工作辊辊形对铝箔板形影响的有限元分析

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.2005.01.023 第27卷第1期 北京科技大学学报 Vol.27 No.1 2005年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2005 工作辊辊形对铝箔板形影响的有限元分析 刘华》吴斌”何安瑞)杨荃”陈长科) 1)北京科技大学高效轧制国家工程研究中心，北京1000832)新疆众和股份有限公司，乌鲁木齐830013 摘要将铝箔轧机辊系及轧件统一考虑建立了有限元分析模型，分别计算了在冷辊（开始 轧制)和热辊（稳定轧制）状态下，不同工作辊辊形的辊缝及轧制压力的轴向分布，分析了工作 辊辊形对铝箔板形的影响.建议铝箔轧制时上工作辊采用AFW辊形，下工作辊采用平辊的 工艺制度， 关键词铝箔轧制：辊形：板形：轧制压力：有限元法 分类号TG335.58 铝箔轧制中，工作辊的辊形直接影响着辊缝 参数为：入口厚度0.17mm:出口厚度0.10mm;出 及辊间轧制压力的轴向分布，从而影响着铝箔的 口轧件宽度530mm;轧制压力0.70-0.12MN:弯 板形.所以，求算辊缝及轧制压力的轴向分布是 辊力-1.18×37%0.21×12%MN. 分析不同工作辊辊形对铝箔板形影响的前提， 所建立的铝箔轧机辊系模型如图1所示（模 用解析法求算辊间压力分布的公式很多，许 型为360).模型单元总数为38640个，约束点有 多学者、专家从不同的附加假设条件出发导出了 8个，分别设在上、下工作辊及支持辊两端轴颈中 各种不同的公式，但运用这些公式只能求得轧制 心点上，约束其水平径向位移，其中一端同时约 变形区内沿轧制方向上的轧制压力分布，对辊缝 束轴向位移：在轧件中面上设固定约束，外载为 处沿轧辊轴向分布的轧制压力的计算尚缺乏针 作用在支持辊两端轴颈中心点上的轧制压力及 对性.用有限元法分析四辊轧机辊系变形时， 工作辊两端轴颈中心点上的弯辊力.在铝箔轧机 许多文献在施加轧制压力时都采用均布或抛物 中，由于轧件非常薄，同轧辊尺寸相比差距较大， 线假设，这大大影响了辊系变形计算结果的准 其放大后的轧件有限元网格如图2所示， 确性. 本文运用ANSYS有限元软件分别计算了工 作辊辊形为平辊、AFW辊形、HX辊形时，在冷 辊（开始轧制）和热辊（稳定轧制）状态下，铝箔四 辊轧机辊系的变形.在计算中对工作辊、支持辊、 轧件建立了计算模型，以尽可能少的约束条件求 得了辊缝内轧辊所受轧制压力的轴向分布规律， 并分析了不同工作辊辊形对铝箔板形的影响. 1有限元分析 图1铝箔轧机辊系变形模型 Fig.1 Deformation model of aluminum foil rolls 1.1有限元模型 本文以某厂铝箔轧机为例建模，辊系尺寸 为：工作辊260mm,辊身长度900mm:支持辊 630mm,辊身长度800mm.铝箔轧机实测工艺 收稿日期：2004-03-10修回日期：2004-07-09 基金项目：国家高新技术“863”课题(No.2003AAA32X170) 图2轧件有限元网格图 作者简介：刘华(1970一)，女，高级工程师，博士研究生 Fig.2 Finite element mesh picture of aluminum foil

第 2 7 卷 第 1期 2 0 0 5 年 2 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Jo u r l . l O f U n加 e比 tiy fo Sc le n ce a n d 几 c h no 】哪口 Be ji加 g V b L2 7 N O . l F e b 。 2 0 0 5 工作辊辊形对铝箔板形影响的有限元分析 刘 华 ” 吴 斌 “ , 何安瑞 ” 1) 北京科 技大 学高 效轧制 国家工程 研究 中心 , 北 京 10 0 0 83 杨 荃 ” 陈长 科 2 , 2) 新疆 众和 股份 有 限公 司 , 乌鲁木 齐 8 30 01 3 摘 要 将铝 箔 轧机 辊系 及轧 件 统一考 虑建 立 了有 限元 分析模型 , 分 别计 算 了在冷 辊 ( 开始 轧制 ) 和热 辊( 稳定 轧制 )状 态下 , 不 同工作 辊辊 形 的辊 缝及 轧制 压 力 的轴 向分布 , 分析 了工 作 辊辊 形对 铝 箔板 形 的影 响 . 建 议铝 箔 轧制 时上 工作 辊采 用 A FW 辊形 , 下工作 辊采 用 平辊 的 工 艺制度 . 关键 词 铝 箔轧 制 : 辊 形 ; 板形 ; 轧制 压力 ; 有 限元法 分类 号 T G 3 3 5 . 5 8 铝箔 轧制 中 , 工作 辊 的辊 形直 接 影 响着辊 缝 及 辊 间轧 制压 力 的轴 向分 布 , 从 而影 响着 铝 箔 的 板形 . 