板形控制是冷軋板帶加工的核心控制技術(shù)之一，近年來隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，先進(jìn)的板形控制技術(shù)不斷涌現(xiàn)，并日臻完善,板形控制技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了冷軋板帶工業(yè)的裝備進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級(jí)，生產(chǎn)效率和效益大幅提升。
板形的概念(Concept of Shape)
1板形的基本概念
板形直觀來說是指板帶材的翹曲度，其實(shí)質(zhì)是板帶材內(nèi)部殘余應(yīng)力的分布。只要板帶材內(nèi)部存在殘余應(yīng)力，即為板形不良。如殘余應(yīng)力不足以引起板帶翹曲，稱為“潛在”的板形不良；如殘余應(yīng)力引起板帶失穩(wěn)，產(chǎn)生翹曲，則稱為“表觀”的板形不良。
2板形的表示方法
板形的表示方法有相對(duì)長度差表示法、波形表示法、張力差表示法和厚度相對(duì)變化量表示法等多種方式。其中前兩種方法在生產(chǎn)控制過程中較為常用。
3常見的板形缺陷及分析
常見的板形缺陷有邊部波浪、中間波浪、單邊波浪、二肋波浪和復(fù)合波浪等多種形式，主要是由于軋制過程中帶材各部分延伸不均，產(chǎn)生了內(nèi)部的應(yīng)力所引起的。
為了得到高質(zhì)量的軋制帶材，必須隨時(shí)調(diào)整軋輥的輥縫去適合來料的板凸度，并補(bǔ)償各種因素對(duì)輥縫的影響。對(duì)于不同寬度、厚度、合金的帶材只有一種最佳的凸度，軋輥才能產(chǎn)生理想的目標(biāo)板形。因此，板形控制的實(shí)質(zhì)就是對(duì)承載輥縫的控制，與厚度控制只需控制輥縫中點(diǎn)處的開口精度不同，板形控制必須對(duì)軋件寬度跨距內(nèi)的全輥縫形狀進(jìn)行控制。
影響板形的主要因素(Leading factor on Shape control)
眾所周知，影響板形的主要因素有以下幾個(gè)方面∶
(1)軋制力的變化；(2)來料板凸度的變化；(3)原始軋輥的凸度；(4)板寬度；(5)張力；(6)軋輥接觸狀態(tài)；(7)軋輥熱凸度的變化。
板形控制先進(jìn)技術(shù)(Advanced Technologies of Shape Control)
改善和提高板形控制水平，需要從兩個(gè)方面入手，一是從設(shè)備配置方面，如采用先進(jìn)的板形控制手段，增加軋機(jī)剛度等；二是從工藝配置方面，包括軋輥原始凸度的給定、變形量與道次分配等。
常規(guī)的板形控制手段主要有彎輥控制技術(shù)、傾輥控制技術(shù)和分段冷卻控制技術(shù)等。近年來，一些特殊的控制技術(shù)，如抽輥技術(shù)(HC軋機(jī)和UC系列軋機(jī))、漲輥技術(shù)(VC軋機(jī)和IC軋機(jī))、軋制力分布控制技術(shù)(DSR動(dòng)態(tài)板形輥)和軋輥邊部熱噴淋技術(shù)等先進(jìn)的板形控制技術(shù)，得到日益廣泛的應(yīng)用。在此，分別就其中幾種典型技術(shù)作以簡單介紹。
1抽輥技術(shù)---HC軋機(jī)軋輥橫移板形控制系統(tǒng)
HC軋機(jī)是20世紀(jì)70年代日本日立公司和新日鐵鋼鐵公司聯(lián)合研制的新式6輥軋機(jī)。HC(High Crown)即高性能軋輥凸度。該軋機(jī)是在普通4輥軋機(jī)的基礎(chǔ)上，在支撐輥和工作輥之間安裝一對(duì)可軸向移動(dòng)的中間輥，中間輥的軸向移動(dòng)方向相反。
