CN112453071A - 一种冷轧金属复合板的轧制力和各层厚度预测方法 - Google Patents

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CN112453071A CN202011284055.1A CN202011284055A CN112453071A CN 112453071 A CN112453071 A CN 112453071A CN 202011284055 A CN202011284055 A CN 202011284055A CN 112453071 A CN112453071 A CN 112453071A
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Abstract

本发明公开了一种冷轧金属复合板的轧制力和各层厚度预测方法，属于复合板轧制技术领域。本方法包括以下步骤：首先获取复合板轧制工艺参数；设定软金属和硬金属板坯在各自等效单板轧制的轧制力计算中所用的轧辊半径，依次计算复合轧制总压下率、软金属、硬金属板坯的压下率，以及在该压下率的出口厚度；在等效单板轧制中将软金属、硬金属板坯从入口厚度轧制到出口厚度时的轧制力；再判断轧制力是否满足收敛条件，如不满足，重新计算，直至满足收敛条件为止；得到双金属冷轧复合板生产时的轧制力；计算出软金属、硬金属板坯的最终出口厚度。本发明对冷轧金属复合板的轧制力和各层厚度进行预测，计算得到的轧制力和各层厚度值基本接近实际值。

Description

一种冷轧金属复合板的轧制力和各层厚度预测方法
技术领域
本发明涉及复合板轧制技术领域，具体涉及一种冷轧金属复合板的轧制力和各层厚度预测方法。
背景技术
金属层状复合材料不仅可以节约大量稀有贵重金属，而且兼有基、复层材料各自的优良特性，可以满足不同环境和使用条件的特殊要求，被广泛应用于电子封装、石油化工、海洋工程、航空航天等各个领域。轧制复合法是一种典型的层状金属复合技术，轧制复合法的生产效率高、易于实现批量生产、能生产较大长度和宽度的制品，所得产品一致性好、性能稳定，因此轧制复合法得到广泛应用。
复合板轧制过程中轧制力的确定可以对轧制辊缝设定和板形控制等提供依据，同时也可以指导设备的设计、强度的校核，这对生产安全和延长设备使用寿命具有重要意义。金属复合板的板厚精度是评价产品质量的主要性能之一，复合板轧后各层的厚度直接影响产品的后续深加工性能和最终综合性能。对金属复合板轧制过程中的轧制力和轧后各层厚度进行预测不仅可以指导生产组坯和轧制规程设定，而且可以最大限度的节约材料、合理利用轧制设备。
目前，针对金属冷轧复合板的轧制力和各层厚度研究常采用的方法有物理实验法和有限元方法。但是物理实验法的试验时间长、经济损失大，具有一定的盲目性且灵活性较差。有限元方法计算时间长，每次计算只能对具体工艺的结果进行显示而且不便于工程应用。因此迫切需要一种成本低、精度高、计算时间短、适用范围广的冷轧金属复合板的轧制力和各层厚度预测方法。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种冷轧金属复合板的轧制力和各层厚度预测方法。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种冷轧金属复合板的轧制力和各层厚度预测方法，包括以下步骤：
步骤1：按照某道次轧制工艺规程数据分别获取复合板轧制工艺参数，包括软金属板坯的入口厚度h1i，硬金属板坯的入口厚度h2i，板坯宽度b，复合板的成品目标总厚度ho，软金属板坯和与之接触的一号轧辊之间的摩擦系数μ1、硬金属板坯和与之接触的二号轧辊之间的摩擦系数μ2，与软金属板坯接触的一号轧辊和与硬金属板坯接触的二号轧辊的原始半径R0；其中，板坯宽度与软金属板坯、硬金属板坯的宽度相等；一号轧辊和二号轧辊的原始半径相等。
步骤2：设定软金属板坯和硬金属板坯在各自等效单板轧制的轧制力计算中所用的轧辊半径R1和R2，第一次计算所用的轧辊半径R1和R2为轧辊原始半径R0，即R1＝R0，R2＝R0；
步骤3：根据板坯的入口厚度h1i和h2i以及成品目标总厚度ho，计算复合轧制总压下率ε；
步骤4：设定复合板轧制中软金属板坯的压下率ε1＝ε；
步骤5：计算复合板轧制中硬金属板坯的压下率ε2；
步骤6：计算软金属板坯和硬金属板坯分别在压下率ε1和ε2下的出口厚度h1o和h2o；
步骤7：计算在等效单板轧制中将软金属板坯从h1i轧到h1o时的轧制力Pd1；
步骤8：计算在等效单板轧制中将硬金属板坯从h2i轧到h2o时的轧制力Pd2；
步骤9：计算软金属板坯和硬金属板坯在等效单板轧制中各自的等效轧辊压扁半径R'1和R'2；
步骤10：判断轧制力Pd1和Pd2是否满足收敛条件
Figure BDA0002781754070000021
如不满足，重新计算软金属板坯的压下率ε1，重新设定轧制力计算过程中所需的轧辊半径R1和R2，重复步骤5至步骤10的操作，直至满足收敛条件为止；
步骤11：得到双金属冷轧复合板生产时的轧制力
Figure BDA0002781754070000022
步骤12：得到ε1和ε2的最佳值ε1 *和ε2 *，计算复合轧制时软金属板坯和硬金属板坯的最终出口厚度h1o *和h2o *。
进一步地，所述步骤3：根据板坯的入口厚度h1i和h2i以及成品目标总厚度ho，计算复合轧制总压下率ε，具体按照式(1)计算：
Figure BDA0002781754070000023
再进一步地，所述步骤5：计算复合板轧制中硬金属板坯的压下率ε2，具体按照式(2)计算：
