1、冷轧基础理论知识一、冷轧的特点 冷轧是指在再结晶温度以下的轧制生产方式。由于冷轧温度低，在轧制过程中不会出现动态再结晶，产品温度只可能上升到回复温度，因此加工硬化率大。 冷轧的优点是：板带材尺寸精度高，且表面质量好；板带材的组织与性能更均匀；配合热处理可获得不同状态的产品；能轧制热轧不可能轧出的薄板带。冷轧的缺点是：变形能耗大，道次加工率小。 二、冷轧机的分类 冷轧机分为块片轧机和卷材轧机 卷材轧机根据机架数分为单机架冷轧机、双机架或多机架冷连轧机。 卷材轧机根据轧辊数分为二辊、三辊、四辊、六辊及多辊冷轧机。 1、 二辊轧机 二辊冷轧机主要用于轧制窄规格的板带材。该轧机在一些小型铝加工企业和实
2、验室使用。设备结构简单，无自动控制技术。 2、四辊轧机 四辊轧机轧制时，轧制压力通过工作辊的辊身传递给支撑辊，再由支撑辊的辊颈传递给压下螺丝。主要是支撑辊承担载荷，产生挠度。一般支撑辊直径比工作辊大24倍，因此挠度大为减少。为了进一步减少轧制工作辊的挠曲变形，在四辊轧机上安装了弯辊控制系统。四辊轧机是冷轧加工中应用最广泛的轧机，在国内外都有大量应用。普通四辊轧机的谩备组成如图所示。包括开卷机、入口偏导辊、五辊张紧辊、工作辊、支撑辊、出口导向辊或板形辊、卷取机及其相关配套设备。四辊轧机设备组成简图3、六辊轧机 为了在四辊轧机的基础上轧出更薄、精度要求更高的产品，有必要进一步增加轧机的刚度，并使工
3、作辊更细，因而人们开发了六辊冷轧机，六辊轧机是当今的发展趋势。 福州马尾瑞闽铝板带有限公司1996年投产了六辊CVC1850mm冷轧机，德国VAW公司的Greren-broich工厂安装了一条六辊冷轧机。 厦顺铝箔有限公司现有2300mm六辊冷轧机一台； 4、冷连轧机 连轧时，轧件同时在几个机架中产生塑性变形，各个机架的工艺参数等同时通过轧件相互联系又相互影响，一个机架的平衡状态遭到破坏，必然影响和波及到前后机架，在达到新的平衡之前，整个机组都会产生波动，因此要保证连轧过程处于平衡状态。 俄罗斯萨马拉冶金厂建有五机架冷连轧生产线、美国铝业公司田纳西轧制厂建有全连续三机架冷轧生产线、加拿大铝业公
4、司肯塔基州洛根卢塞尔维尔轧制厂建有三机架CVC冷连 轧机生产线、在阿尔诺夫铝加工厂建有双机架四辊CVC冷连轧机生产线。 西南铝业2006年开始建设2000mm双机架冷连轧机，预计2010年底最终建成；三、冷轧的工艺制度与轧制张力 冷轧压下制度 冷轧的张力 冷轧质量控制 1、冷轧压下制度 冷轧压下制度主要包括总加工率的确定和道次加工率的分配。一般把两次退火之间的总加工率称为中间冷轧总加工率，而为控制产品的最终组织与性能所选取的总加工率称为成品冷轧总加工率。中间冷轧总加率在合金塑性和设备能力允许的条件下尽可能取大一些。成品冷轧总加工率主要由产品的组织性能和表面质量要求所决定。 冷轧的道次分配方法是
5、先按等压下率分配，按下式计算压下率，即： 轧制道次数的多少要结合材料塑性、设备条件、润滑条件、厚差控制、板形控制、表面控制的要求和平时工作经验进行安排。 例如坯料厚度为4. 5mm，最终成品厚度为0. 24 mm，需5道次轧到成品，按公式计算 出每道次平均压下率为1 - (0.24/4.5)1/5100%=44%，每道次变形量分配是4.5mm2.52mm(4.556%)1.41mm (2.5256%)0.79mm(1.4156%)0.44mm(0.79 56%)0.24mm。 在做完等压下分配后，结合上述条件的具体要求对道次变形量进行调整。压下量分配如下表所示：2、冷轧的张力 张力的作用 张力
