浅析二十辊精轧机轧制产品精度及板形控制

1、浅析二十辊精轧机轧制产品精度及板形控制摘要：简要介绍铜板带产品的市场趋势和二十辊精轧机结构及技术参数，对生产过程中影响产品精度及板形的各种因素进行分析，并制定了详细的优化方案。关键词：板形控制；内应力；轧辊；精度控制；张力1 市场对铜板带产品精度和板形的要求随着科学技术的快速发展，电子元器件类产品向着更高效节能、更微型化的方向发展，用户对铜及铜合金板带产品的质量要求也在不断提高，期望产品的厚度更薄、精度更高、性能更好、板形更平整等1。因为高精度，平整度良好，内部残余应力小的产品更利于高速冲压加工，这些指标直接影响客户的生产效率、生产成本、产品质量等，所以客户对产品的精度、板形要求越来越高，行业

2、内的市场竞争越来越残酷。虽然我公司高精带的生产，在规模、质量及工艺技术方面有较大优势，但在产品精度、板形等方面还有很大的改善空间。2 设备概况2.1二十辊精轧机主要技术参数支撑辊轴承：125mm； 二级中间辊：75mm；一级中间辊：45mm； 工作辊：25mm；辊面宽：390mm； 轧制力：350KN（max）；轧速：V0120300 mmin； 压下速度：0180mm/min；带材张力：档 180001800N（当Vmax=150m/min时）；档 9000900N（当Vmax=300m/min时）；档 1500150N（当Vmax=250m/min时）；带材张力调节：档和档通过电枢电流调节

3、，档通过电枢电流调节和直接张力测量。2.2轧制材料的规格范围轧制带宽：250330mm； 入口厚度：0.40.8 mm；成品厚度：0.0250.25mm； 带卷内径：500mm；带卷外径：1300mm（max）； 轧辊冷却润滑系统：全油润滑；轧机牌坊：内外分离式； 轧辊结构：见图一。3 二十辊轧机轧制铜板带产品的精度控制我公司二十辊精轧机采用液压AGC厚控系统、张力闭环控制、前后馈系统2。机架为整体铸造等强度梁，刚度高，可较少带材的横向厚度差。该轧机工作辊辊径小，轧辊弹性变形小，可保证工作辊在轧制方向上的稳定性。对比四辊、六辊冷轧机通过辊径传递轧制力，二十辊精轧机的优点是轧制力可通过鞍座均匀传

4、递给机架，这一独特优势可使其轧制带材的最薄厚度达到0.025mm，精度可达±0.001mm。铜板带产品精度主要表现为尺寸精度，它是衡量厚度偏差的程度。精度即厚度偏差的绝对值（）与产品厚度（h）的百分比（S），公式表示为 S=/h×100%。产品精度的主要影响因素包括以下四个方面。3.1轧机的刚性和弹性轧机刚性和弹性可反映轧机的精度情况。轧制过程在轧制压力的作用下，压下部分及机架部件都要产生弹性变形。由于弹性变形的存在，轧制时的实际辊缝要比压下调整的零线辊缝大，这个增大的量叫“弹跳量”。弹跳量的大小与轧辊直径材质、轧制力、各受力部件的弹性变形、设备的结构及制造精度有关，它决定

5、着轧机可轧制铜板带材的最薄厚度及精度。3.2带材的纵向厚度带材原始厚度、前后张力、材料变形抗力、轧制速度、摩擦系数、轧辊的偏心度等均影响轧制带材的纵向厚度。当其它条件一定时，带材原始厚度越不均匀，轧出的成品厚度越不均匀。所以须严格控制进入二十辊精轧机的带材尺寸差，使其处在精轧机能够消差的合理公差范围内。3.3关键工装关键工装的影响因素主要表现在轧机的二十辊磨削精度上，这取决于磨床的精度。磨削要求25mm、45mm、75mm辊的圆柱度小于0.001mm，125mm辊的偏心度不超过 0.002mm。因磨床精度和磨削质量限制，二十根轧辊的公差叠加，可使带材的纵向厚度产生波动。在维持磨床精度一定的前提

6、下，需定期检修磨床使其保持在良好的状态下运转，同时提高磨床工的操作技能，优化磨削工艺，严格控制磨削质量。3.4轧制工艺3.4.1轧制道次压下量的影响：理论上h=S（h为厚度偏差，S为辊缝调整量），该公式表明控制辊缝调整量可有效控制厚度偏差。对于退火后软态厚带，轧制第一、二道次时辊缝调整比较容易，在此时控制厚度偏差很关键，否则厚度超差在后道次中难以消除。在后续轧制道次中虽厚度偏差h很小，但相应的辊缝调整量S相对较大，因此在轧制薄而硬的带材时压下调整量需增大，才能有效减小或消除厚度偏差。3.4.2轧制张力：通过影响变形区的应力状态、改变塑性变形抗力而起作用。张力增大，出口厚度减小，反之张力减小，出

