時(shí)，中間輥壓下方向撓曲逐漸向上移，中間輥輥身左側(cè)變化量相較右側(cè)的變化量相對(duì)較大，中間輥輥身兩側(cè)撓曲差明顯增大，在中間輥彎輥力為0時(shí)，左右側(cè)邊部差值很小。隨著中間輥彎輥力的增大，中間輥中點(diǎn)與左側(cè)邊部撓曲差從7.014減小到–69.692 μm，中點(diǎn)與右側(cè)邊部撓曲差從5.819減小到–43.798 μm，左右兩側(cè)撓曲差從–1.195增大到25.894 μm。

圖12所示為1250 mm寬度帶鋼在不同中間輥彎輥力作用下的支持輥壓下方向撓曲情況，圖12(a)中y軸負(fù)方向?yàn)閴合路较?。?dāng)中間輥彎輥力增大時(shí)，支持輥輥形撓曲的變化較小，支持輥輥身?yè)锨淖笥也粚?duì)稱性有所增加。隨著中間輥彎輥力的增大，支持輥中點(diǎn)與左側(cè)邊部撓曲差從64.595減小到61.77 μm，中點(diǎn)與右側(cè)邊部撓曲差從64.26增大到65.955 μm，左右兩側(cè)撓曲差從−0.335增大到4.185 μm。

2.4 工作輥竄輥量對(duì)軋輥壓下方向撓曲的影響

圖13所示為1250 mm寬度帶鋼在不同工作輥竄輥?zhàn)饔孟碌墓ぷ鬏亯合路较驌锨闆r，圖13(a)中y軸負(fù)方向?yàn)閴合路较?。?dāng)工作輥竄輥增大時(shí)，工作輥撓曲最大值點(diǎn)沿竄輥方向的反向變化，在竄輥負(fù)極限位置，工作輥輥身左側(cè)撓曲變化相對(duì)較大，在竄輥正極限位置，工作輥輥身右側(cè)撓曲變化相對(duì)較大，而輥身兩側(cè)邊部撓曲差在竄輥正負(fù)極限位置變化較其他位置變化較大。隨著工作輥竄輥的增大，工作輥中點(diǎn)與左側(cè)邊部撓曲差從25.675增大到41.416 μm，中點(diǎn)與右側(cè)邊部撓曲差從56.291減小到45.487 μm，左右兩側(cè)撓曲差從30.616減小到4.071 μm。

圖14所示為1250 mm寬度帶鋼在不同工作輥竄輥?zhàn)饔孟碌闹虚g輥壓下方向撓曲情況，圖14(a)中y軸負(fù)方向?yàn)閴合路较颉？梢钥闯?，?dāng)工作輥竄輥增大時(shí)，對(duì)中間輥輥身?yè)锨绊戄^小，中間輥輥身左側(cè)撓曲逐漸增大，在竄輥−80~−40 mm及在40~80 mm變化量相對(duì)較?。恢虚g輥輥身右側(cè)變化趨勢(shì)與左側(cè)相反。隨著工作輥竄輥的增大，中間輥中點(diǎn)與左側(cè)邊部撓曲差從−27.414增大到−25.537 μm，中點(diǎn)與右側(cè)邊部撓曲差從−14.727減小到−16.989 μm，左右兩側(cè)撓曲差從12.178減小到4.071 μm。

圖15所示為不同寬度帶鋼在不同工作輥竄輥?zhàn)饔孟碌闹С州亯合路较驌锨闆r，圖15(a)中y軸負(fù)方向?yàn)閴合路较颉？梢钥闯?，?dāng)工作輥竄輥增大時(shí)，支持輥撓曲量基本不變。隨著工作輥竄輥的增大，支持輥中點(diǎn)與左側(cè)邊部撓曲差從63.141增大到63.688 μm，中點(diǎn)與右側(cè)邊部撓曲差從65.216減小到64.666 μm，左右兩側(cè)撓曲差從2.075減小到0.978 μm。

2.5 中間輥竄輥量對(duì)軋輥壓下方向撓曲的影響

圖16所示為1250 mm寬度帶鋼在不同中間輥竄輥?zhàn)饔孟碌墓ぷ鬏亯合路较驌锨闆r，圖16（a）中y軸負(fù)方向?yàn)閴合路较?。可以看出，?dāng)中間輥竄輥增大時(shí)，工作輥輥身的不對(duì)稱度增加非常明顯，Si=0時(shí)，左右兩側(cè)較為對(duì)稱，隨著竄輥增加，工作輥輥身左側(cè)撓曲明顯上移，變化量較大，工作輥輥身右側(cè)撓曲下移，變化量較小。隨著中間輥竄輥量增加，工作輥中點(diǎn)與左側(cè)邊部撓曲差從38.991減小到−118.988 μm，中點(diǎn)與右側(cè)邊部撓曲差從56.006減小到132.543 μm，左右兩側(cè)撓曲差從17.015增大到251.531 μm。