所 以 , 求 算 辊缝 及 轧制 压 力 的轴 向分布 是 分析 不 同工 作 辊辊 形 对 铝箔 板 形影 响 的前提 . 用 解 析法 求算 辊 间压 力 分布 的公式 很 多 , 许 多学 者 、 专家从不 同的 附加假 设条 件出发 导 出 了 各 种 不 同的公 式 , 但 运用 这些 公 式只 能求得轧 制 变 形 区 内沿轧 制方 向上 的轧制 压 力分布 , 对 辊 缝 处沿 轧 辊 轴 向分布 的轧 制 压 力 的计 算 尚缺乏 针 对 性 `卜习 . 用 有 限 元法 分 析 四辊 轧机 辊 系变 形 时 , 许 多 文献 在施 加 轧 制 压 力 时 都采 用 均 布 或 抛 物 线 假 设间 , 这 大大 影 响 了辊 系变 形计 算 结果 的准 确 性 . 本 文运 用 A N S Y S 有 限元 软件 分 别计 算 了 工 作 辊辊 形 为平 辊 、 A FW 辊形 、 Z H X 辊 形 时 , 在冷 辊 ( 开始 轧制 ) 和 热 辊 (稳 定 轧制 )状 态 下 , 铝 箔 四 辊轧 机辊系 的变形 . 在计 算 中对 工作辊 、 支 持 辊 、 轧件 建 立 了计算 模 型 , 以尽 可能 少 的约束 条 件求 得 了辊 缝 内轧 辊 所受 轧 制压 力 的轴 向分布 规 律 , 并分 析 了 不 同工 作辊 辊 形对 铝 箔板 形 的 影 响 . 参数 为 : 入 口 厚度 0 . 17 ~ ; 出 口 厚度 0 . 10 ~ ; 出 口 车L件 宽度 5 30 t 。幻。 ; 轧制 压 力 0 .7 -0 0 . 12 M N ; 弯 辊 力 一 l . 18 x 3 7% 一0 . 2 l x l Z% M N . 所 建 立 的铝 箔 轧机辊 系 模 型如 图 1 所 示 (模 型为 36 0 ) . 模 型单 元 总 数 为 3 8 6 40 个 , 约 束 点 有 8个 , 分别 设在 上 、 下工 作辊及 支持 辊 两端轴 颈 中 心 点 上 , 约 束 其 水平 径 向位 移 , 其 中 一端 同时约 束 轴 向位 移 ; 在 轧件 中面上 设 固定 约束 . 外 载为 作 用 在 支 持 辊两 端 轴 颈 中心 点 上 的 轧 制 压 力及 工 作辊 两端 轴 颈 中心 点上 的弯 辊 力 . 在 铝箔 轧机 中 , 由于 轧件 非常薄 , 同轧辊尺寸 相 比 差距 较 大 , 其 放大 后 的轧件 有 限 元 网 格 如 图 2 所示 . 1 有 限 元分 析 L l 有 限元 模型 本文 以某 厂 铝 箔 轧 机 为 例 建 模 , 辊 系 尺 寸 为 : 工 作辊 中2 60 ~ , 辊 身 长度 90 r n r 。 : 支 持 辊 杯30 〔n ln , 辊 身长 度 8 0 ~ . 铝 箔轧 机实测 工 艺 收稿 日期 : 20 0今-0 -3 10 修回 日期 : 20 04 ~ 刁7刁 9 基 金项 目 : 国家 高新技 术 “ 8 6 3 ” 课题 (N o . 2 0 0 3 A A A 3 2 X 1 70 ) 作 者简介 : 刘华 ( 19 7-0 一 ) , 女 , 高级 工程师 , 博 士研 究生 图 1 铝 箔 轧机 辊 系变形 模型 F 褚 . 1 D e fo mr a iot n m od el o f a l u m i n u m fo U or 山 图 2 车L件 有 限元 网格 图 F 啥.2 F 加 iet e l e . 加t nI es h P i c t u 比 of al u m玩u m fo U DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2005. 01. 023

Vol.27 No.I 刘华等：工作辊辊形对铝箔板形影响的有限元分析 91 12接触问题的分析 使其温度降低，这是轧辊的热输出.在开轧后一 图1的模型中共设了6个面-面接触对，均为 段时间内，轧辊的热输入大于热输出，轧辊温度 柔-柔接触问题：上工作辊与上支持辊间：下工作 逐渐升高，热凸度也随之增大.在某一特定规程 辊与下支持辊间：上工作辊与轧件上表面间；下 中轧制若干带卷之后，轧辊热输入和热输出相 工作辊与轧件下表面间：上下工作辊非轧制区间 等，处于平衡状态，轧辊热凸度也保持一个稳定 (两对). 值.根据实测值选取工作辊的最大热凸度为30 (1)法向关系，在法向，必须实现接触力的传 μm. 递和两接触面间没有穿透. 不同工作辊的辊形如图3所示.RE表示平轧 对于面-面接触单元，本有限元软件提供两 辊的稳定轧制状态；ZHX辊形表示正弦辊形： 种接触算法：扩展拉格朗日算法和罚函数法.前 ZHXT表示ZHX辊形的稳定轧制状态：AFW辊形 者是为了找到精确的拉格朗日乘子而对罚函数 是本课题组开发设计的辊形；AFWT表示AFW辊 修正项进行迭代，这种算法不易引起病态条件， 形的稳定轧制状态.AFW辊形的技术核心是在 对接触刚度的灵敏度较小，但有时需要更多的计 工作辊上采用特殊设计的辊形曲线.