一种用于冷轧边降控制的工作辊及其辊形设计方法技术

本发明专利技术一种用于冷轧边降控制的工作辊及其辊形设计方法，该工作辊辊形包括斜直线段、二次曲线段和水平直线段，二次曲线的两端分别与水平直线和斜直线相切，该辊形由二次曲线和斜直线共同组成一侧端部辊形并参与边降控制，二次曲线段长度较短但锥度较大，斜直线段较长。本发明专利技术具有以下优点：1.可保证整个边部区域的边降控制能力；2.带钢最边部区域的应力值相对较小，减少了断带发生的可能；3.带钢边部起始位置的平滑过渡，避免应力集中，增加轧辊形状自保持性；4.降低带钢跑偏引起单侧边部应力过大而发生断带的概率，具有良好的抗跑偏能力；5.辊形具有优良的磨削性能，保证磨削过程的轧辊端部表面质量。

【技术实现步骤摘要】
一种用于冷轧边降控制的工作辊及其辊形设计方法
本专利技术涉及轧钢
，尤其涉及一种用于冷轧边降控制的工作辊及其辊形设计方法。
技术介绍
冷轧边降控制技术，是针对硅钢、镀锡基板生产的一项关键技术。目前，冷轧边降控制技术有很多种，其中工作辊辊形技术是其中最为简单有效的控制手段，但随着用户对冷轧同板差要求的提高，当前应用的工作辊辊形或边降调控能力已略显不足，或抗跑偏能力弱，或磨削性能差，或存在应力集中，仍存在很多不足。川崎制铁公司的T-WRS技术采用一端带有直线形锥度的工作辊，反对称布置在上下工作辊上，通过轴向窜动工作辊来对带钢边降进行控制，但T-WRS形工作辊为直线型，锥形也为直线型，在轧辊过渡位置，存在应力集中的问题。公开号为CN101254508的中国专利公开了一种兼顾带钢边降控制和平坦度控制的工作辊，在平辊工作辊的一侧磨削成连续可变锥形，该锥形分为3段，边降控制段、切线工艺段和结构锥度段，主要应用在四辊冷轧机上，可对边降有效控制，但不适用于六辊冷轧机，且随着边降要求的进一步提高，边降调控能力略显不足。公开号为CN103949475的中国专利公开了一种兼顾带钢边降控制和凸度控制的工作辊，在辊身全长设计为凸度控制段、边降控制段和直线段三段辊形，具有较好的辊形磨削性能，对边降进行可有效控制，但主要应用在四辊轧机上，且由于参与边降控制的辊形段为圆弧曲线，曲线辊形斜率越靠边部越大，故在带钢跑偏时很容易造成辊系受力不均、两侧边降控制不对称情况严重。公开号为CN201231246的中国专利公开了一种用于控制带钢边缘降的工作辊，在平辊工作辊两侧磨削处圆弧和锥形曲线，圆弧和直线交点处相切，主要应用于四辊轧机上可有效控制边降，但该辊形在带钢跑偏时会导致辊系受力不均、边降控制不对称、轧制不稳定，同时由于磨床磨削加工能力随辊形斜率增加而减小，该辊形末端部分可能在磨床上无法精确磨削。公开号为CN101367092的中国专利公开了一种控制冷轧钢边降的工作辊技术，工作辊辊形全长设计为特殊高次曲线，辊形中部平缓，两端陡降，该辊形在可有效控制边降，但该辊形只适用于工作辊不能窜动、轧制宽度规格不经常变化的轧机。公开号为CN102335675的中国专利公布了一种提高边降控制能力的工作辊端部辊形，其在工作辊端部采用多项式幂函数辊形曲线，很好的提高了工作辊在一定窜动量下对带钢边部的边降控制能力，但该辊形边部在中间段因曲线斜率变化大，容易在带钢跑偏时造成两侧边降控制能力不对称，且该辊形由于辊形斜率变化大磨削性能不好。文献1（UCMW轧机抛物线函数单锥度工作辊边降控制，2009，北京科技大学学报）以某冷轧宽带钢UCMW轧机为研究对象，研究了二次曲线辊形对边降控制的影响，该辊形和公开号为CN102335675的专利存在抗跑偏性差和磨削性能不佳的问题。