通過對(duì)普通4輥軋機(jī)軋輥撓曲的分析，工作輥與支撐輥之間超出軋件寬度區(qū)域的有害接觸區(qū)，導(dǎo)致了軋輥的過度撓曲。這種撓曲不僅取決于軋制力的大小，而且取決于軋件寬度。另一方面，在工作輥上施加彎輥力時(shí)，軋輥的撓曲會(huì)在超出軋件寬度部分受到支撐輥的約束。HC軋機(jī)是通過中間輥的橫移，消除了支撐輥與工作輥之間的有害接觸區(qū)，提高了軋制的板形控制能力，可適用于任何寬度帶材的軋制。HC軋機(jī)目前已發(fā)展出多種形式，如中間輥傳動(dòng)的HCM 6輥軋機(jī)；中間輥和工作輥均能竄動(dòng)的HCMW 6輥軋機(jī)；中間輥帶輥型曲線的HC--CVC軋機(jī)；及HCW、UCM、UVMW、MB、UC2~UC4等多種改進(jìn)型軋機(jī)。
HC軋機(jī)的優(yōu)點(diǎn)∶
*板形控制能力強(qiáng)，不需要太大的彎輥力即可較好的調(diào)整板形；*可消除支撐輥與工作輥邊部的有害接觸部分，減輕邊部減簿和裂變傾向；*由于工作輥徑較小(比普通4輥軋機(jī)小30%左右)，可加大壓下量，實(shí)現(xiàn)大壓下量軋制，并減少能耗；*采用標(biāo)準(zhǔn)無凸度輥，就能滿足各種寬度帶材的軋制，減少了軋輥的備件。
從20世紀(jì)70年代以來，世界各國已建HC軋機(jī)200多架，直到至今仍是一種較流行的機(jī)種。
2曲面輥技術(shù)
* CVC輥板形控制
CVC輥板形控制技術(shù)是德國西馬克-德馬格公司于1980年開發(fā)的。CVC(Coutinuously Variable Crown)的原意是連續(xù)可變凸度。經(jīng)過20多年的發(fā)展與完善，CVC軋機(jī)已發(fā)展出很多種機(jī)型，廣泛應(yīng)用于冷軋板帶生產(chǎn)中。先進(jìn)的控制策略和控制手段相結(jié)合，使CVC技術(shù)成為目前世界上最先進(jìn)的軋制技術(shù)之一。它的控制原理很簡單，就是將上、下軋輥輥身磨削成相同的S形CVC曲線，上、下輥的位置倒置180度，當(dāng)曲線的初始相位為零時(shí)，形成等距的S形平行輥縫，通過軋輥竄動(dòng)機(jī)構(gòu)，使上、下CVC軋輥相對(duì)同步竄動(dòng)，就可在輥縫處產(chǎn)生連續(xù)變化的正、負(fù)凸度輪廓，從而適應(yīng)工藝對(duì)軋輥在不同條件下，能迅速、連續(xù)、任意改變輥縫凸度的要求。
* UPC輥板形控制
UPC軋機(jī)是德國MDS研制的萬能板形控制軋機(jī)，是繼HC、CVC技術(shù)之后又一種可改善板形的軋輥橫移式軋機(jī)。其原理是將普通4輥軋機(jī)的工作輥磨成雪茄型，大、小頭相反布置，構(gòu)成一個(gè)不同凸度的輥縫。
UPC軋機(jī)投產(chǎn)的數(shù)量不及HC軋機(jī)和CVC軋機(jī)，最早使用UPC技術(shù)的是德國克虜伯1250軋機(jī)和芬蘭2000軋機(jī)。
3交叉輥技術(shù)---PC軋機(jī)軋輥交叉板形控制
PC(Pair Cross)的原意是軋輥成對(duì)交叉，即軋機(jī)軋輥交叉板形控制技術(shù)。軋輥交叉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理與采用帶凸度的工作輥相同。通過調(diào)整軋輥的交叉角，使得距軋輥中心越遠(yuǎn)的地方輥縫越大，實(shí)現(xiàn)對(duì)輥縫形貌的控制。
軋輥交叉等效凸度與軋輥交叉角、軋輥直徑和軋件寬度有關(guān)，其關(guān)系式如下∶
Cr=Se-Sc=(br)^2/(2Dw)
式中∶Cr ----等效凸度；b----軋件寬度；Se----中心輥縫；r----軋輥偏轉(zhuǎn)角；Dw----軋輥直徑；Sc----邊部輥縫。常用的軋輥交叉系統(tǒng)有∶
*只有支撐輥交叉的支撐輥交叉系統(tǒng)；*只有工作輥交叉的工作輥交叉系統(tǒng)；*每組工作輥與支撐輥的軸線平行，而上、下輥系交叉的對(duì)輥交叉系統(tǒng)。
4漲輥技術(shù)—VC板形可變凸度支撐輥板形控制技術(shù)
VC (Variable Crown)原意為在線可變凸度支撐輥，是由日本住友金屬公司于1977年開發(fā)成功的，軋機(jī)的軋輥為輥套型軋輥，主要由芯軸、輥套、密封油腔、油路、旋轉(zhuǎn)連接器和高壓泵站等部分組成。