该曲线与传 算时间.本文在计算中采用了扩展拉格朗日算 统的正弦或抛物线辊形不同，中部较平，以利于 法.接触力F的计算如下： 轧制的稳定性，使得铝箔在轧制时不易跑偏：而 F。=min(0,K.'gt04) (1) 在轧辊两端，辊形较陡，主要用于铝箔的板形控 其中，g为接触表面间隙值，K,为表面间的接触刚 制，同时减轻轧制薄料时工作辊辊端的压靠 度，K的选取对计算的收敛性和计算结果有很大 40 的影响.K取小了，则辊间渗透严重，与实际不 符：取大了，则易出现不收敛.本有限元软件给出 了K。的选择范围： 40 -RE K.=(0.01-10)EL (2) -80 ■AFW ZHX 其中，E为接触材料的弹性模量，若两种材料不同 -120中 AFWT 则取小者：L为特征接触长度，取决于几何形状的 ZHXT -160L 特殊性.可以看出，软件给出的K的范围较大，实 -450-300-1500 150300 450 际计算中需反复计算才能确定，，为第计1次迭 辊身长度/mm 代中拉格朗日乘子力，其值为： 图3不同的工作辊辊形 [0+@K.gr Igd=FTOLN Fig.3 Different work roll contours m= (3) g<FTOLN 本文分别计算了不同的工作辊辊形在冷辊 其中，0为有限元软件内部计算所得的因子，0<1： (开始轧制)和热辊（稳定轧制）状态下辊系的变 FTOLN是人为给出的拉格朗日算法所允许的最 形.结果表明，当工作辊辊形不同时，辊缝值及工 大接触穿透值， 作辊在辊缝处的轧制压力轴向分布是不同的，同 (2)切向关系.摩擦的处理与法向接触力类 时对铝箔板形的影响也不同. 似.由于摩擦是非对称的，使问题变得更为复杂， 2.1辊缝及轧制压力轴向分布 本有限元软件缺省是作对称求解，即使用对称求 铝箔轧机在冷辊（开始）和热辊（稳定）轧制时 解器作近似求解，但是也可以改变几个选项强迫 不同工作辊辊形的辊缝见图4，轧制压力的轴向 作非对称求解.非对称求解更精确，但是计算量 分布见图5.其中，工作辊辊身长度900mm,轧件 大许多 宽度530mm.在图4和图5中，P表示平轧辊的冷 2计算结果分析 辊轧制状态，RE表示平轧辊的热辊轧制状态；数 字1,2,3表示的计算轧制参数见表1，表1中F代 铝箔冷轧开始时，金属相对轧辊滑动产生的 表轧制压力，F代表弯辊力 热量和金属变形所释放的热量有一部分传入轧 2.2压靠 辊，使轧辊温度升高，这是轧制过程中轧辊的热 从图5可以看出，不同辊形工作辊的铝箔轧 输入·同时冷却水和空气又从轧辊中带走热量， 机在冷辊（开始）和热辊（稳定）状态轧制时，在工

V b】 . 2 7 NO . l 刘 华等 : 工作 辊辊 形对 铝箔 板形 影 响的 有限 元分析 1 .2 接触 问题 的分 析 图 1 的模型 中共 设 了 6 个 面一面 接 触对 , 均 为 柔一 柔接 触 问题 : 上 工作辊 与 上支 持辊 间 ; 下 工作 辊与 下 支持 辊 间 ; 上 工 作辊 与 轧件 上 表 面 间 ; 下 工作 辊与 轧件 下表 面 间 : 上 下工 作辊 非 轧制 区 间 ( 两对 ) . ( l) 法 向关 系 . 在法 向 , 必 须 实现 接 触 力 的传 递和 两 接触 面 间 没有 穿透 . 对 于 面一面 接触 单 元 , 本 有 限元 软 件提 供 两 种接 触 算法 : 扩 展拉 格 朗 日算 法 和罚 函数 法 . 前 者 是为 了找 到精 确 的拉 格 朗 日乘 子 而对 罚 函 数 修 正 项进 行 迭代 , 这 种 算法 不 易 引起 病 态条 件 , 对接 触刚 度 的灵敏 度 较小 , 但 有 时需要 更 多 的计 算 时 间 . 本 文在 计 算 中采 用 了扩 展 拉 格 朗 日算 法 . 接触 力 nF 的计算 如 下 : 凡 二 m i n ( 0 , 凡 . 乡十+0, , ) ( l ) 其 中 , 承为接 触 表面 间 隙值 , 凡 为表 面 间 的接 触 刚 度 . 凡 的选 取对 计算 的收敛 性和 计 算结 果 有很 大 的影 响 . nK 取 小 了 , 则 辊 间渗透 严 重 , 与实 际 不 符 ; 取大 了 , 则 易 出现 不收 敛 . 本有 限元 软 件给 出 了凡 的选 择 范 围 : nK “ ( 0 . 0 1一 10 )E L ( 2 ) 其 中 , E 为接 触材 料 的弹性 模量 , 若 两种 材 料不 同 则取 小者 ; L 为特 征接 触长 度 , 取 决于几 何 形状 的 特 殊 性 . 可 以看 出 , 软 件给 出的nK 的范 围较 大 , 实 际计 算 中需 反 复计 算 才 能确 定 , +0, : 为第 +1 1次 迭 代 中拉格 朗 日 乘子 力 , 其 值 为 : 使 其 温度 降低 , 这 是 轧 辊 的热输 出 . 