6、大小的确定 张力的作用为： 降低单位压力。降低单位压力。张力的作用使变形区的应力状态发生了变化，减小了纵向的压应力，从而使轧制时降低单位压力。 调节张力可控制带材厚度。调节张力可控制带材厚度。通过改变张力大小来使轧出厚度发生变化。在其他条件不变化的情况下，增大张力能使带材轧得更薄。 防止带材跑偏、保证轧制稳定。防止带材跑偏、保证轧制稳定。轧制中带材跑偏的原因在于带材在宽度方向上出现了不均匀延伸。当轧件出现不均匀延伸时，沿宽向张力分布将发生相应的变化，延伸大的部分张力减小，而延伸小的部分则张力增大，结果张力起到自动纠偏作用。张力纠偏同步性好、无控制滞后。张力纠偏的缺点是张力分布的改变不能超过一定
7、限度，否则会造成裂边、压折甚至断带。张力大小的确定 张力大小的确定要视不同的金属和轧制条件而定，但最大张应力值不能大于或等于金属的屈服强度，否则会造成带材在变形区外产生塑性变形，甚至断带，破坏轧制过程或使产品质量变坏。最小张力值必须保证带材卷紧卷齐。实际生产中张力的范围按下式选择，即： 一般来说，后张力大于前张力，带材不易拉断，保证带材不跑偏，即较平稳地进入辊缝。降低轧制压力，后张力比前张力更显著，但过大的后张力会增加主电机负荷，如来料卷较松会造成擦伤等。相反后张力小于前张力时，可以降低主电机负荷，在工作辊相对支撑辊的偏移很小的四辊可逆式带材轧机上，后张力小于前张力有利于轧制时工作辊的稳定性，
8、能使变形均匀，对控制板形效果显著，但是过大的前张力会使带材卷得太紧，退火时易产生粘结，轧制时易断带。 3、冷轧质量控制 （1）厚度控制 （2）板形控制 （3）表面质量控制 辊缝内轧件表面质量控制 辊缝外轧件表面质量控制 (1)厚度控制 高质量的冷轧带材不仅要求具有很小的“同板差”，而且要求在大批量生产中每卷的实际厚度都能保持高度一致。 轧制过程中对板带纵向厚度精度控制的影响因素很多，总的来说有两种情况：即对轧件塑性特性曲线形状与位置的影响，以及对轧机弹性特性曲线的影响。结果使两线的交点位置发生变化，产生了纵向厚度差。 板厚控制就是随着带材坯料厚度、性能、张力、轧制速度以及润滑条件等因素的变化，
9、随时调整辊缝、张力或轧制速度的方法。 不同的冷轧机由于装机水平的差异，厚控系统的配置不一样，下面着重介绍现代高速冷轧机的厚度控制系统及其在生产过程中的厚差控制技术。（a）厚度控制系统组成 现代高速冷轧机的板厚控制通过液压压下实现，而液压压下则由压下位置闭环或轧制压力闭环系统控制。厚控系统的组成如上图所示，主要由压下位置闭环、轧制压力闭环、厚度前馈控制、速度前馈控制、厚度反馈控制（测厚仪监控）等几部分组成。其中压下位置闭环和轧制压力闭环是整个厚控系统的基础，厚控的最终操作通过这两个闭环中的一个实现。后面三个控制环节为更高级的控制环，它们给前两个闭环的给定值提供修正量。 当辊缝中没有轧件（辊缝设定