综上，前述5个中国专利和文献1介绍的辊形参与边降控制的辊形段全部为一种高次曲线或正弦曲线，共同存在参与边降控制辊形段起始位置斜率较小导致边降调节能力不足，而辊形越靠近边部斜率越大，用于生产时带钢边部区域应力值相对较大，带钢跑偏时更会引起单侧边部应力过大，断带发生的可能性较大。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出了一种用于冷轧边降控制的工作辊及其辊形设计方法。本专利技术提供的用于冷轧边降控制的工作辊辊形包括斜直线段、二次曲线段和水平直线段，所述二次曲线段的两端分别与斜直线段和水平直线段相切，所述工作辊的辊形曲线方程为：（1）其中，式中Le为单侧端部由斜直线段和二次曲线段共同组成的辊形总长度，mm；Ls为二次曲线辊形长度，mm；Lh为工作辊水平直线段辊形长度，mm；x为以二次曲线辊形与水平直线段辊形相切点为原点的轧辊辊身长度方向坐标，mm；y(x)为以二次曲线辊形与水平直线段辊形相切点为原点的轧辊半径辊形曲线坐标，μm；a为二次曲线辊形参数，取值范围为-0.04~-0.01，单位为1。所述工作辊的窜辊最大行程的取值范围为0~400mm。基于本专利技术提供的用于冷轧边降控制的工作辊的辊形设计方法包括以下步骤：步骤1：根据现场生产的带钢最小宽度Bmin、带钢最大宽度Bmax、工作辊的窜辊最大行程Smax和工作辊辊身总长度Lw，得到单侧端部斜直线段和二次曲线段辊形总长度Le的取值区间为：（2）其中，式中Bmin为带钢最小宽度，Bmax为带钢最大宽度，Smax为工作辊的窜辊最大行程，Lw为工作辊辊身总长度；步骤2：根据端部单侧端部由斜直线段和二次曲线段共同组成的辊形总长度Le确定二次曲线辊形长度Ls为：（3）其中，式中k为系数，取值范围为0.1-0.3；步骤3：确定二次曲线辊形参数a的值，选取a0作为其初值，即：（4）其中，a0为常数，取值范围为-0.03~-0.02；步骤4：根据确定的二次曲线辊形长度Ls和二次曲线辊形参数a的值确定二次曲线方程：（5）步骤5：根据确定的二次曲线方程确定斜直线段辊形：斜直线段与二次曲线相切，对二次曲线在处求导得到斜直线段斜率进而确定斜直线段辊形曲线方程为：（6）步骤6：根据工作辊除单侧端部由斜直线段和二次曲线段共同组成的辊形外，设计为水平直线辊形，辊形曲线方程为：（7）步骤7：将步骤4-6得到的公式（5）、公式（6）和公式（7）描述的3段辊形曲线方程合并成一个分段函数表示即得到用于冷轧边降控制的工作辊的辊形曲线；步骤8：根据工作辊的辊形曲线得到完整辊形并进行工业试验得到改善的边降量d0，比较改善的边降量d0和期望改善的边降量dt，当二者偏差小于dt的10%时，则完成辊形设计，当二者偏差大于dt的10%时，按照插值法得到最终的二次曲线辊形参数a为：（8）将得到的a值代入到步骤4中，重新计算辊形曲线方程。进一步，所述步骤1中求出的Le值，为减少磨辊量，Le值在区间下限附近取值并圆整。