在 开轧 后一 段 时间 内 , 轧 辊 的热 输 入大 于热 输 出 , 轧辊 温度 逐渐 升 高 , 热 凸度 也 随 之增 大 . 在 某 一特 定 规程 中轧 制 若 干 带卷 之 后 , 轧 辊热 输 入 和 热 输 出相 等 , 处 于平 衡 状态 , 轧辊 热 凸 度也 保 持一 个 稳定 值 . 根据 实 测 值选 取 工 作辊 的最 大热 凸度 为 30 林m . 不 同工作 辊 的辊 形如 图 3 所示 . R E 表示 平轧 辊 的稳 定 轧 制 状 态 ; Z H X 辊 形 表 示 正 弦辊 形 ; Z HX T 表 示 Z H X 辊 形 的稳 定 轧制 状 态 ; A FW 辊 形 是 本课 题 组开 发 设计 的辊 形 ; AF W T 表 示 AF w 辊 形 的稳 定 轧制 状 态 . A F W 辊形 的技 术核 心 是在 工 作辊 上 采用特 殊 设计 的辊 形 曲线 . 该 曲线 与传 统 的 正弦 或抛 物 线 辊形 不 同 , 中部 较平 , 以利 于 轧 制 的稳 定性 , 使 得 铝箔 在 轧制 时不 易跑偏 ; 而 在 轧 辊两 端 , 辊形 较 陡 , 主 要用 于 铝 箔 的板形 控 制 , 同 时减轻 轧制 薄料 时 工作 辊 辊端 的压靠 . f 今 n0o -48--l2l6 侧寨、司决日沈 氏 , = +0, 。 凡 乡 回全 F T o NL 已 目 F< T O LN 一 4 5 0 一 3 0 0 一 15 0 0 15 0 3 0 0 4 5 0 辊 身长度而 m 图 3 不 同的工 作辊 辊形 F ig · 3 D i幻阮 er n t w o r k or l e o n t o u sr ( 3 ) 其 中 , 。 为有 限元 软件 内部 计算 所得 的 因子 , 功 l< ; F T O L N 是人 为 给 出的拉 格 朗 日算法 所 允许 的最 大接 触 穿透 值 . (2 ) 切 向关 系 . 摩 擦 的处 理 与法 向接触 力 类 似 . 由于摩擦 是 非对称 的 , 使 问题 变得 更 为复 杂 . 本有 限元 软件 缺 省是 作对 称求 解 , 即使 用 对称 求 解 器作近 似 求解 , 但 是 也可 以改 变几 个选 项 强迫 作 非对 称求 解 . 非对 称 求解 更 精 确 , 但 是 计算 量 大 许 多 . 2 计 算结果分 析 铝箔冷 轧开 始 时 , 金 属相 对轧 辊滑 动 产 生 的 热 量 和金 属 变形 所 释放 的热 量 有 一 部 分传 入 轧 辊 , 使轧 辊温 度 升 高 , 这 是 轧制 过 程 中轧 辊 的热 输 入 . 同 时冷 却水 和 空气 又 从轧 辊 中 带走 热量 , 本 文 分 别 计 算 了不 同 的 工 作辊 辊 形 在 冷 辊 ( 开始 轧制 ) 和 热辊 ( 稳 定轧 制 ) 状 态下 辊 系 的变 形 . 结果表 明 , 当工作 辊辊 形不 同 时 , 辊 缝值 及工 作 辊在 辊缝 处 的轧 制压 力轴 向分 布是 不 同 的 , 同 时对 铝 箔板 形 的影 响 也不 同 . .2 1 辊 缝 及轧 制压 力轴 向分 布 铝 箔 轧机 在冷 辊 ( 开始 ) 和 热辊 ( 稳 定) 轧制 时 不 同工作 辊 辊 形 的辊 缝见 图 4 , 轧 制 压 力 的轴 向 分布 见 图 5 . 其 中 , 工 作辊 辊 身长 度 9 0 m m , 轧件 宽度 5 30 ~ . 在 图 4 和 图 5 中 , P 表示 平 轧辊 的冷 辊轧 制状 态 , R E 表 示 平 轧辊 的热辊 轧 制状 态 ; 数 字 1 , 2 , 3 表示 的计 算 轧制 参数 见表 1 , 表 1 中凡 代 表轧 制 压力 , 凡 代表 弯 辊力 . .2 2 压 靠 从 图 5 可 以看 出 , 不 同辊 形工 作 辊 的铝 箔轧 机 在 冷 辊 ( 开 始 ) 和热 辊 (稳 定 ) 状 态 轧制 时 , 在 工

92 北京科技大学 学报 2005年第1期 o 30 (a)冷辊 (b)热辊 20 -10 P-1 10 -P-2 -20 -P-3 0 60-08-8080-8-888800 AFW-1 ◆-P-1 AFWT-3 -30 -AFW-2 20 -P-2 ZHXT-I -40 ◆AFW-3 t-P-3 ZHXT-2 -ZHX-1 30 AFWT-1 ZHXT-3 -50 ZHX-2 40 -AFWT-2 ZHX-3 60 50 450 -300 -150 0 150 300 450 -450 -300 -1500 150 300 450 工作辊辊身长度/mm 辊身长度mm 图4不同工作辊辊形的铝箔轧机的辊缝值 Fig.4 Gaps of the aluminum foil mill with different work roll contours (a)冷辊 3 (b)热辊 