淺析二十輥精軋機軋制產(chǎn)品精度及板形控制剖析

1、淺析二十輥精軋機軋制產(chǎn)品精度及板形控制 摘要 ：簡要介紹銅板帶產(chǎn)品的市場趨勢和二十輥精軋機結(jié)構(gòu)及技術(shù)參 數(shù)，對生產(chǎn)過程中影響產(chǎn)品精度及板形的各種因素進行分析，并制定了 詳細的優(yōu)化方案。關(guān)鍵詞 ：板形控制；內(nèi)應(yīng)力；軋輥；精度控制；張力1 市場對銅板帶產(chǎn)品精度和板形的要求因為隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展，電子元器件類產(chǎn)品向著更高效節(jié)能、更 微型化的方向發(fā)展，用戶對銅及銅合金板帶產(chǎn)品的質(zhì)量要求也在不斷提 高，期望產(chǎn)品的厚度更薄、精度更高、性能更好、板形更平整等 1 。 高精度，平整度良好，內(nèi)部殘余應(yīng)力小的產(chǎn)品更利于高速沖壓加工，這 些指標直接影響客戶的生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本、產(chǎn)品質(zhì)量等，所以客戶對 產(chǎn)品的精度

2、、板形要求越來越高，行業(yè)內(nèi)的市場競爭越來越殘酷。雖然 我公司高精帶的生產(chǎn)，在規(guī)模、質(zhì)量及工藝技術(shù)方面有較大優(yōu)勢，但在 產(chǎn)品精度、板形等方面還有很大的改善空間。2 設(shè)備概況二級中間輥： 75mm；工作輥： 25mm； 軋制力： 350KN （max）； 壓下速度： 0180mm/min；2.1 二十輥精軋機主要技術(shù)參數(shù) 支撐輥軸承： 125mm； 一級中間輥： 45mm； 輥面寬： 390mm； 軋速：V0120300 mmin；帶材張力：檔 180001800N（當 Vmax=150m/min 時）； 檔 9000 900N（當 Vmax=300m/min 時）； 檔 1500 150N（當

3、Vmax=250m/min 時）； 帶材張力調(diào)節(jié)：檔和檔通過電樞電流調(diào)節(jié)，檔通過電樞電流調(diào)節(jié)和直接張力測量。2.2 軋制材料的規(guī)格范圍 軋制帶寬： 250330mm； 成品厚度： 0.025 0.25mm； 帶卷外徑： 1300mm（max）； 軋機牌坊：內(nèi)外分離式；入口厚度： 0.4 0.8 mm； 帶卷內(nèi)徑： 500mm； 軋輥冷卻潤滑系統(tǒng)：全油潤滑； 軋輥結(jié)構(gòu)：見圖一。3 二十輥軋機軋制銅板帶產(chǎn)品的精度控制我公司二十輥精軋機采用液壓 AGC 厚控系統(tǒng)、 張力閉環(huán)控制、 前后 饋系統(tǒng) 2。機架為整體鑄造等強度梁， 剛度高，可較少帶材的橫向厚度差。 該軋機工作輥輥徑小，軋輥彈性變形小，可保證

4、工作輥在軋制方向上的 穩(wěn)定性。對比四輥、六輥冷軋機通過輥徑傳遞軋制力，二十輥精軋機的 優(yōu)點是軋制力可通過鞍座均勻傳遞給機架，這一獨特優(yōu)勢可使其軋制帶 材的最薄厚度達到 0.025mm，精度可達 0.001mm。銅板帶產(chǎn)品精度主要表現(xiàn)為尺寸精度，它是衡量厚度偏差的程度。 精度即厚度偏差的絕對值（）與產(chǎn)品厚度（ h）的百分比（ S），公式表 示為 S=/h 100%。產(chǎn)品精度的主要影響因素包括以下四個方面。3.1 軋機的剛性和彈性彈跳軋機剛性和彈性可反映軋機的精度情況。軋制過程在軋制壓力的作 用下，壓下部分及機架部件都要產(chǎn)生彈性變形。由于彈性變形的存在， 軋制時的實際輥縫要比壓下調(diào)整的零線輥縫大，

