板带轧制头部翘曲影响因素的正交实验.pdf

第5 9 卷第4 期 2 007 年11 月 有色金属 N O r l f e r r o u sM e a l s V 0 1 ．5 9 ．N o ．4 N o v e l n h e r2007 板带轧制头部翘曲影响因素的正交实验 庞玉华，赵永团，刘长瑞，王伯健 西安建筑科技大学冶金学院，西安7 1 0 0 5 5 摘要采用k 5 4 5 正交实验设计及分析方法．对9 m m 铅板进行轧制实验，考查上下轧辊直径比、压下宰、导入角和轧辊转 速等因素对头部翘曲的影响。结果表明，随因素水平的变化，轧侔翘曲程度变化很大，极差值分别为0 ．6 3 轧辊直径比 、0 ．2 4 压 下率 、0 ．2 4 轧辊转速 、0 ．2 0 导人角 。轧辊直径比对翘哇目的影响最明显，其他影响因素的影响程度大致相当。实验轧机控轧 9 m m 铅板头部翘哇目的最佳工艺参数为上下轧辊直径比1 1 。压下率2 0 ％，导人角一3 ‘，辊转速7 6 r ／r a i n 。 ’’ 关键词金属材料；轧制；正交实验；翘曲；辊径比；导人角；轧辊转速 中图分类号T G 3 3 5 ．5 ；T G l 4 6 ．1 2文献标识码A 文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 7 0 4 0 0 6 0 ～0 4 在中厚板热轧生产过程中，轧件咬入一般处于 自由状态，没有前端的阻碍。由于非对称轧制工艺 条件的客观存在，轧出的轧件头部便会发生上下弯 曲，称之为翘曲。上下轧辊直径、转速、表面状态不 相同，轧件上下表面温度不相等，都可以导致非对称 轧制，从而产生翘曲 上翘或下弯 现象。大量生产 实践表明，轧件头部翘曲现象随工艺和设备参数的 变化而发生较大的改变。为了能够建立准确的轧件 头部翘曲模型，有效地控制轧件头部翘曲，研究各种 轧制工艺参数对翘曲的影响规律十分必要【卜8 J 。 目前的研究主要集中在对翘曲影响因素的探讨，集 中表现在研究“变形程度、变形区形状系数、轧辊直 径、轧辊旋转速度、导入角、温度”等因素对翘曲的影 响，然而基本都是对单因素的探讨，对各因素影响程 度没有一致性的结论。为此，通过在二辊实验轧机 上对铅试样的正交实验，综合分析了各因素对翘曲 的影响规律。 1 正交实验设计 1 ．1 因素选择 从对板带材头部翘蓝产生影响的因素中，选用 了4 种主要因素作为正交实验的研究因素A 因素， 辊径比 上下轧辊直径之比 ；B 因素，压下率 轧件 的压下程度 ；C 因素，导人角 轧件中心线与轧制中 收稿日期2 0 0 6 0 1 0 4 基金项目陕西省自然科学基金资助项目 2 0 0 4 E 1 1 9 ；西安市工业 攻关资助项目 G G 0 5 0 5 9 1 节者简介庞玉华 1 9 6 5 一 ，女，黑龙江哈尔滨人。教授，博士。主要 从事金属轧制工艺及质量控制等方面的研究。 心线所成角度0 ，规定轧件偏向下辊侧时导人角为 正值，反之为负值 ；D 因素，轧辊转速 单位时间的 轧辊旋转圈数 。 1 ．2 因素水平确定 根据常规板带材轧制工艺参数，结合实验室实 验轧机的实际工作参数，确定采用5 水平 但限于实 验轧机只有4 个速度挡位，轧辊转速采用4 水平 ， 因素水平如表l 所示。 表1 ‘正交实验因素与水平 T a b l e1 ’T a b l eo fo r t h o g o n a le x p e r i m e n t { 童c t o r sa n dl e v e l s A1 3 0 ／1 3 4 因素c B ／ ．／％ D ／ r n i n 一1 3 3 2 试验结果及分析 2 ．1 试验数据与数据处理 根据正交实验的规律，选用k 5 4 5 正交表安排 2 5 次实验。正交实验安排见表2 轧辊粗糙度相 同 。按正交表2 的要求，轧制2 0 0 m mX3 0 r a mX 9 m m 规格P b 。轧后P b 板在x - y 直角坐标系中的 头部翘曲情况见图1 。由图l 可知，随着工艺制度 的不同，轧件的翘曲程度变化很大。实验2 ，6 ，1 1 ， 1 5 ，1 6 等工艺均使轧件头部翘曲高度小于1 0 m m ，基 本平直，翘曲现象不明显。其他工艺制度下头部翘 曲明显。 加 叭笱o m ”加 们加q m 埒∞ 叭塔o m n弘 叭m o ％ 屹 万方数据 第4 期庞玉华等板带轧制头部翘曲影响因素的正交实验6 1 表2 正交实验表 ‘ T a b l e2T a b l eo fo r t h o g o n a le x p e r i m e n t 2 ．2 指标翘曲度的极差分析 选取头部翘曲程度为测定指标。由于对板形翘 g 是 。 巨 是 l O 0 一l O 2 0 - 3 0 4 J - 5 0 0S Ol I X 1 ．5 02 I 【 x ／m m 1 0 5 0 0 - S O 1 0 0 ． I u 、 ‘j 一 二_ ■‘ E 丸- 、、～ 一一一一E 9‘、’、 二二j 旨。4 ’． 一⋯。E 2 4 05 0l0 1 5 ’盘 o x ／m m 3 J 0 l ’硝‘I 6 0 珈 8 0 4 ‘J f - 4 0 - 8 0 一J 2 0 l 翻’ 曲的表示目前还没有统一的方法，选用波形表示法， 见图2 。在z ．