7、口厚度增加，且后张力对厚度的影响较前张力大。为使带材厚度均匀一致，在轧制时需保持张力稳定。3.4.3轧制速度：通过影响摩擦系数和变形抗力及轧辊油膜厚度来改变轧制张力和辊缝大小，从而影响带材出口厚度。轧制速度升高摩擦系数减小，变形抗力降低，轧制压力降低，带材厚度变薄。轧制速度降低则相反。3.4.4工艺润滑：轧制时工艺润滑情况不同可表现为摩擦系数的变化，从而对带材厚度产生影响。生产时应综合考虑轧机的刚性和弹性，带材的纵向厚度，关键工装及轧制工艺四种主要影响因素，才能获得更好的精度控制效果。4 二十辊轧机轧制铜板带产品的板形控制板形控制是轧制生产中最复杂、最困难、也是研究最多的课题之一。4.1板形问

8、题的凸现在电子元件的微型化过程中，细微的厚度偏差就会导致所制成的元器件形状、性能差异。因此用户对铜板带材要求更高的平整度，更小的横纵向厚度差，更小的残余应力等。例如0.15mm硬态带材，当厚度偏差为1m时，制成的零件会产生1°的回弹。带材残余应力不仅影响分裁成品侧弯的产生，还会引起冲压生产困难和不合格品产生等。如某规格引线框架材料0.5mm 硬态产品，因残余应力的存在造成冲压后零件扭曲变形，最终导致冲制品报废。4.2常见板形缺陷分类常见板形缺陷分类，见图二。影响轧制板形的主要因素有辊系、带材本身、轧制条件等，不同因素可产生不同类型的板形缺陷。（1）两边浪：轧前带材两边厚，中间薄；一级

9、中间辊凸度太小；背衬辊，弯辊及弯辊力给定不合理；道次压下量太大或张力太小；润滑不均或润滑油品质差3。（2）中间浪：轧前带材中间厚两边簿；背弯或弯辊力给定不合理；道次压下量太小；前后张力太大；润滑不匀；一级中间辊的凸度太大。（3）肋浪：轧前带材性能不均；工作辊磨损严重；一级中间辊凸度选择不合理；张力波动太大；冷却或润滑不均；前后道次加工率分配不合理。（4）单边波浪：轧前带材已存在一边厚一边薄或镰刀弯；退火不均匀；辊系任何一个辊子几何尺寸偏差大；两边压下不均；沿辊身长度方向温度不均；辊系的磨损不均；轧辊与卷取机的卷筒中心线不平行。4.3板形控制和凸度控制的关系铜及铜合金板带材轧制的板形控制技术，即

10、为轧制出平直板带材技术。凸度控制为控制板带材宽度方向上厚度分布的技术。出现板形缺陷的原因是板带材在轧制时各部分延伸不一致，因此板形控制即延伸沿宽度方向分布的控制，也是轧制时压下量沿宽度方向的控制，效果等同于凸度控制。板形控制和凸度控制是以同一问题为对象的两种控制技术，但两者的控制精度不同。运用板形控制的板带厚度偏差较小，约0.1m；而凸度控制的板带厚度偏差范围较大，约10m。所谓板形良好，一般是指波浪度在0.5%以下的板形，以厚度为1mm的带材为例，要达到板形良好其宽度方向的压下量差异不能大于0.06m，而凸度控制一般不大于10m即可，二者相差超过100倍。4.4板形和内应力的关系板形平整的必

11、要条件：轧制压下（延伸）横向一致。压下横向不一致时会产生微观微小的内应力，导致宏观表现为板形不平整。作用机理为：假设一段带材由许多细长条并排连接而成，带材的轧制变薄意味着细长条被拉长；带材宽度方向上各部分的延伸不一致，即为细长条的拉长程度不一致；因细长条彼此之间是相互连接的，所以延伸较长的细长条会受到压应力，而延伸较短的细长条会受到拉应力，这些应力构成了整个带材宽度上的内应力分布；当细长条所受的应力达到一定的程度时会产生弯曲变形，这些变形就形成了带材板形“波浪”缺陷4。4.5二十辊精轧机板形综合控制4.5.1上支撑辊辊形控制二十辊精轧机采用1234的辊系配置，如图三：A、D、E、H轴上分别装五