10、）和穿带时，压下位置闭环工作。正常轧制时，轧制压力闭环工作（位置闭环断开，不参与控制）。当轧制压力低于某一最小值时，由压力闭环自动地转换到位置闭环控制。 上图中符号说明如下： Wo轧制压力对入口厚度的偏导数P/H；M-轧机纵向刚度模数；W-轧件塑性刚度系数；H-来料厚度偏差；h-出口厚度偏差；V-轧制速度；V-轧制速度增量；So给定空载辊缝；ASo空载辊缝修正量；P-给定轧制力；P-轧制压力修正量；Soc实测空载辊缝；Pc实测轧制压力。 其中M和形的计算公式为： M=Mo+Kb W=P/b 式中Mo-轧机基本纵向刚度； Kb宽度修正系数； b-板宽。（b）厚控系统功能 压下位置闭环 轧制压力闭
11、环 厚度前馈控制 速度前馈控制 厚度反馈控制 压下位置闭环 压下位置闭环的作用是，通过控制液压缸塞的位移，达到设定和控制空载辊缝的目的。它根据空载辊缝实测值与给定值（包括修正值）的差值，推动伺服阀和油缸动作，调整空载辊缝的大小，直到实测值与给定值相等为止。 在正常的轧制过程建立之前，由压下位置闭环设定辊缝，保证带头部的厚度满足要求。轧制压力闭环 轧制压力闭环通过控制轧制压力达到控制厚度的目的。它根据轧制压力的实测值与给定值（包括修正值）的差值，推动伺服阀和油缸动作，调整轧制压力（同时也调整了辊缝），直到其差值为零为止。轧制压力的给定值，根据目标厚度确定。 位置闭环中，位移传感器的分辨率一般为1
12、m，因此位置闭环的定位精度及厚控精度不高。轧制压力闭环的压力控制精度和厚控精度比位置闭环的高，所以正常轧制时，由值置闭环自动转换到压力闭环控制板厚，即由控制位置转换到控制压力。 厚度前馈控制 厚度前馈控制可以消除来料厚度偏差对出口板厚的影响。由人口测厚仪测出来料厚度偏差H，将其转换为空载辊缝调整量So或轧制压力调整量P，然后迭加到位置闭环的给定空载辊缝So上或压力闭环的给定轧制力P上，去调整辊缝或轧制压力，以消除H的影响。 速度前馈控制 速度前馈控制可以消除加、减速对出口厚度的影响。加速时，摩擦系数减小，出口厚度变薄；减速时，摩擦系数增大，出口厚度变厚。速度对厚度的影响通过调整压下消除。 由测
13、速计测出轧制速度变化量V，将其转换成空载辊缝调整量S。或轧制压力调整量P，然后迭加到位置闭环的给定空载辊SO上或压力闭环的给定轧制压力P上，去调整辊缝或轧制压力，以消除V的影响。 厚度反馈控制 厚度反馈控制用以消除轧辊磨损、热膨胀及位移与压力测量误差等原因对出口厚度的影响。由测厚仪测出出口厚度偏差h，将其转换为空载辊缝调整量So或轧制压力调整量P，然后迭加到位置闭环的给定空载辊缝So或压力闭环的给定轧制压力P上，去调整辊缝或压力，以消除h。 (c)厚度测量 从上图及上述功能可知，厚度测量在整个厚度控制系统中起着非常重要的监控作用，测厚系统本身的测量精度对整个厚度控制的精度具有决定性的作用。 现
14、代高速冷轧机的厚度在线检测，一般采用同位素测厚仪和X射线测厚仪。在线测厚要求具有测量快速、连续、无接触和非破坏性的特性。同位素测厚仪的放射源具有半衰期长、放射剂量稳定、不受温度影响等优点，因此同位素测厚仪在高速冷轧机上得到广泛应用。 （d）厚差不合格现象及原因分析 A 厚差不合格现象厚度中心点漂移：整体偏厚与偏薄。 厚度波动：有规律的周期性波动与无规律的上下波动。 B原因分析 产生厚度中心点漂移的原因是厚度反馈控制中的出口测厚仪测量数据不真实和操作人员对厚度中心点设定不恰当所致。 影响出口测厚仪测量准确性的因素有：用于校核测厚仪的标准板厚度不准确引起厚度中心点设定不正确，以及测厚仪厚度补偿系数