Y 坐标系中，板带材的翘曲度A h ／ Z ，A 0 ，说明板带上翘，反之为下翘。，其中z 为翘 曲弦长，h 为翘曲高度。 各因素水平变动对翘曲度的影响见图3 。图3 显示，依据计算出的极差值，轧辊直径比对翘曲的影 响最明显 最大极差为0 ．6 3 ，其他影响因素的影响 程度大致相当 压下率、导入角及轧辊转速的最大极 差分别为O ．2 4 ，0 ．2 0 和0 ．2 4 。 根据图3 a ，当上轧辊直径为1 3 0 m m ，下轧辊 直径为1 3 0 m m ，大辊与小辊直径比为1 3 0 ／1 3 0 1 1 时，头部翘曲的平均效果最好，头部较平直。说明无 压力轧制时获得了头部平直的板带材。当上轧辊直 径小于下轧辊直径时，轧件向上翘曲，上轧辊直径大 于下轧辊直径时，轧件向下翘曲，但辊径差大时 1 3 4 ／1 2 0 翘曲稍小。由此可见，辊径比不仅是影响 翘曲的最主要因素，而且其影响规律复杂。根据图 3 b ，压下率为5 ％，1 5 ％及2 0 ％时翘瞌度均较小， 压下率为1 0 ％和2 0 ％时，翘曲程度下翘程度明显增 加，但影响复杂。根据图3 c ，导入角为一3 。时，翘 曲程度最小，其他情况翘曲均较明显。当导入角为 O 。平直进入辊缝时。翘曲程度最大。这说明导入角 对翘曲影响显著。根据图3 d ，轧辊转速为7 6 r ／ r a i n 及1 6 4 r ／m i n 时，轧辊转速对翘曲程度的影响程 度不是很大，当转速为3 3 r ／m i n 及1 2 1 r ／m i n 时翘曲 明显。 O 5 01 0 0 1 5 02 l 】 1 纠胁 。 一一一， ． 一一，_ _ 一一 - 一5 、‘‘ ⋯一一xl ’．、‘ ．⋯‘。匕x Z L ，’’ 05 01 0 01 ．5 02 l ” x ／m m l o 5 0 E 要 。 一5 0 一l I 【 8 一5 ％； b 一1 0 ％； c 一1 5 ％； d 一2 0 ％； e 一2 5 ％ 图1 不同压下率时断面形状 F i g ．1 R o l l e db i l l i tp r o f i l ew i t hd i f f e r e n tr e d u c t i o n I I ．， 一一．一●．．。 。一E x 3 、- 、沁 ⋯一一’≮． ．⋯⋯l ‘’ 一⋯- E 1 8 、’ 0S Ol X lI S O2 0 0 “m m 万方数据 有色金属 第5 9 卷 ’J- 。／ 厂■＼． L r ’ J 7 图2 翘曲示意 F i g ．2 G r a p ho fc u r l ， 。 ， 综合分析实验结果，可见各种影响因素对翘曲 的影响规律并不相同。翘曲产生是各因素综合影响 的结果。轧制9 m m 铅板获得平直头部形状的最佳 0 ．5 0 摹 交咖 羹m 5 0 _ 1 ．∞ l23 4 5 辊径比A 0 ．2 0 零0 ．1 0 魁0 0 0 霜_ o ．1 【} - 0 ．2 0 ． ／ ． ／ ．‘．．- ／．， 弋／ I2345 导入角C 工艺参数辊径比l l ，压下率2 0 ％，导入角一3 。，辊 转速7 6 r ／m i n 。 ’ 3结论 在实验条件下，铅板轧制过程中影响头部翘曲的 第1 因素是上下轧辊直径比。压下率、导入角及轧辊 转速的影响程度大致相当，且明显低于轧辊直径比对 翘曲的影响程度。轧制板厚为9 m m 铅板时的最佳工 艺参数上工作辊与下工作辊直径比为1 1 ，压下率为 2 0 ％，导入角为一3 。，轧辊转速为7 6 r ／m i n 。 美 、 魁 毫 霜 n 1 5 - o ．0 5 - 0 ．1 5 - 0 ．2 5 基 0 ．1 1 2 魁一L 0 8 蟊o ．1 8 - 0 ．2 8 l2345 下压率8 l2345 辊转速D a 一0 6 3 ； b 一0 2 4 ； c 一O 2 0 ； d 一O 2 4 图39 m m 来料板厚因素水平变动对翘曲度影响 极差 F i g ．5E f f e c t so ff a c t o r so rl e v e l sc h a n g i n g0 nc u r lo f9 m ms h e e tb i l l e t s M a x i m u md i f f e r e n c e 参考文献 【1 ] P o s p i e c hj ．An o t eo nt h ei n f l u e n c eo fs o m ef a c t o r sa f f e c t i n gc u r v a t u r ei nt h ef l a tr o l l i n go fs t r i p 【J ] ．M e c hW o r k i n gT e e h n o l ， 1 9 8 7 ， 1 5 6 9 2 8 0 6 9 2 8 6 ．。 ．． [ 2 ] J e s w i e tJ ，G r e e n ePG ．E x p e r i m e n t a lm e a s u r e m e n to fc u r li nr o l l i n g [ J ] ．J o u r n a lo fM a t e r i a l sP r o c e s s i n gT e c h n o l o g y ，1 9 9 8 ，8 4 3 2 0 2 2 0 9 ． [ 3 ] 胡衍生，程晓茹，李虎兴，等．