6 p-1 P-2 20 P- P-2 P-3 P-3 -AFW-1 AFWT-1 AFW-2 AFWT-2 -AFW-3 10 AFWT-3 ZHX-1 -ZHXT-1 ZHX-2 -ZHXT-2 ZHX-3 -ZHXT-3 -450 -300 -150 0 150 300 450 -450-300-150 0 150 300450 辊身长度mm 辊身长度/mm 图5不同工作辊辊形的铝箔轧机辊缝处上工作辊的轧制压力轴向分布 Fig.5 Rolling pressure axial distributions of the top work roll at the gap of the aluminum foil mill with different work roll contours 表1不同工作辊辊形轧制时的铝箔凸度 小，板形较好.工作辊采用ZHX辊形轧制时，在 Table 1 Crowns of the aluminum foil under different work roll 冷辊（起始）轧制阶段，板形将产生较大边浪，在 contours in the aluminum foil rolling 距板边26.5mm处还产生肋浪：进入热辊（稳定） 辊形FkN FakN冷辊凸度/μm热辊凸度/μm 11100 0 0.03 轧制阶段时，板形将产生较大边浪，在距板边 0.01 平辊2 820 120×12% 0.02 0.02 26.5mm处还产生肋浪.工作辊采用AFW辊形轧 31270 -180×7% 0.04 0.02 制时，在冷辊（起始）轧制阶段，在距板边26.5mm 1 880-180×37% 3.49 8.20 处板形将产生徽1/4浪；进入热辊（稳定）轧制阶 起形21100 AFW -180×25% 3.27 7.96 段时，板形将产生微边浪. 3 800-180×18% 3.66 7.23 因此，工作辊辊形不同时，铝箔的板形状况 1 880-180×37% 7.84 7.55 ZHX 也不同，平辊比AFW辊形和ZHX辊形轧制的板 21100-180×25% 辊形 7.42 7.50 3800 形状况要好许多，但平辊在轧制厚度小于0.1mm -180×18% 8.03 7.39 的铝箔时，工作辊非轧制区有可能发生压靠， 作辊的非轧制区均没有轧制力，因此没有压靠现 发生压靠时，因为轧辊的非轧制区承担了一部分 象发生 轧制压力，所以作用在轧件上的轧制压力增大并 23不同辊形的工作辊对铝箔板形的形响 不明显，轧件的变形就难以明显增大，而轧辊所 用不同工作辊辊形的铝箔轧机轧制时的铝 受的压力却急剧增大，这必然导致传动力矩的相 箔凸度见表1. 应增大，从能耗角度来看，在发生压靠的情况下 从图4，图5及表1可以看出：当工作辊采用 轧制是不经济的，因此，采用工作辊微凸度轧制 平辊轧制时，在冷辊（起始）轧制阶段和热辊（稳 以避免工作辊辊端压靠，建议上工作辊采用AFW 定)轧制阶段，辊缝值都比较小，板形凸度也很 辊形，下工作辊采用平辊

北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 5年 第 1期 0 气 JZ 匆扣叽ha 00 书3-5 伪 )热辊 划翻骥、州日一 一 6 0 ` ~ se 一 4 5 0 一 3 0 0 一 1 50 0 1 50 3 0 0 4 50 一 4 5 0 一 3 0 0 一 1 50 0 1 5 0 工作辊 辊身长度加功 辊身长度加 m 图 4 不同工 作辊 辊 形 的铝 箔 轧机 的辊 缝值 F gi · 4 G a PS o f ht e 加a 皿 ni u m fo臼 mnl , 浦ht d i月er er n t wo kr 功l e o n ot u r s 3 0 0 4 5 0 `JO 山, 2 ( a ) 冷辊 伪) 热辊 - 令~ P 一 1 一卜 冲 P 一 2 ~ 。产 P 一 3 - 讨 - A FW I , 一 l - 刁卜 - A F 从叮 -2 一. 卜 . A F 场叮 es 3 一 ZH粥皿’- 1 ! 一 Z H r 卜 2 一 Z H X T e 3 ù、JO ù I à 乏只露解Z 曰叫 卜- P es l - . - P 一 2 ~ 幽~ P es 3 . ~刁 ` - A FW 一 1 . ~ . - A F W 一2 尸川卜~ A F 从仁 3 - 叫卜 - Z H X 一 1 一 Z H X , 2 ~ Z H X , 3 2只4 召之、只露杯 O ` es ` e 月 es ` es es es e 一二- - - - - -二 - - - 一一 J - - - - - - ` ~ - - - - 司 0 匕 e - 一曰 ` 一一一一上一一一一一曰` 一一 - - .