5、這個增大的量叫 量”。彈跳量的大小與軋輥直徑材質(zhì)、軋制力、各受力部件的彈性變形、 設(shè)備的結(jié)構(gòu)及制造精度有關(guān)，它決定著軋機可軋制銅板帶材的最薄厚度 及精度。3.2 帶材的縱向厚度 帶材原始厚度、前后張力、材料變形抗力、軋制速度、摩擦系數(shù)、 軋輥的偏心度等均影響軋制帶材的縱向厚度。當其它條件一定時，帶材 原始厚度越不均勻，軋出的成品厚度越不均勻。所以須嚴格控制進入二 十輥精軋機的帶材尺寸差， 使其處在精軋機能夠消差的合理公差范圍內(nèi)。3.3 關(guān)鍵工裝 關(guān)鍵工裝的影響因素主要表現(xiàn)在軋機的二十輥磨削精度上，這取決 于磨床的精度。磨削要求 25mm、45mm、 75mm 輥的圓柱度小于 0.001mm，1

6、25mm 輥的偏心度不超過 0.002mm。因磨床精度和磨削質(zhì) 量限制，二十根軋輥的公差疊加，可使帶材的縱向厚度產(chǎn)生波動。在維 持磨床精度一定的前提下，需定期檢修磨床使其保持在良好的狀態(tài)下運 轉(zhuǎn)，同時提高磨床工的操作技能，優(yōu)化磨削工藝，嚴格控制磨削質(zhì)量。3.4 軋制工藝3.4.1軋制道次壓下量的影響：理論上 h=（Sh為厚度偏差， S為輥縫 調(diào)整量），該公式表明控制輥縫調(diào)整量可有效控制厚度偏差。對于退火后 軟態(tài)厚帶，軋制第一、二道次時輥縫調(diào)整比較容易，在此時控制厚度偏 差很關(guān)鍵，否則厚度超差在后道次中難以消除。在后續(xù)軋制道次中雖厚 度偏差 h很小，但相應(yīng)的輥縫調(diào)整量 S相對較大，因此在軋制薄而

7、硬 的帶材時壓下調(diào)整量需增大，才能有效減小或消除厚度偏差。3.4.2 軋制張力：通過影響變形區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)、改變塑性變形抗力而起作 用。張力增大，出口厚度減小，反之張力減小，出口厚度增加，且后張 力對厚度的影響較前張力大。為使帶材厚度均勻一致，在軋制時需保持張力穩(wěn)定。3.4.3 軋制速度：通過影響摩擦系數(shù)和變形抗力及軋輥油膜厚度來改變軋 制張力和輥縫大小，從而影響帶材出口厚度。軋制速度升高摩擦系數(shù)減 小，變形抗力降低，軋制壓力降低，帶材厚度變薄。軋制速度降低則相 反。3.4.4 工藝潤滑：軋制時工藝潤滑情況不同可表現(xiàn)為摩擦系數(shù)的變化，從 而對帶材厚度產(chǎn)生影響。生產(chǎn)時應(yīng)綜合考慮軋機的剛性和彈性，帶

8、材的縱向厚度，關(guān)鍵工裝 及軋制工藝四種主要影響因素，才能獲得更好的精度控制效果。4 二十輥軋機軋制銅板帶產(chǎn)品的板形控制板形控制是軋制生產(chǎn)中最復雜、最困難、也是研究最多的課題之一。4.1 板形問題的凸現(xiàn) 在電子元件的微型化過程中，細微的厚度偏差就會導致所制成的元 器件形狀、性能差異。因此用戶對銅板帶材要求更高的平整度，更小的 橫縱向厚度差，更小的殘余應(yīng)力等。例如 0.15mm 硬態(tài)帶材，當厚度偏 差為 1m時，制成的零件會產(chǎn)生 1的回彈。帶材殘余應(yīng)力不僅影響分裁 成品側(cè)彎的產(chǎn)生，還會引起沖壓生產(chǎn)困難和不合格品產(chǎn)生等。如某規(guī)格 引線框架材料 0.5mm 硬態(tài)產(chǎn)品， 因殘余應(yīng)力的存在造成沖壓后零件扭

9、曲 變形，最終導致沖制品報廢。4.2 常見板形缺陷分類 常見板形缺陷分類，見圖二。影響軋制板形的主要因素有輥系、帶材本身、軋制條件等，不同因 素可產(chǎn)生不同類型的板形缺陷。（1）兩邊浪：軋前帶材兩邊厚，中間?。灰患壷虚g輥凸度太??；背 襯輥，彎輥及彎輥力給定不合理；道次壓下量太大或張力太小；潤滑不 均或潤滑油品質(zhì)差 3 。（2）中間浪：軋前帶材中間厚兩邊簿；背彎或彎輥力給定不合理； 道次壓下量太??；前后張力太大；潤滑不勻；一級中間輥的凸度太大。（3）肋浪：軋前帶材性能不均；工作輥磨損嚴重；一級中間輥凸度 選擇不合理；張力波動太大；冷卻或潤滑不均；前后道次加工率分配不 合理。（4）單邊波浪：軋前帶材

