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冷軋帶鋼和薄板一般厚度為 0.1-3mm，寬度為 100-2000mm，具有表面光潔、平整、尺寸精度和機(jī)械性能好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于汽車制造、電工電器、建筑建材、包裝材料、家用電器等各個(gè)行業(yè)。隨著時(shí)代的進(jìn)步，各行業(yè)對冷軋帶鋼和薄板的質(zhì)量要求越來越高，尤其在汽車制造行業(yè)，其對板材的質(zhì)量要求已達(dá)到********的高度。面對挑戰(zhàn)，各種先進(jìn)的軋機(jī)被設(shè)計(jì)制造出來。這些軋機(jī)采用不同的軋制方式，采用不同的輥系配置。從 4 輥軋制式、6 輥軋制式、8 輥軋制式、12 輥軋制式到 20 輥軋制式，總體的發(fā)展趨勢是多輥化和軋輥小徑化。出現(xiàn)這樣的發(fā)展趨勢，一定存在著必然性。本文立足于理論研究角度對工作輥輥徑大小的改變對軋制性能的影響進(jìn)行分析研究，力求發(fā)現(xiàn)一點(diǎn)規(guī)律，為相關(guān)研究人員提供參考。
一、冷軋制過程受力狀況介紹
1、軋制過程簡介
鋼帶的軋制過程，就是鋼帶在通過上下工作輥所限定的輥縫時(shí)，受到上下工作輥的滾壓產(chǎn)生塑彈性變形而使鋼帶變薄，從而得到一定厚度的鋼帶的過程。由于軋制過程對鋼帶產(chǎn)生極大的擠壓力，使鋼帶的晶粒被壓扁、拉長，晶格歪扭畸變，晶粒破碎，造成鋼帶的塑性降低，硬度和強(qiáng)度增高，產(chǎn)生加工硬化的現(xiàn)象。與此同時(shí)，鋼帶的軋制過程產(chǎn)生很大的變形熱，使帶鋼與軋輥的溫度升高。輥面溫度過高會(huì)引起工作輥淬火層硬度下降，影響帶鋼的表面質(zhì)量和軋輥壽命。輥溫的升高和輥溫分布不均勻會(huì)破壞正常的輥形，直接影響帶鋼的板形和尺寸精度。因此，為了保證冷軋的正常生產(chǎn)，對軋輥和帶鋼應(yīng)采取有效的冷卻措施，如乳化液等。
軋制過程中，由于帶鋼的化學(xué)成分和組織不均勻、鋼帶原始厚度不均；軋輥的熱膨脹、軋輥的磨損、軋輥的偏心運(yùn)轉(zhuǎn)等；軋機(jī)的各部分接觸面間存在間隙及軋機(jī)自身彈性變形，都會(huì)造成帶鋼厚度的波動(dòng)。為了保證帶鋼縱向厚度不變，生產(chǎn)中采用恒輥縫控制來實(shí)現(xiàn)對其厚度的控制。即通過測厚傳感器反饋的厚度值控制液壓設(shè)備動(dòng)態(tài)調(diào)整軋制壓力大小，從而保證軋制輥縫中間厚度不變的控制方法。此方法要求軋機(jī)具有較高剛性。
當(dāng)采用恒輥縫控制時(shí)，軋制壓力是動(dòng)態(tài)急劇變化的，這就導(dǎo)致工作輥在軋制過程中的彎曲程度也是動(dòng)態(tài)變化的，從而造成帶鋼在寬度方向上，邊沿部分與中間部分的厚度不均現(xiàn)象。恒輥縫法，雖然保證了中間部分厚度一致，但損失了邊沿部分的精度。為此，又產(chǎn)生了一種控制方法：恒壓力控制。
當(dāng)采用恒壓力控制時(shí)，軋制壓力是保持不變的，并不調(diào)整由于坯料厚度偏差所形成的帶鋼偏差，此時(shí)所得到的帶鋼板型較好。恒壓力控制一般用在平整機(jī)操作上，以改善軋件的板形。
在軋制過程中，還可以采用 HC、CVC、UPC 輥板型控制法等動(dòng)態(tài)控制板形的方法來控制板形。
2、軋制過程工作輥受力分析
N0——軋制壓力
N0’——帶鋼對工作輥的反作用力
f 摩擦——帶鋼對工作輥施加的反作用靜摩擦力
Fx——X 方向支座反力
Fy——Y 方向支座反力
M 驅(qū)動(dòng)——驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩
采用恒輥縫法控制，軋制力是動(dòng)態(tài)急劇變化的，故 N0、N0’也是動(dòng)態(tài)急劇變化的，屬于交變力。這也導(dǎo)致 Fx Fy 時(shí)刻處于急劇變化，也屬于交變力。而在帶鋼軋制線速度不變的情況下，即 V0不變時(shí)有：