习一 - 一一一一` - 一一』 一 4 5 0 一 3 0 0 一 1 5 0 0 1 5 0 3 0 0 4 5 0 一 4 5 0 一 3 0 0 一 15 0 0 15 0 3 0 0 4 5 0 辊身长度 m/ m 辊身长度 / ~ 图 5 不同 工作辊 辊 形 的铝箔 轧机 辊 缝处上 工作 辊 的轧 制压 力轴 向分布 Fi g · S OR 山 1 9 P esr s u er a x 加 l 曲t ir b u伽 n s o f ht e t 0 p w o kr m lI a t ht e g a P o f ht e a lu m in u m fo U . 川 w it h d i到er er n t w o r k 功1 C o n ot U 路 表 1 不 同工作 辊辊 形 轧制 时 的铝 箔 凸度 1油b l e 1 C r o , 犷1 5 o f t h e a l U m加 U m fo U u n d er d if 介 r e n t , 甲o r k 功1 c o n t o u sr in t h e a l u m in u m fo 妞 m l li . g 辊形 凡瓜 N 1 1 0 0 凡 /kN 冷辊 凸 度小m 热 辊 凸度扣m 平辊 A FW 辊形 1 2 0 x l Z% 一 18 0 x 7% 一 1 8 0 x 3 7% 一 1 8 0 x 2 5% 一 1 8 0 x l s% 一 1 8 0 x 3 7% 一 1 8O x 2 5% 一 1 8 0 x l s% 0 . 0 3 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 1 0 . 0 2 0 . 0 2 8 . 2 0 7 . 9 6 7 . 2 3 42 97 洲一82010 气ù 09 ō 3勺凡」ù 一6842 竺溯80 Z H叉 辊 形 作辊 的非 轧制 区 均 没 有轧 制力 , 因此 没有 压靠 现 象发 生 . .2 3 不 同辊 形 的工 作辊 对铝 箔板 形 的影 响 用 不 同工 作 辊 辊 形 的 铝 箔 轧 机轧 制 时 的 铝 箔 凸度 见 表 1 . 从 图 4 , 图 5 及表 1 可 以看 出 : 当工作 辊采 用 平 辊 轧制 时 , 在 冷辊 (起 始 ) 轧制 阶段 和热 辊 (稳 定 ) 轧 制阶 段 , 辊 缝值 都 比 较 小 , 板 形 凸度 也 很 小 , 板 形 较好 . 工 作 辊采 用 Z H X 辊 形 轧制 时 , 在 冷 辊 (起 始 ) 轧 制 阶段 , 板 形将 产 生 较大 边 浪 , 在 距 板 边 26 .5 刃n 幻n 处 还 产 生肋 浪 ; 进 入 热 辊 (稳 定 ) 轧制 阶 段 时 , 板形 将 产 生较 大 边 浪 , 在 距板 边 26 .5 r n l l l 处还 产 生肋 浪 . 工 作辊 采 用 A FW 辊 形 轧 制 时 , 在 冷 辊 (起 始 )轧 制 阶段 , 在距 板 边 26 . 5 ~ 处 板形 将 产 生微 14/ 浪 ; 进 入热 辊 (稳 定 ) 轧制 阶 段 时 , 板 形将 产 生 微边 浪 . 因 此 , 工 作辊 辊 形不 同时 , 铝 箔 的 板 形状 况 也不 同 , 平 辊 比 A f W 辊 形 和 Z H X 辊 形 轧制 的板 形状 况要 好 许 多 , 但 平 辊在 轧 制厚 度 小于 0 . 1 〔n r n 的铝 箔 时 , 工 作 辊 非轧 制 区 有 可 能 发 生压 靠 `, · 2, , 发生压 靠 时 , 因为轧 辊 的非 轧制 区 承 担 了 一部 分 轧制压 力 , 所 以作用 在轧 件上 的轧制 压 力增 大 并 不 明显 , 轧 件 的 变形 就 难 以 明显 增 大 , 而 轧 辊所 受 的压 力 却 急剧增 大 , 这 必然 导致传 动 力矩 的相 应 增 大 , 从 能耗 角 度 来看 , 在 发 生压 靠 的情况 下 轧 制是 不 经 济的 . 因此 , 采 用 工作 辊 微 凸度 轧 制 以避 免 工作 辊 辊端 压靠 , 建 议上 工 作辊 采用 A FW 辊 形 , 下 工作 辊采 用平 辊

VoL.27 No.1 刘华等：工作辊辊形对铝箔板形影响的有限元分析 ◆93· 3结论 学与技术，2002,21(6：882 [2]王文明，尹航.箱带轧机辊缝中力场的有限元计算.重型 (1)将铝箔轧机辊系及轧件统一考虑建立了 机械，1998,218(3)：28 [3]Le HR,Sutchiffe MPF.A robust model for rolling of thin strip 有限元分析模型，其力学模型更接近实际情况， and foil.Int J Mech Sci,2001,43(6):1405 所提出的模型可适用于不同的铝箔轧制工况. [4)徐致让，薛家国.四辊轧机辊形变形分析的有限元方法， (2)分别计算了铝箔在冷辊（开始轧制）和热 力学与实践，2000,22(5)：22 辊（稳定轧制）状态下，不同工作辊辊形的铝箔轧 [5)何安瑞.