10、已存在一邊厚一邊薄或鐮刀彎；退火不均 勻；輥系任何一個輥子幾何尺寸偏差大；兩邊壓下不均；沿輥身長度方 向溫度不均；輥系的磨損不均；軋輥與卷取機的卷筒中心線不平行。4.3 板形控制和凸度控制的關(guān)系銅及銅合金板帶材軋制的板形控制技術(shù)，即為軋制出平直板帶材技 術(shù)。凸度控制為控制板帶材寬度方向上厚度分布的技術(shù)。出現(xiàn)板形缺陷 的原因是板帶材在軋制時各部分延伸不一致，因此板形控制即延伸沿寬 度方向分布的控制，也是軋制時壓下量沿寬度方向的控制，效果等同于 凸度控制。板形控制和凸度控制是以同一問題為對象的兩種控制技術(shù)，但兩者 的控制精度不同。運用板形控制的板帶厚度偏差較小，約0.1m；而凸度控制的板帶厚度偏差

11、范圍較大，約 10m。所謂板形良好，一般是指波 浪度在 0.5%以下的板形，以厚度為 1mm 的帶材為例，要達到板形良好 其寬度方向的壓下量差異不能大于 0.06m，而凸度控制一般不大于 10m 即可，二者相差超過 100 倍。4.4 板形和內(nèi)應(yīng)力的關(guān)系 板形平整的必要條件：軋制壓下（延伸）橫向一致。壓下橫向不一 致時會產(chǎn)生微觀微小的內(nèi)應(yīng)力，導致宏觀表現(xiàn)為板形不平整。作用機理 為：假設(shè)一段帶材由許多細長條并排連接而成，帶材的軋制變薄意味著 細長條被拉長；帶材寬度方向上各部分的延伸不一致，即為細長條的拉 長程度不一致；因細長條彼此之間是相互連接的，所以延伸較長的細長 條會受到壓應(yīng)力，而延伸較短的

12、細長條會受到拉應(yīng)力，這些應(yīng)力構(gòu)成了 整個帶材寬度上的內(nèi)應(yīng)力分布；當細長條所受的應(yīng)力達到一定的程度時 會產(chǎn)生彎曲變形，這些變形就形成了帶材板形“波浪”缺陷 4 。4.5 二十輥精軋機板形綜合控制4.5.1 上支撐輥輥形控制二十輥精軋機采用 1234 的輥系配置，如圖三：A、 D、E、H 軸上分別裝五套軸承； B、 C、F、G 軸上分別裝四套 軸承；采用 D工：D 一級：D二級：D 支1：2：3：4合理配置的塔形輥組，使軋制力通過支撐輥鞍座傳遞給牌坊，減少輥系的磨損，保證扭矩的均 勻傳遞。在 A 、D 支撐輥上分別裝有四塊調(diào)整背彎的液壓裝置來達到調(diào)整背 彎的目的，作為調(diào)整輥系輥形的主要手段它們可單

13、獨調(diào)整也可同時調(diào)整。 4.5.2 軋輥精度控制與其它冷軋機不同，二十輥軋機的軋制力是以力流的形式沿輥系各 接觸點傳遞到所軋帶材，因而對軋輥和支撐輥的精度（裝配精度和磨削 精度）和可靠性有著特殊的要求。工作輥、中間輥及支撐輥在磨床上磨 出的輥型，是為了消除附加軸向力和顫動，因此要求各類輥按技術(shù)要求 磨削5。生產(chǎn)框架材料適用的工作輥表面硬度為 HRC：65 67；一級中間輥 硬度 HRC：6163；二級中間輥硬度 HRC：60 62；且淬透深度不小于 軋輥半徑的 3%。工作輥表面精度為 1112 級甚至更高，中間輥表面精 度比工作輥低一級。4.5.3 一級中間輥的輥形控制我公司二十輥精軋機無一級中

14、間輥的橫向抽動技術(shù)，在軋制變形抗 力大的銅合金時， 板形控制不太理想。 依據(jù)六輥 HCM 軋機中間輥抽動理 論，并在實踐中不斷摸索， 我們對 45mm 一級中間的輥型進行改進 （磨 床無法磨削拋物線輥型） ，分三段磨削得到兩個尺寸，見圖四：5379.479.4平直段控制在 100130mm 內(nèi)，一級中間輥有效平直段及錐度的選定與帶材加工硬化程度、道次壓下量、帶材寬度等因素有關(guān)。當?shù)来螇?下量、合金種類及狀態(tài)等一定時，主要與帶材寬度及厚度有關(guān)。生產(chǎn)中一級中間輥的輥型選擇不當時， 易引起斷帶或增加板形缺陷。 平直段長度大，錐度小時帶材邊部松、中間緊，易跑偏、斷帶；平直段 長度小，錐度大時帶材中間起