12、套轴承；B、C、F、G轴上分别装四套轴承；采用D工：D一级：D二级：D支1：2：3：4合理配置的塔形辊组，使轧制力通过支撑辊鞍座传递给牌坊，减少辊系的磨损，保证扭矩的均匀传递。在A、D支撑辊上分别装有四块调整背弯的液压装置来达到调整背弯的目的，作为调整辊系辊形的主要手段它们可单独调整也可同时调整。4.5.2轧辊精度控制与其它冷轧机不同，二十辊轧机的轧制力是以力流的形式沿辊系各接触点传递到所轧带材，因而对轧辊和支撑辊的精度（装配精度和磨削精度）和可靠性有着特殊的要求。工作辊、中间辊及支撑辊在磨床上磨出的辊型，是为了消除附加轴向力和颤动，因此要求各类辊按技术要求磨削5。生产框架材料适用的工作辊表面

13、硬度为HRC：6567；一级中间辊硬度HRC：6163；二级中间辊硬度HRC：6062；且淬透深度不小于轧辊半径的3%。工作辊表面精度为1112级甚至更高，中间辊表面精度比工作辊低一级。4.5.3一级中间辊的辊形控制我公司二十辊精轧机无一级中间辊的横向抽动技术，在轧制变形抗力大的铜合金时，板形控制不太理想。依据六辊HCM轧机中间辊抽动理论，并在实践中不断摸索，我们对45mm一级中间的辊型进行改进（磨床无法磨削抛物线辊型），分三段磨削得到两个尺寸，见图四：平直段控制在100130mm内，一级中间辊有效平直段及锥度的选定与带材加工硬化程度、道次压下量、带材宽度等因素有关。当道次压下量、合金种类及状

14、态等一定时，主要与带材宽度及厚度有关。生产中一级中间辊的辊型选择不当时，易引起断带或增加板形缺陷。平直段长度大，锥度小时带材边部松、中间紧，易跑偏、断带；平直段长度小，锥度大时带材中间起波浪，边部受拉伸力大，易断带；在轧制过程中针对带材厚度及板形实际情况，合理地调整板形控制机构，配合正确轧制工艺参数，可获得良好板形。4.5.4轧件原始厚度和板形控制轧前带材板形的好坏直接影响轧后板形。由于带材板形欠佳造成新的不均匀变形并与本道次轧制的不均匀变形产生叠加或抵消效应，严重时还会出现压折现象，会对二十辊轧机辊系造成十分严重的的损伤。轧前带材的纵向厚度波动直接影响成品板形。当调整道次压下量时必然会改变轧

15、制力沿辊缝的分布，即辊缝形状发生变化，从而引起板形变化。若要控制好板形，就必须严格控制来料的纵向厚度差。4.5.5冷却润滑控制我公司二十辊精轧机的冷却润滑液选用杭炼厂T25轧制油。不同的冷却润滑液对薄带轧制影响较大，除对带材表面颜色的影响外，对板形的影响尤为显著，严重时可使带材表面产生阴阳面、皱褶、造成局部波浪或断带。究其原因有：当金属轧制时变形热的产生使辊温上升；轧制时的不均匀磨擦使轧辊出现局部磨损；带材与轧辊磨擦产生热量，从而影响板形，造成皱褶或断带。薄带轧制时断带频繁，每次断带后需将辊系内的铜屑取出，而细小碎屑需用冷却液彻底冲洗。若碎屑夹在辊系中特别是支撑辊背衬轴承中，会使轴承转动不灵，

16、轻者研辊，重者损坏整个辊系。该二十辊精轧机的冷却系统中无分段冷却技术，只能靠改变冷却液喷射流量来改变辊型，使得辊缝形状和板形发生变化。因此，冷却控制的好坏直接影响产品的板形。4.5.6张力和工艺控制二十辊精轧机使用小直径轧辊轧制簿带产品的特点之一是采用较高的单位张力。带材的出口厚度、表面质量、轧制力、前滑、板形等在很大程度上都决定于轧制张力，随着张力的增大轧制力降低。当减小压下量时前后张力对轧制的影响减小。张力大小取决于该类金属的机械性能和加工硬化程度，其范围应控制在0.1s0.7s。与普通轧机相比，二十辊轧机的小直径工作辊与带材接触弧长较短，能大大降低轧制力、磨擦力和扭矩，可使道次压下量增大

17、。在某些情况下道次压下量可达60%，总加工率可达99%。对于薄带轧制，根据其机械性能、热处理条件、来料状况，确定道次压下量。特别是对于通过轧制控制成品性能的产品，更要严格控制加工率。制定合理的轧制工艺对获得良好板形有直接作用。在生产中合理分配道次加工率并配合适当的轧制张力至关重要。可遵循以下原则：前几道次采用较大的道次加工率，后张力大于前张力，充分利用金属塑性和二十辊轧机的特点对带材降厚消差；在后两道次采用较小的道次加工率，前张力大于或等于后张力，保持带材板形平直，降低带材内部残余应力。5 结语我公司二十辊精轧机自投入运行以来虽然对45mm一级中间辊辊型进行了改进，但生产0.2mm以下的薄带产品板形控制还需进一步优化。工艺与设备各参数之间的匹配还有很大的探索