15、不准确；放射源发出的射线被其他物件所挡；测厚仪厚度补偿系数不准确；测厚仪自动清零功能不稳定。 产生厚度波动的原因。有规律的周期性波动的产生原因主要是由于轧辊磨削精度不高所致。轧辊在径向上的尺寸精度在厚控上表现出很强的遗传性。 无规则上下波动，一是由于来料厚度波动大引起的遗传以及材质不均匀；二是由于生产过程中频繁加减速和其他工艺参数的变化；三是厚控调节机构中产生振荡；四是测厚仪相关部位产生了松动或电离室漏气等。C 厚差不合格的解决途径与办法 定期对轧机测厚仪进行标定、修正和维护，提高测厚仪的精度和准确性。 提高磨削操作技能，规范工作辊和支撑辊的管理。因轧辊在径向上的尺寸精度在厚 优化冷轧生产工艺
16、，减小卷材遗传性厚差影响。由厚度控制原理可知工艺参数的合理设定与控制对厚差影响很大，如生产道次的安排，张力和速度的稳定，润滑条件的控制等。由于热轧毛料或铸轧毛料的厚度偏差一般都比较大，为确保厚差可适当增加道次，使成品轧制时，入口厚差波动小。轧制过程中尽量采用一次升减速以减少厚差波动。 定期对推上或压下缸的伺服阀系统、对轧辊轴承间隙等进行检查，确保处于良好状态。 (2)板形控制 板形是指板带材的外貌形状，板形不良是指板面不平直，出现板形不良的直接原因是轧件宽向上延伸不均。 出现板形不良的根本原因是轧件在轧制过程中，轧辊产生了有害变形，致使辊缝形状不平直，导致轧件宽向上延伸不均，从而产生波浪。因此
17、板形控制的实质就是如何减少和克服这种有害变形。要减少和克服这种有害变形，需要从两方面解决：一是从设备配置方面，包括板形控制手段和增加轧机刚度；二是从工艺措施方面。 从板形控制手段方面现在已普遍采用的有弯辊控制技术、倾辊控制技术和分段冷却控制技术。其他已开发成熟的板形控制手段还有抽辊技术（HC系列轧机）、胀辊技术（VC和IC系列轧机）、交叉辊技术（PC轧机、曲面辊技术（CVC、UPC轧机）和NIPCO技术等。增加轧机刚度，如轧机由二辊向四辊和六辊方向发展等。从工艺措施方面包括轧辊原始凸度的给定、变形量与道次分配等。(3)表面质量控制 表面质量的控制根据缺陷产生的部位主要分为两部分：一是辊缝内轧件
18、表面质量的控制。构成现代高速冷轧机辊缝轧件变形的三个基本组元是轧件、轧辊和润滑。在辊缝内这三个基本组元相互作用相互影响，共同影响与制约产品质量。根据缺陷的产生原因，辊缝内轧件表面缺陷分为三类，与润滑有关的缺陷、轧辊自身缺陷在板面上的反映和机械装配不当产生的损伤。二是辊缝外轧件表面质量的控制。影响辊缝外轧件表面质量的主要因素有：与带材接触的导路辊与带材间运行的同步性，开卷和卷取张力给定及操作方法等。 (a)辊缝内轧件表面质量控制 A 轧制过程的润滑 B 润滑油的控制 C 影响辊缝内轧件表面质量的因素 A轧制过程的润滑 在铝及铝合金板带的轧制过程中，实施有效的工艺润滑，不仅是改善产品表面质量的需要
19、，而且是实现稳定、高效和高速轧制生产的需要。 轧制是靠摩擦力将坯料咬入一对旋转的轧辊而使轧件厚度变薄的塑性变形过程。轧件与轧辊之间的摩擦不仅对轧制压力、能耗和轧件变形的均匀性有显著影响，而且对产品表面质量的好坏至关重要。铝材轧制时，为了控制或减少轧辊之间的摩擦与粘着，必须进行工艺润滑。工艺润滑的好坏不仅对轧件表面质量有重要的影响，而且制约着轧辊与轧件的磨损。如在无润滑剂的轧制过程中，轧件与轧辊直接接触，铝轧件与钢轧辊产生极强的粘着性，摩擦增大并产生严重的粘着磨损。若施加工艺润滑剂，在轧件与轧辊之间形成连续的润滑油膜隔开两者而实现工艺润滑，可以有效防止轧辊粘铝，降低摩擦与磨损，进而改善产品质量，