15、波浪，邊部受拉伸力大，易斷帶；在軋制 過程中針對帶材厚度及板形實際情況，合理地調(diào)整板形控制機構(gòu)，配合 正確軋制工藝參數(shù)，可獲得良好板形。4.5.4 軋件原始厚度和板形控制軋前帶材板形的好壞直接影響軋后板形。由于帶材板形欠佳造成新 的不均勻變形并與本道次軋制的不均勻變形產(chǎn)生疊加或抵消效應(yīng)，嚴重 時還會出現(xiàn)壓折現(xiàn)象，會對二十輥軋機輥系造成十分嚴重的的損傷。軋前帶材的縱向厚度波動直接影響成品板形。當調(diào)整道次壓下量時 必然會改變軋制力沿輥縫的分布，即輥縫形狀發(fā)生變化，從而引起板形 變化。若要控制好板形，就必須嚴格控制來料的縱向厚度差。4.5.5 冷卻潤滑控制我公司二十輥精軋機的冷卻潤滑液選用杭煉廠 T

16、25 軋制油。不同 的冷卻潤滑液對薄帶軋制影響較大，除對帶材表面顏色的影響外，對板 形的影響尤為顯著，嚴重時可使帶材表面產(chǎn)生陰陽面、皺褶、造成局部 波浪或斷帶。究其原因有：當金屬軋制時變形熱的產(chǎn)生使輥溫上升；軋 制時的不均勻磨擦使軋輥出現(xiàn)局部磨損；帶材與軋輥磨擦產(chǎn)生熱量，從 而影響板形，造成皺褶或斷帶。薄帶軋制時斷帶頻繁，每次斷帶后需將輥系內(nèi)的銅屑取出，而細小 碎屑需用冷卻液徹底沖洗。 若碎屑夾在輥系中特別是支撐輥背襯軸承中， 會使軸承轉(zhuǎn)動不靈，輕者研輥，重者損壞整個輥系。該二十輥精軋機的冷卻系統(tǒng)中無分段冷卻技術(shù)，只能靠改變冷卻液噴射流量來改變輥型，使得輥縫形狀和板形發(fā)生變化。因此，冷卻控制

17、的好壞直接影響產(chǎn)品的板形。4.5.6 張力和工藝控制 二十輥精軋機使用小直徑軋輥軋制簿帶產(chǎn)品的特點之一是采用較高 的單位張力。帶材的出口厚度、表面質(zhì)量、軋制力、前滑、板形等在很 大程度上都決定于軋制張力，隨著張力的增大軋制力降低。當減小壓下 量時前后張力對軋制的影響減小。張力大小取決于該類金屬的機械性能 和加工硬化程度，其范圍應(yīng)控制在 0.1 s0.7 。s與普通軋機相比， 二十輥軋機的小直徑工作輥與帶材接觸弧長較短， 能大大降低軋制力、磨擦力和扭矩，可使道次壓下量增大。在某些情況 下道次壓下量可達 60%，總加工率可達 99%。對于薄帶軋制，根據(jù)其機 械性能、熱處理條件、來料狀況，確定道次壓下量。特別是對于通過軋 制控制成品性能的產(chǎn)品，更要嚴格控制加工率。制定合理的軋制工藝對 獲得良好板形有直接作用。在生產(chǎn)中合理分配道次加工率并配合適當?shù)?軋制張力至關(guān)重要?？勺裱韵略瓌t：前幾道次采用較大的道次加工率， 后張力大于前張力，充分利用金屬塑性和二十輥軋機的特點對帶材降厚 消差；在后兩道次采用較小的道次加工率，前張力大于或等于后張力， 保持帶材板形平直，降低帶材內(nèi)部殘余應(yīng)力。5 結(jié)語我公司二十輥精軋機自投入運行以來雖然對 45mm 一級中間輥輥 型進行了改進，但生產(chǎn) 0.2mm 以下的薄帶產(chǎn)品板形控制還需進一步優(yōu)化。 工藝與設(shè)備各參數(shù)之間的匹配還有很大的探索空間，我們將繼續(xù)