VC輥控制板形的原理較簡單，輥套和芯軸之間設(shè)有密封油腔，通過改變油腔內(nèi)的壓力，即使支撐輥改變輥形(軋輥凸度)油腔壓力與直徑脹大在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系，且可做無級(jí)調(diào)節(jié)，因此，可以參與到閉環(huán)板形控制系統(tǒng)中。
VC具有較多優(yōu)點(diǎn)∶
*減少支撐輥的換輥次數(shù)，避免貯存多個(gè)不同輥型的軋輥；*可補(bǔ)償軋輥磨損及熱輥形；*在帶材軋制加、減速階段，可有效補(bǔ)償因軋制速度的變化引起的軋制力波動(dòng)和軋輥凸度變化；*在線改造方便，僅需用VC輥代替原有支撐輥即可。
但VC也有局限性∶
*VC輥制造較困難；*高壓旋轉(zhuǎn)接頭及油腔密封維護(hù)難；*調(diào)整軋輥凸度的幅度較小。
5軋制力分布控制技術(shù)—DSR動(dòng)態(tài)板形輥高精度板形控制
DSR動(dòng)態(tài)板形輥高精度板形控制(即軋制力分布控制)技術(shù)，是由法國VAI Clecim公司于20世紀(jì)90年代推出的，主要由靜止輥芯、旋轉(zhuǎn)輥套、7個(gè)柱塞式液壓缸、推力墊及電液伺服閥等部分組成。
DSR動(dòng)態(tài)板形輥多用于四輥軋機(jī)的支撐輥，可成對(duì)使用，也可單獨(dú)使用。其工作原理∶根據(jù)板形儀測量計(jì)算出的實(shí)際曲線與目標(biāo)板形曲線比較，得到一組偏差，通過7個(gè)單獨(dú)調(diào)控的液壓壓下缸，沿整個(gè)帶寬經(jīng)旋轉(zhuǎn)輥套給板帶分布相應(yīng)的軋制力，來進(jìn)行高精度的板形(平直度)控制。
DSR動(dòng)態(tài)板形輥高精度板形控制具有突出的優(yōu)點(diǎn)，是高精度板形控制執(zhí)行器的一次歷史性飛躍。主要表現(xiàn)在∶
*能消除對(duì)稱性和非對(duì)稱性的板形缺陷；*板形控制不影響厚度控制；*能動(dòng)態(tài)高精度控制板形。
充分發(fā)揮DSR方式高精度板形控制能力的關(guān)鍵，在于板形儀系統(tǒng)的測量精度、計(jì)算精度以及偏差轉(zhuǎn)換為伺服閥調(diào)控信號(hào)的精度。一般板形儀應(yīng)達(dá)到1I單位的測量精度。
DSR雖有突出的優(yōu)點(diǎn)，但其結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，檢修和維護(hù)難度大，且價(jià)格昂貴，因此目前尚未大范圍普及。
在中國，DSR技術(shù)率先在上海寶鋼2030冷軋機(jī)上得到應(yīng)用，中國鋁業(yè)河南分公司鄭州冷軋廠正在建設(shè)的四輥2300冷軋機(jī)也引進(jìn)了該技術(shù)，該項(xiàng)目預(yù)計(jì)2008年年底正式投產(chǎn)。
目前，在世界上還流行一種稱為軋輥熱噴淋板形控制先進(jìn)技術(shù)，它具有投產(chǎn)小、改造周期短的特點(diǎn)，比較適合已建設(shè)備的在線改造。這項(xiàng)軋輥熱噴淋板形控制先進(jìn)技術(shù)是由澳大利亞工業(yè)自動(dòng)化服務(wù)公司開發(fā)的，該系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)控制軟件和邊部熱噴淋系統(tǒng)組成。在軋輥兩側(cè)安裝有兩個(gè)熱噴淋裝置，每個(gè)裝置上安裝有數(shù)個(gè)噴嘴，每個(gè)噴嘴的控制范圍為25毫米，在軋機(jī)工作時(shí)實(shí)施噴淋加熱。該系統(tǒng)有效地解決了高速軋制時(shí)，因軋輥熱凸度引起的邊部張緊的板形缺陷，提高了軋制速度，減少了斷帶幾率。
結(jié)語
板形控制是一項(xiàng)綜合技術(shù)，生產(chǎn)中必須通過先進(jìn)的控制手段與工藝參數(shù)的合理匹配，才能獲得理想的板形。