20、尤其是表面质量。 铝材在润滑状态下冷轧时存在的摩擦形式有流体摩擦、边界摩擦、混合摩擦等。铝材冷轧的润滑模型如图所示。 润滑油膜的厚度决定摩擦的形态。变形区内存在着出现流体摩擦的润滑层厚度临界值，在此时润滑油中表面活性添加剂的作用实际趋于零。冷轧时当润滑油膜的厚度近似等于摩擦表面粗糙度的高度值时就能进入到流体摩擦。1)流体摩擦 当采用工艺润滑时，在适当条件下，轧辊与轧件表面间可由一定厚度（一艘在1.52m以上）的润滑油膜隔开，依靠润滑油的压力来平衡外载荷；在润滑油膜中的分子大部分不受金属表面力场的作用，而可以自由地移动，这种状态称为流体润滑。在流体润滑时呈现的摩擦现象称为流体摩擦，一般也叫液体摩
21、擦。此时，由于两摩擦表面不直接接触，所产生的摩擦是在液体分子之间发生的，所以它是液体的内摩擦。在此种情况下，摩擦系数很小，通常为0. 0010.008。 流体润滑可分为流体动压润滑和流体静压润滑两大类。流体动压润滑系由摩擦表面间形成收敛油楔和相对运动，而由黏性流体产生油膜压力以平衡外载。流体静压润滑系由外部供油系统供给一定压力的润滑油，借助油的静压力平衡外载荷。 形成流体动压润滑的基本条件在于油楔必须收敛，即沿运动方向上油膜厚度应逐渐减小。此时，如运动副之间具有一定的相对运动速度和润滑油具有一定的黏度，就会产生压力油膜，从而具有平衡外载荷的能力。 轧制时动压润滑油膜的形成：在变形区入口，轧辊和
22、轧件表面形成楔形缝隙，润滑剂充填其间，结果建立具有一定承载能力的油楔。由流体动力学基本原理知道，当固体表面运动时，由于液体分子与固体表面之间的附着力作用，与其连接的液体层将被带动以相同速度运动，印固体和液体接触层之间不产生滑动。因此旋转的轧辊表面和轧制带材表面应使润滑剂增压进入楔形的前区（接近变形区的入口）缝隙。越接近楔顶（越接近变形区的入口平面），润滑楔内产生的压力也越大，此压力平衡外载荷。假如在润滑楔顶的压力达到塑性变形压力（金属屈服极限），则一定厚度的润滑层将进入变形区。此外，在咬入时带材和轧辊表面的粗糙度也有利于润滑剂进入变形区。 摩擦力数值在很大程度上决定于润滑油膜的厚度。随着润滑层
23、厚度的增大，摩擦系数减小。2)边界摩擦 边界摩擦又称边界润滑，它是相对运动两表面被极薄的润滑剂吸附层隔开，而此吸附层不服从流体动力学定律，而且两表面之间的摩擦不是取决于润滑剂的黏度，而是主要取决于两表面的性质和润滑剂的化学特性。在边界润滑状态下，摩擦面间存在着一种厚度在0.1 pt,m以下的吸附膜，能够起到降低摩擦和减少磨损的作用。 各种边界润滑膜都只能在一定的温度范围内使用，超过此范围边界膜将发生失向、散乱、解吸附或熔化，使其润滑作用失效，这一温度通常称为边界膜的临界温度。3)混合摩擦 由于轧辊和金属表面具有一定的显微起伏，因此接触表面润滑层的厚度很不均匀，既有大量润滑剂富集区，也有表面最接
24、近的区域。如果润滑剂中有能形成牢固边界膜的活性物质，则在表面最近各点仍能保持极薄的隔离润滑层。在此种情况下，整个接触区将由交替的边界摩擦区和液体摩擦区组成。如果压力很大，当表面滑动时边界层可能局部破裂，结果产生金属表面直接接触。在此种情况下，混合摩擦包括流体摩擦、边界摩擦和干摩擦三部分。在混合摩擦条件下，润滑剂的化学成分对决定极薄层的结构和强度具有重要意义。 B润滑油的控制 1)对工艺润沿剂的要求 2)润滑剂的种类 3)轧制油的评价 4)轧制油的控制1)对工艺润沿剂的要求： 对工具与变形金属表面有较强的粘附能力和耐压性能，在高压下，润滑膜仍能吸附于接触表面上，保持润滑效果。 要有适当的黏度，既