本专利技术提供的用于冷轧边降控制的工作辊的有益效果在于：该工作辊端部辊形由二次曲线与斜直线共同组成且参与边降控制，二次曲线段较短，但锥度较大，斜直线段较长，相对于其他边降控制辊形曲线段较长或采用长斜直线直接与水平直线段过渡，本辊形的突出优点在于：1）增大二次曲线锥度增加了边降区靠近中部位置的边降调控能力；2）减少了二次曲线段的长度从而减小过渡点斜率，参与边降控制的单侧端部由斜直线段和二次曲线段共同组成的辊形由于最边部区域辊形斜率比其他纯曲线辊形更低更稳定，补偿边降造成的带钢最边部区域增加的应力值较小减少了断带发生的可能，例如：边降统计方法为距边部115mm与15mm位置厚度差，则控制目标为边部15mm位置，而边部15mm以外则一般被切掉不作供货，则可以降低该区域控制能力从而减少拉应力过大引起的断带发生概率；3）由于减小过渡点以外位置的斜率，该辊形相比其他纯曲线辊形在带钢跑偏时两侧边降控制的不对称程度更小，降低了因跑偏引起的单侧边部应力过大发生断带的可能性，即具有更好的抗跑偏能力；4）参与边降控制的二次曲线与斜直线结合的端部辊形与水平直线段辊形平滑过渡，避免了过渡点出现应力集中造成轧辊易剥落的问题，轧辊形状具有良好的自保持性；5）该辊形从水平直线通过二次曲线平滑过渡到斜直线，曲线段长度较小且曲线段段斜率整体值较小，故辊形更容易磨削，表面不容易出现刀花。附图说明图1是本专利技术实施例提供的用于冷轧边降控制的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于冷轧边降控制的工作辊，其特征在于，所述工作辊包括斜直线段、二次曲线段和水平直线段，所述二次曲线段的两端分别与斜直线段和水平直线段相切，所述工作辊的辊形曲线方程为：y(x)=-2aLsx-aLs2-Le≤x<-Lsax2-Ls≤x<000≤x≤Lh---(1)]]>其中，式中Le为单侧端部由斜直线段和二次曲线段共同组成的辊形总长度，mm；Ls为二次曲线辊形长度，mm；Lh为工作辊水平直线段辊形长度，mm；x为以二次曲线辊形与水平直线段辊形相切点为原点的轧辊辊身长度方向坐标，mm；y(x)为以二次曲线辊形与水平直线段辊形相切点为原点的轧辊半径辊形曲线坐标，μm；a为二次曲线辊形参数，取值范围为‑0.04～‑0.01，单位为1。

【技术特征摘要】
1.一种用于冷轧边降控制的工作辊，其特征在于，所述工作辊包括斜直线段、二次曲线段和水平直线段，所述二次曲线段的两端分别与斜直线段和水平直线段相切，所述工作辊的辊形曲线方程为：（1）其中，式中Le为单侧端部由斜直线段和二次曲线段共同组成的辊形总长度，mm；Ls为二次曲线辊形长度，mm；Lh为工作辊水平直线段辊形长度，mm；x为以二次曲线辊形与水平直线段辊形相切点为原点的轧辊辊身长度方向坐标，mm；y(x)为以二次曲线辊形与水平直线段辊形相切点为原点的轧辊半径辊形曲线坐标，μm；a为二次曲线辊形参数，取值范围为-0.04~-0.01，单位为1。2.根据权利要求1所述的工作辊，其特征在于，所述工作辊的窜辊最大行程的取值范围为0~400mm。3.一种如权利要求1所述的工作辊辊形的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据现场生产的带钢最小宽度Bmin、带钢最大宽度Bmax、工作辊的窜辊最大行程Smax和工作辊辊身总长度Lw，得到单侧端部由斜直线段和二次曲线段共同组成的辊形总长度Le的取值区间为：（2）其中，式中Bmin为带钢最小宽度，Bmax为带钢最大宽度，Smax为工作辊的窜辊最大行程，Lw为工作辊辊身总长度；步骤2：根据单侧端部由斜直线段和二次曲线段共同组成的辊形总长度Le确定二次曲线辊形长...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓晨，杨荃，孙友昭，梁治国，何飞，马粹，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11