M 驅(qū)動(dòng)= f 摩擦·r ——力矩平衡，r 為工作輥半徑
從接觸形式上看，工作輥與鋼帶、工作輥與支承輥（或者中間輥）都屬于線接觸，接觸處均存在著急劇變化的交變應(yīng)力，存在較大應(yīng)力集中現(xiàn)象。
從彈性變形上看，工作輥受 N0、N0’兩個(gè)交變壓力作用，在其上下兩接觸面上產(chǎn)生動(dòng)態(tài)的局部的彈性變形。
二、軋制變形區(qū)詳解
假設(shè)工作輥剛性無限大，則在軋制力作用下工作輥不存在彈性變形。那么，軋制變形區(qū)為圖中理論變形區(qū)表明的部分。
實(shí)際情況是，工作輥經(jīng)過表面淬火，表面具有一定厚度的硬化層，硬度較高。但在軋制力作用下，仍然會(huì)產(chǎn)生變形，變形量為 A，即壓扁變形量。
帶鋼經(jīng)過工作輥軋制之后，在出輥縫時(shí)，會(huì)有一定的彈性恢復(fù)形變，變形量為 B。
從圖中可知，由于工作輥及鋼帶都存在彈性變形，使得實(shí)際變形區(qū)長度 L’大于理論變形區(qū)長度。這種變化導(dǎo)致了實(shí)際壓入角比理論壓入角 Q 偏大的事實(shí)。對壓入順暢及防止打滑都有一定的影響。
三、軋輥輥徑的變化對軋機(jī)剛度的影響
從受力分析可知，工作輥受急劇變化的交變應(yīng)力作用，在上下線接觸部位上存在局部較大應(yīng)力集中現(xiàn)象，同時(shí)接觸部位會(huì)產(chǎn)生局部彈性變形。
在生產(chǎn)實(shí)際中的工作輥，較大輥徑時(shí)一般采用表面淬火處理來生成一定厚度的硬化層，或者再進(jìn)行表面滲碳、氮等處理，來提高表面硬度。由于輥徑較大，淬火深度無法達(dá)到輥心，因而使得心部材料的硬度較低。在實(shí)際應(yīng)用中，受急劇變化的交變應(yīng)力作用時(shí)，由于殼硬里軟，在接觸線上各個(gè)位置都會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力梯度，導(dǎo)致各點(diǎn)內(nèi)部彈性變形不一致，從而更容易產(chǎn)生內(nèi)部缺陷的累計(jì)與擴(kuò)大，產(chǎn)生疲勞裂紋或表面局部剝落現(xiàn)象。再加上軋制熱的作用，軋輥表面的失效速度會(huì)更快，直接影響鋼帶的質(zhì)量和生產(chǎn)進(jìn)度。
從變形區(qū)的分析中，我們知道，實(shí)際變形區(qū)長度是大于理論變形區(qū)長度的。當(dāng)采用較大輥徑工作輥時(shí)，由于殼硬里軟，接觸線上產(chǎn)生的彈性變形量較整體淬透時(shí)的變形量要大，從而使得實(shí)際變形區(qū)長度變長。在壓力不變的情況下，單位接觸點(diǎn)上的壓強(qiáng)實(shí)際是降低的，但鋼帶的屈服極限一定，因而，只有提供更大的軋制力才能提高單位接觸點(diǎn)上的壓應(yīng)力，才能得到理想的軋制效果。
當(dāng)工作輥輥徑減小時(shí)，會(huì)帶來以下幾點(diǎn)好處：
1、工作輥輥徑減小利于整體淬火，使整體具有均一的硬度，在軋制力作用下，彈性變形量會(huì)減小，從而減小軋機(jī)彈跳，提高了軋機(jī)剛性，利于厚度控制。同時(shí)，使得軋制變形區(qū)的長度也減小，5提高了單位接觸點(diǎn)上的壓強(qiáng)，在相對小一些的軋制力下也能得到理想的軋制效果。當(dāng)采用多個(gè)軋機(jī)同時(shí)軋制時(shí)，利于克服前道軋制產(chǎn)生的加工硬化，保證板厚。
2、工作輥輥徑減小，有利于提高工作輥的疲勞強(qiáng)度，提高工作輥的使用時(shí)間，降低工作輥的消耗。（參考文獻(xiàn) 2）
3、工作輥輥徑減小，利于減小軋機(jī)彈跳，提高軋機(jī)剛性。軋機(jī)壁厚相同時(shí)，在相同軋制力作用下，內(nèi)腔高度小的軋機(jī)機(jī)架的彈性變形量比內(nèi)腔高度大的軋機(jī)機(jī)架的彈性變形量要小，從而有利于減小軋機(jī)彈跳，提高軋機(jī)剛性。
4、工作輥輥徑減小，剛性提高，可以軋制更薄的鋼帶，適應(yīng)加工的板材范圍變大
五、結(jié)論
工作輥輥徑減小，利于節(jié)能降耗，利于鋼帶厚度控制，利于軋制更薄鋼帶。