25、能保证润滑层有一定的厚度，有较小的流动剪切应力，又能获得较光滑的制品表面。 对工具及变形金属要有一定的化学稳定性，燃烧后的残物少，以免腐蚀工具和产品的表面，并保证产品不出现各种斑痕、脏化表面。 有适当的闪点及着火点，避免在塑性加工中过快地挥发或烧掉，丧失润滑效果，同时也是为了保证安全生产。要有良好的冷却性能，以利于对工具起冷却、调节与控制（如辊型）作用。 润滑剂本身及其产物（如气体），不应对人体有害（无毒性、没有难闻气味），环境污染最小和废水净化处理简单。 应保证使用与清理方便，如对于轧制过程，润滑剂应便于连续喷涂到轧辊或金属表面上。 成本低廉，资源丰富。 以上是对润滑剂的一些基本要求，不存在
26、能完全满足上述要求，并适合于各种塑性加工过程或条件的润滑剂。对于不同类型和不同用途的塑性加工过程，应采用不同的润滑剂，它们的化学成分与物理状态可能很不相同。2)润滑剂的种类: 铝材冷轧用润滑剂包括两大类，即润滑油和乳化液。润滑油主要包括矿物润滑油、动植物润滑油和合成润滑油三大类，但在实际应用中后两种已很少采用，主要采用矿物润滑油。 冷轧乳化液一般为水包油型，只在个别老式冷轧机上使用，在现代装配的轧机上已不使用乳化液润滑。在铝材冷轧上使用的乳化液成分一般相同，即机油或变压器油80%85%、油酸10%一15%、三水乙醇胺5%左右。把它们配成乳剂之后，再与90%97%的水搅拌成乳化液供生产使用。显然
27、，其中水主要起冷却作用，机油或变压器油为润滑油，油酸既为油性剂，增强矿物油的润滑性能，又能与三水乙醇胺通过反应形成胺皂，起着乳化剂作用，以获得稳定的乳化液。 矿物润滑油由基础油和添加剂组成，基础油是经过炼制的天然矿物油。 作为铝材冷轧润滑剂很少用纯的矿物油，一般是由纯的矿物油（基础油）+添加剂构成。添加剂根据其作用可分为：抗氧化剂、腐蚀抑制剂、金属钝化剂、导电改进剂、摩擦改进剂、抗磨极压添加剂等。常用的添加剂有油性添加剂、极压添加剂、防腐剂、抗氧化添加剂、增黏剂、降凝剂、抗泡剂等。3)润滑油的评价： 润滑油的评价主要包括两方面，一是润滑油的品质评价，二是工艺润滑效果评价。润滑油的品质主要是指反
28、映润滑油性能的理化指标及其组成与结构，它对轧制工艺润滑效果具有决定性作用。工艺润滑效果主要是评价在工艺润滑投入后轧制时的力能参数、变形参数以及产品表面质量的实际情况。 在铝材冷轧润滑条件下，对加工条件一变形区油膜一润滑效果三维关系的研究，可以帮助确定取得最佳润滑效果时的最佳加工条件（包括润滑剂选择）。 润滑油性质主要包括理化性能、组成与结构，如黏度、闪点、馏程、油膜强度、凝固点、表面张力、酸值、密度、硫含量、芳烃含量及机械杂质等。 润滑效果反映了润滑轧制条件下的力能参数（摩擦系数、轧制压力）、变形参数（最小可轧厚度）和表面质量（表面粗糙度、表面光亮度、表面显微形貌）等特征。 4)轧制油的控制