宽带钢热轧精轧机组辊形的研究：[学位论文] 北京：北京科技大学，2000.115-119 机辊缝内轧制压力沿轧辊的横向分布规律，并判 [6)]周顺新，钟掘.轧机辊形变形的有限元计算，中南矿冶学 断了辊端是否发生了压靠， 院学报，1994,25(6)：733 (3)不同工作辊辊形的铝箔轧机对铝箔板形 [7]Chen XL,Zou JX.A specialized finite element model for invest- 的影响.建议铝箔轧机上工作辊采用AFW辊形， igating controlling factors affecting beaviour of rolls and strip flatness.In:Proc 4th Int Steel Rolling Conference.Deauville, 下工作辊采用平辊. 1987.E4.1-E4.7 参考文献 [8)]何安瑞，张清东，许键勇，等.1800mm虚拟轧机板形控制性 能.北京科技大学学报，2004,26(1)91 [】王文明，梁涛。箔带轧制的三维接触有限元分析.机械科 Finite element analysis of work roll contour influence on aluminum foil profile LIU Hua,WU Bin,HE Anrui,YANG Quan,CHEN Changke 1)National Engineering Research Center for Advanced Rolling Technology,University ofScience and Technology Beijing,Beijing 100083.China 2)Xinjiang Zhonghe Co.Ltd.,Wulumuqi 830013,China ABSTRACT A finite element analysis model for calculation of the gap and the rolling pressure axial distribution of different work roll contours under the condition of cool roll (initial rolling)and hot roll(stable rolling)respectiv- ely is established by treating aluminum foil rolls and aluminum foil integrally.The influence of work roll contour on aluminum foil profile was analyzed.It is suggested that the top work roll take AFW(Aluminum Foil Work Roll) contour and the bottom work roll take flat contour in aluminum foil rolling. KEY WORDS aluminum foil rolling:roll contour:profile:rolling force:finite element method

V b l . 2 7 N O 一 l 刘 华等 : 工作 辊辊 形对 铝箔 板形 影 响的 有限 元分析 3 结 论 ( l) 将 铝箔 轧机 辊 系 及 轧件 统 一考 虑 建立 了 有 限元 分析 模 型 , 其 力学 模 型更 接近 实际情 况 , 所提 出的模 型 可 适用 于 不 同 的铝 箔轧 制 工况 . (2 ) 分 别计 算了铝 箔 在冷 辊 ( 开始 轧 制 ) 和 热 辊 ( 稳定 轧 制 )状 态 下 , 不 同 工作 辊辊 形 的铝箔 轧 机辊 缝 内轧制 压 力沿 轧辊 的横 向分布 规律 , 并判 断 了辊 端 是否 发 生 了压 靠 . (3 ) 不 同工作 辊辊 形 的铝 箔 轧机 对 铝 箔板 形 的影 响 . 建议 铝 箔 轧机 上 工作 辊 采用 A f W 辊 形 , 下 工作 辊 采用 平 辊 . 参 考 文 献 【l] 王 文 明 , 梁 涛 . 箔带轧 制 的三维 接触有 限元分析 . 机 械科 学 与技 术 , 2 0 0 2 , 2 1( 6 ) : 88 2 2[] 王文 明 , 尹 航 . 箔带轧 机辊缝 中力 场 的有 限元 计算 . 重型 机械 , 19 9 8 , 2 1 8( 3 ) : 2 8 [ 3 ] L e H R , S cut b i fe M p F . A m b u st m o d e l of r r o l l ign o f th i n s itr p an d of i l . I n t J M e e h S c i , 2 00 1 , 4 3 ( 6 ) : 14 0 5 4[ 】徐致 让 , 薛家 国 . 