圖17所示為1250 mm寬度帶鋼在不同中間輥竄輥?zhàn)饔孟碌闹虚g輥壓下方向撓曲情況，圖17(a)中y軸負(fù)方向?yàn)閴合路较??？梢钥闯?，?dāng)中間輥竄輥增大時(shí)，中間輥輥身?yè)锨€上移，在竄輥量0~30 mm時(shí)，輥身左側(cè)出現(xiàn)撓曲量變化較小，輥身左右側(cè)撓曲差由正變負(fù)，總體為下降趨勢(shì)，在竄輥65~85 mm下降變緩。隨著中間輥竄輥的增加，中間輥中點(diǎn)與左側(cè)邊部撓曲差從−26.704增大到−25.824 μm后減小到−40.43 μm，中點(diǎn)與右側(cè)邊部撓曲差從−15.778減小到−46.104 μm，左右兩側(cè)撓曲差從10.926減小到−5.674 μm。

圖18所示為1250 mm寬度帶鋼在不同中間輥竄輥?zhàn)饔孟碌闹С州亯合路较驌锨闆r，圖18(a)中y軸負(fù)方向?yàn)閴合路较??？梢钥闯觯?dāng)中間輥竄輥增大時(shí)，支持輥輥身左側(cè)撓曲量下移，輥身右側(cè)撓曲量上移。隨著中間輥竄輥的增加，支持輥中點(diǎn)與左側(cè)邊部撓曲差從63.354增大到88.069 μm，中點(diǎn)與右側(cè)邊部撓曲差從65.005減小到44.397 μm，左右兩側(cè)撓曲差從1.651減小到−43.672 μm。

2.6 不同板寬對(duì)軋輥壓下方向撓曲的影響

圖19所示為不同寬度帶鋼在相同單位軋制力作用下的工作輥壓下方向撓曲情況，圖19(a)中y軸負(fù)方向?yàn)閴合路较?。可以看出，?dāng)帶鋼寬度增大時(shí)，工作輥輥身的撓曲量發(fā)生明顯上移，但是左右兩側(cè)的撓曲差變化相對(duì)較小。隨著帶鋼寬度的增加，工作輥中點(diǎn)與左側(cè)邊部撓曲差從255.788減小到59.768 μm，中點(diǎn)與右側(cè)邊部撓曲差從271.006減小到77.97 μm，左右兩側(cè)撓曲差從15.218增大到18.202 μm。

圖20所示為不同寬度帶鋼在相同單位軋制力作用下的中間輥壓下方向撓曲情況，圖20(a)中y軸負(fù)方向?yàn)閴合路较?。可以看出，?dāng)帶鋼寬度增大時(shí)，中間輥輥身的撓曲量發(fā)生明顯上移，但是左右兩側(cè)的撓曲差變化相對(duì)較小。隨著帶鋼寬度的增加，中間輥中點(diǎn)與左側(cè)邊部撓曲差從16.356減小到−23.778 μm，中點(diǎn)與右側(cè)邊部撓曲差從29.714減小到−13.462 μm，左右兩側(cè)撓曲差從13.358減小到10.316 μm。

圖21所示為不同寬度帶鋼在相同單位軋制力作用下的支持輥壓下方向撓曲情況，圖21(a)中y軸負(fù)方向?yàn)閴合路较颉？梢钥闯?，?dāng)帶鋼寬度增大時(shí)，支持輥輥身的撓曲量發(fā)生上移，但是左右兩側(cè)的撓曲差變化相對(duì)較小。隨著帶鋼寬度的增加，支持輥中點(diǎn)與左側(cè)邊部撓曲差從50.261增大到74.935 μm，中點(diǎn)與右側(cè)邊部撓曲差從54.038增大到76.495 μm，左右兩側(cè)撓曲差從3.777減小到1.560 μm。

3. 結(jié)束語(yǔ)

（1）支持輥在中間輥彎輥、工作輥彎輥、工作輥竄輥改變時(shí)，壓下方向撓曲變化較小，而在單位板寬軋制力、中間輥竄輥、帶鋼寬度改變時(shí)，壓下方向撓曲變化較大；中間輥在工作輥竄輥時(shí)壓下方向撓曲變化較小，而在單位板寬軋制力、工作輥彎輥、中間輥彎輥、中間輥竄輥、帶鋼寬度改變時(shí)壓下方向撓曲變化較大；工作輥在這六組參數(shù)改變時(shí)，壓下方向撓曲都發(fā)生較大的改變。

（2）單位板寬軋制力、工作輥彎輥、帶鋼寬度的改變對(duì)軋輥輥身兩側(cè)撓曲差的影響很小，而工作輥竄輥改變時(shí)，在竄輥正負(fù)極限位置對(duì)帶鋼兩側(cè)撓曲差影響較大，而對(duì)中間輥、支持輥影響相對(duì)小，中間輥竄輥、彎輥時(shí)，對(duì)軋輥兩側(cè)撓曲的影響最為明顯。

（3）通過(guò)仿真研究中間輥偏置時(shí)軋輥水平力及撓曲，可以發(fā)現(xiàn)，在中間輥沿軋制方向或沿軋制方向反向偏置量達(dá)到2 mm后，輥系的受力方向不在發(fā)生改變，輥系的穩(wěn)定性提高，隨著偏置的增加，輥系受力增加，軋輥撓曲增加。

文章來(lái)源——金屬世界