29、轧制油经过使用后其性能和组成要发生一些变化，如要继续重夏使用，就必须对其进行监测和处理。 轧制油使用中的污染不可避免，主要包括磨损掉下的金属颗粒、过滤助剂的进入、杂油泄漏、金属皂、氧化产物等。轧制油使用后添加剂浓度也会发生变化。 经常要监测的指标和项目：外观、灰分、抗氧化剂含量、醇含量、酯含量、闪点、胶质、中和值、黏度、馏程、电导率等。 常规的处理方法：过滤、添加与更换。过滤方法常有桶式过滤和板式过滤两种，其中板式过滤在铝材冷轧机上使用最多最广泛。 过滤过程分为三个阶段：硅藻土助滤剂预涂阶段、正常过滤阶段和吹扫更换滤纸阶段，这三个阶段为一个过滤周期。 滤纸为无纺织布，其上的助滤剂是由硅藻土及活
30、性白土的混合物，细小的硅藻土颗粒有极微小的孔隙，活性白土为一种极性物质，本身无空隙，粒度为515 m，能够吸附微小的其他极性物质。因此硅藻土起着机械过滤作用，把1m以上的固体粒子过滤掉，而轧制油中小于1m的极性粒子（如铝粉）被活性白土吸附，并由硅藻土滤掉。C 影响辊缝内轧件表面质量的因素 从润滑轧制的角度，铝材表面质量可以从轧件表面粗糙度、表面光亮度和表面显微形貌三个方面来反映。影响辊缝内轧件表面质量的因素很多，如轧辊表面粗糙度、轧件原始表面粗糙度、润滑剂黏度、添加剂及含量、润滑方式、润滑剂的油含量、轧制压下率、轧制速度、开卷张力、喂料高度等。 1)辊面粗糙度 轧辊表面通常通过磨削加工而获得很
31、小的表面粗糙度。一般认为，低粗糙度的轧辊表面将会轧出低表面粗糙度、高表面光亮度的轧件。然而，在润滑轧制条件下，辊面粗糙度对铝材表面质量的影响程度，会受到轧件与轧辊之间油膜厚度与状态的制约。当轧制平均表面粗糙度与轧辊平均表面粗糙度的比值大小不同时，轧后轧件表面粗糙度会呈现几种情况。 一般情况下，该比值大于1，即能有效阻止辊面与轧件表面的直接接触，又能发挥光亮辊面对轧件表面的压平与抛光作用，因而轧件表面粗糙度和表面光亮度得到有效改善，即获得光滑、光亮的轧件表面。而当油膜厚时（尤其在高速轧制条件），即使辊面粗糙度很小，亦难以让轧件”传递”高光洁表面。 2)轧件原始表面粗糙度 润滑轧制时，轧件表面粗糙
32、度使变形区内润滑油具有滞留作用。横向粗糙度（显微不平度方向与轧制方向垂直）较纵向粗糙度有利于润滑油进入变形区内，形成较厚的油膜，轧件表面微凸度之间的“沟穴”被润滑油充填，使得微凸变形受到抑制，故轧后轧件表面粗糙度值较大。研究表明，随着轧件原始表面粗糙度增大，轧后轧件表面粗糙度呈线性增加。 3)润滑剂 在铝材轧制摩擦学系统中，润滑剂在轧件与轧辊之间起中介作用，轧辊表面和其他加工条件对轧件表面的影响都是通过变形区内的润滑油膜来实现的。润滑剂必须有利于变形区内形成一层连续、牢固、质薄的油膜，才能获得所谓表面质量优良的轧件。润滑剂黏度、添加剂种类及含量、润滑剂用量、润滑方式均应根据这一目标来选择。 为
33、了避免轧制时形成较厚的油膜，通常选择低黏度的基础油，用量适当，这同样可避免轧后形成严重的退火油斑。 在基础油中加入油性添加剂（酸、醇、酯）可以改善轧件表面光亮度，且在某一个添加剂含量范围获得最佳效果。 4)轧制压下率与轧制速度 轧制压下率是控制轧件厚度的重要参数，它对轧件表面质量的影响是通过油膜来起作用的。研究表明，轧件轧后表面粗糙庋与轧制压下率之间呈凹抛物曲线规律，即存在一个最佳压下率。在达到最佳压下率之前，随着压下率增加，油膜厚度逐渐变薄，有利于辊面对轧件表面微凸体的压烫作用，轧件表面粗糙度降低；而当压下率增大至超过最佳值后，减薄的油膜难以承受高压或表面微凸体的作用力而产生局部破坏，轧辊与