辊速差对轧件头部弯曲的影响[ J ] ．钢铁研究学报，2 0 0 4 ，1 6 5 3 7 4 1 ． [ 4 ] 李亮，杜风山，郭振宇，等．非对称板带热轧头部翘曲的分析与有限元模拟[ J ] ．冶金设备，2 0 0 3 ，1 3 8 2 4 7 ，3 1 ． [ 5 ] 李学通，杜风山，王敏婷，等．热轧带钢头部翘曲有限元研究[ J ] ．重型机械，2 0 0 4 ，2 5 5 3 4 1 4 5 ． [ 6 ] 姜远军，李庆江，王刚，等．热轧时铝板带头部产生翘曲原因分析及预防[ J ] ．轻合金加工技术，2 0 0 1 ，2 9 9 1 8 2 0 ． [ 7 ] 刘长瑞，薛小莲，王北玲，等．入口侧辊板非对称接触轧制时的变形效应[ J ] ．金属成形工艺，2 0 0 2 ，2 0 6 1 5 1 9 ． [ 8 ] 刘长瑞．中厚板板形翘曲在线控制装置及方法中国，Z L 0 3 1 1 4 5 8 4 ．I [ P ] ．2 0 0 4 0 3 1 1 ． 下转第7 2 页，C o n t i n u e do r ／．P ．7 2 万方数据 7 2有色金属 ．第5 9 卷 S o l i d i f i c a t i o no fA l u m i n u mM a t r i xC o m p o s i t e s Z H A OL o n g - z h i l ，一，Z H A OM i n g - j u a n 2 ，H UW a n ．p i n 9 1 ，Z H A N Gf i n s o n 9 1 1 ．I n s t i t u t eo fM e t a lR e s e a r c h ，T h eC h i n e s eA c a d e m yo fS c i e n c e s ，S h e n y a n g1 1 0 0 1 6 ，C h i n a ； 2 ．S c h o o lo fM e c h a n i c a la n dE l e c t r o n i c a lE n g i n e e r i n g ，E a s tC h i n aJ i a o t o n gU n i v e r s i t y ，N a n c h a n g3 3 0 0 1 3 ，C h i n a A b s t r a c t T h ea c h i e v e m e n t sa n dp r o b l e m so nt h es o l i d i f i c a t i o ni n v e s t i g a t i o no ft h ea l u m i n u mm a t r i xc o m p o s i t e sa r er e v i e w e d ．T h em o d e l so fi n t e r a c t i o nb e t w e e nt h er e i n f o r c e m e n ta n dt h ea l u m i n u ma l l o ym a t r i xd u r i n gt h es o l i d i f i c a t i o no ft h ec o m p o s i t e sa n dt h em a t r i xs o l i d i f i c a t i o np r o c e s sa n dt h ee f f e c t so fl i q u i dm a t r i xc o n v e c t i o no nt h es o l i d i f i c a t i o nm i c r o s t r u c t u r e sa r ed e s c r i b e d ．A tt h es a m et i m e ，t h ec o n t i n u i t ya n dm i c r o s t r u c t u r eo fc o m p o s i t e sa r e v a r i e db yt h ei n f l u e n c eo ft h er e i n f o r c e m e n ta n dc o n v e c t i o no fl i q u i dm a t r i x ． K e y w o r d s m e t a lm a t e r i a l ；a l u m i n u mm a t r i xc o m p o s i t e s ；s o l i d i f i c a t i o nm o d e l ；m i c r o s t r u c t u r e ；c o n v e c t i o n 上接第6 2 页，C o n t i n u e df r o mP ．6 2 O r t h o g o n a lE x p e r i m e n to nI n f l u e n c eF a c t o r sf o rR o l l i n gE n dC u r lo fP l a t ea n dS h e e t P A N GY u ’h u a ，Z H A OY o n g - 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