四辊轧机 辊 形变 形分析 的有 限元方 法 . 力学与 实践 , 20 0 0 , 2 2 ( 5 ) : 2 2 15 ] 何 安瑞 . 宽带钢 热轧 精轧机 组辊 形 的研究 : 【学位 论文」 . 北 京 : 北京科 技大 学 , 2 0 0 0 . 11 5一 1 19 6[ ] 周顺 新 , 钟掘 , 轧机辊 形变 形 的有 限元计算 . 中 南矿冶 学 院 学报 , 19 94 , 2 5 ( 6 ) : 7 3 3 [ 7 ] C h en X L , oZ u J X . A 印e e iia 沈e d 石n i t e e l e m e nt om d e l ofr iVne s t - 电掀访9 e o n tr o llin g acf t o rs a 月免e ti n g b e via o ur o f or ll s an d s itr P fl atn e s s . ln : p r o e 4 ht ntI S ot e l R o ll ign C o n fe r e n e e . D e vau ill e , 19 87 . E 4 . 1 一 E4 . 7 【8] 何安瑞 , 张清 东 , 许 键 勇 , 等 . 1 8 0 ~ 虚拟 轧机 板形 控制性 能 北 京科技 大 学学报 , 2 0 0 4 , 26 ( l ) : 9 1 F i n it e e l e m e nt an a l y s i s o f w o kr r o ll c o nt o ur i n flu e n c e o n a l u m i n u r n fo il P r o if l e LI U H 初a , , , 邢U B i n , , , 月 E A n r u i , , , 别万G Q u a n , , , 〔汤咙万 hC a n 乡比 2) l ) N iat o n al E n g in e e irn g 取 s e ar e h C e nt e r fo r A d v an e e d OR lli n g 介 e h n 0 1 o 罗 , U n i v e rs ity o f s e i e n e e an d 介 c b n o l o gy B e ij i n g , B e ij i n g 10 0 0 8 3 , C h in a 2 ) X inj i an g Z h o n gh e C o . L td . , Wu l u 比n u q i 83 0 0 13 , C h in a A B S T R A C T A ifn it e e l e m e in an aly s i s m o d e l of r e a l e u l iat on o f ht e g ap an d hte or llign P r e s sur e ax i a l id s itr b iut o n o f d ife r e n t ow rk r o ll e o in our s un d er ht e e o n d i t ion o f e o o l or ll (而it al or ll ign ) an d h ot r o ll ( s t a b l e or ll ign ) re sP e e iVt - e ly 1 5 e s t ab li s h e d by tr e at in g a l um lnum of i l or ll s an d a l um l n uj m of il int e gr a l .ly hT e i n fl u en e e o f w o rk or l l e o n t o ur o n a l叨m i n 切 m of il Por if l e w a s an lyZ e d . tI 1 5 s gu g e s t e d ht at ht e t op ow rk or l l t ak e A F W ( A l um i num F o i l W brk oR l l ) e o in o ur an d t h e b o t o m ow rk r o ll t ak e fl at e o n t o ur in a l um l n 切 rn of il r o l l ign . K E Y WO R D S a l切rn lnum of i l r o ll ign ; r o ll e o in o ur ; P or if l e ; or l lin g ofr e e ; 五n it e e l e m ent m e th o d