34、轧件间产生粘着，导致轧件表面粗糙度又增大。在一般情况下，随着压下率增大，轧件表面光亮度呈上升趋势。 随着轧制速度增加，变形区内油膜变厚，尤其在低速范围内更加明显。当油膜厚度增加到超过某一极限值时，形成塑性流体润滑状态，轧件表面不但不能受轧辊表面的压烫作用，反而因表面塑性粗糙化变得粗糙。另一方面，在高速轧制中，产生变形热使润滑油黏度降低，油膜厚度减小。因此，铝材轧制时润滑油黏度和喷射量应与所要求达到的轧制速度相适应，一方面要防止油膜过厚而影响轧件表面粗糙度，另一方面又要防止润滑油黏度随轧辊温度上升而下降过多，影响油膜的承压能力，使轧件表面出现热压条纹。 5)轧辊温度和辊面粘铝 轧辊温度对轧件表面
35、质量的影响，主要是通过改变润滑油的黏度，引起变形区油膜厚度变化而起作用的。 轧制温度增高，轧制压下率增大，轧辊表面粗糙，在轧制软铝以及采用润滑性能较差的润滑剂时，都将使粘铝程度加重。轧辊粘铝导致的轧件袁面缺陷主要有粘附沟、压入粘附和压痕三种。轧辊表面粘铝时，将严重影响轧件的表面粗糙度和表面光亮度。 6)开卷张力与喂料高度 各道轧制工序的开卷张力必须小于上道工序来料的卷取张力，以免发生错动，使轧件表面产生擦伤麻点。这种缺陷在轧制中间退火的软铝时尤其易产生。一方面由于软铝强度低，另一方面由于铝材退火后表面油膜被烧干，如果来料铝卷内松外紧，往往在轧制开始的瞬间便会使整卷铝材从里至外全部布满擦伤麻点。
36、 轧件进入辊缝的喂料高度不同时，上、下轧件表面与工作辊辊面之间夹角就不同。根据流体动力学原理，导入的润滑油量不同，润滑状态不同（油膜厚度不同），因而轧出的产品上下表面粗糙度与表面光亮度也不同。现代铝带冷轧机的进料侧装有一个可上下移动的“光泽辊”，其目的在于调节轧件表面与辊面的夹角，使轧出产品上下表面质量相同。 D 铝材轧制时表面质量的控制方案 (1)力求在轧制变形区内形成连续、牢固、薄质的润滑油。当变形区内形成较薄的混合润滑膜时，能有效防止粘铝，又能实现光滑辊面对轧件表面微凸体的压烫作用，从而获得光滑、光亮的轧件表面。为实现这一目标采取的控制方案为：采用表面粗糙度低的轧辊轧制；采用低黏度的基础
37、油和最佳含量的添加剂，同时润滑剂黏度与轧制速度匹配；采用最佳压下率轧制。 (2)采用毛毡清辊器，以清除附于轧辊表面的粉屑。润滑油在轧制过程中所积累的铝粉和杂质在循环系统中过滤干净。 (3)采用低粗糙度和清洁干净的铝坯料板带。 (4)采用可升降的光泽辊调整喂料高度以使铝材上下表面质量一致。 （b）辊缝外轧件表面质量控制 辊缝外轧件表面质量控制关键在于如何确保轧件在进入辊缝之前和离开辊缝之后轧件表面不产生本道次缺陷。 影响辊缝外轧件表面质量的主要因素有：导路辊与带材间运行的同步性；导路表面状况；开卷和卷取的张力给定；杂物进入等。 影响导路辊与带材间运行的同步性的主要因素为：一是机械卡阻；二是电气动态补偿不够或速度给定信号不对。 对于机械卡阻的解决办法为：一是减少导路辊的惯量；二是增加轴承的灵活性。 对于电气动态补偿不够或速度给定信号不对的解决办法为：一是调整动态补偿；二是修改速度给定信号；三是采用激光测速，准确测定带材速度，从而给定导路辊准确的速度信号。 导路表面状况有两种：一是导路表面的损伤及变形情况；二是导路表面粘附异物的情况。 开卷和卷取的张力给定：本道次开卷张力必须小于上道次的卷取张力，否则容易产生层间擦伤。升卷张力必须保证带材尽可能与入口偏导辊的辊面有效贴合。