Figure BDA0002781754070000024
更进一步的，所述步骤6：计算软金属板坯和硬金属板坯分别在压下率ε1和ε2下的出口厚度h1o和h2o，分别按照式(3)和(4)计算：
h1o＝(1-ε1)h1i (3)
h2o＝(1-ε2)h2i (4)。
更进一步的，所述步骤7：计算在等效单板轧制中将软金属板坯从h1i轧到h1o时的轧制力Pd1；具体为：
步骤7.1：计算软金属板坯的变形抗力σ1；
步骤7.2：按照式(5)计算在等效单板轧制中将软金属板坯从h1i轧到h1o时变形区的等效接触弧长l1；
Figure BDA0002781754070000031
步骤7.3：按照式(6)计算软金属板坯在等效单板轧制中的轧制力Pd1；
Figure BDA0002781754070000032
更进一步的，所述步骤8：计算在等效单板轧制中将硬金属板坯从h2i轧到h2o时的轧制力Pd2；具体为：
步骤8.1：计算硬金属板坯的变形抗力σ2；
步骤8.2：按照式(7)计算在等效单板轧制中将硬金属板坯从h2i轧到h2o时变形区的等效接触弧长l2；
Figure BDA0002781754070000033
步骤8.3：计算硬金属板坯在等效单板轧制中的轧制力Pd2。
更进一步的，所述步骤8.3：计算硬金属板坯在等效单板轧制中的轧制力Pd2，具体按照式(8)计算：
Figure BDA0002781754070000034
更进一步的，所述步骤9：计算软金属板坯和硬金属板坯在等效单板轧制中各自的等效轧辊压扁半径R'1和R'2；R'1和R'2分别按照式(9)和(10)计算：由于轧制时轧制力较大，轧辊产生弹性压扁现象，增加了接触弧的实际长度，所以为了提高接触弧长和轧制力的计算精度，计算过程中考虑轧辊压扁。等效轧辊压扁半径R'1和R'2为：
Figure BDA0002781754070000041
Figure BDA0002781754070000042
更进一步的，所述步骤10：判断轧制力Pd1和Pd2是否满足收敛条件
Figure BDA0002781754070000043
如不满足，重新计算软金属板坯的压下率ε1，重新设定轧制力计算过程中所需的轧辊半径R1和R2，重复步骤5至步骤10的操作，直至满足收敛条件为止，具体如下：
ε1＝ε+0.001n，n为循环计算次数，取正整数1、2、3……，且依次增大。
每次循环到步骤7和步骤8的轧制力计算时，所用轧辊半径都采用重新计算后的轧辊压扁半径，即令R1＝R1′，R2＝R2′。
更进一步的，所述步骤12：得到ε1和ε2的最佳值ε1 *和ε2 *，计算复合轧制时软金属板坯和硬金属板坯的最终出口厚度h1o *和h2o *，具体按照式(11)和(12)计算：
h1o *＝(1-ε1 *)h1i (11)，
h2o *＝(1-ε2 *)h2i (12)。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明对冷轧金属复合板的轧制力和各层厚度进行预测，计算得到的轧制力和各层厚度值基本接近实际值。本发明的方法安全可靠，能简捷、方便、准确地预测不同轧制规程下的铜/铝、镁/铝等多种金属冷轧复合板的轧制力和各层厚度预报，在节约生产投资成本的同时，方便了轧制规程设定和设备选取，提高了复合板产品厚度控制的精度。
附图说明
图1为本发明提供的冷轧金属复合板的轧制力和各层厚度预测方法流程示意图；
图2为本发明提供的冷轧金属复合板轧制示意图。
图中，1-软金属板坯、2-硬金属板坯、3-一号轧辊、4-二号轧辊。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述具体实施方式仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
图1展示了本发明提供的冷轧金属复合板的轧制力和各层厚度预测方法流程示意图，本实施例中软金属板坯1为铝板坯，硬金属板坯2为铜板坯，如图1所示，本实施例的方法如下所述。
步骤1：按照某道次轧制工艺规程数据分别获取复合板轧制工艺参数，包括软金属板坯1的入口厚度h1i＝2mm，硬金属板坯2的入口厚度h2i＝1mm，板坯宽度b＝30mm，铜铝复合板的出口总厚度ho＝1.51mm，铝板坯与轧辊3之间的摩擦系数μ1＝0.4、铜板坯和轧辊4之间的摩擦系数μ2＝0.35，轧辊原始半径R0＝75mm。
步骤2：设定铝板坯和铜板坯在各自等效单板轧制的轧制力计算中所用的轧辊半径R1和R2，第一次计算所用的轧辊半径R1和R2为轧辊原始半径R0，即R1＝R0＝75mm，R2＝R0＝75mm。
步骤3：根据板坯的入口厚度h1i和h2i以及成品目标总厚度ho，计算复合轧制总压下率ε。
Figure BDA0002781754070000051
步骤4：设定复合板轧制中铝板坯的压下率ε1＝ε＝49.7％。
步骤5：计算复合板轧制中铜板坯的压下率ε2。
Figure BDA0002781754070000052
步骤6：计算铝板坯和铜板坯分别在压下率ε1和ε2下的出口厚度h1o和h2o。h1o＝(1-ε1)h1i＝0.503×2＝1.006mm，h2o＝(1-ε2)h2i＝0.503×1＝0.503mm。
步骤7：计算在等效单板轧制中将铝板坯从h1i轧到h1o时轧制力Pd1。
步骤7.1：计算铝的变形抗力σ1；
Figure BDA0002781754070000053
步骤7.2：计算在等效单板轧制中将铝板坯从h1i轧到h1o时变形区的等效接触弧长l1；
Figure BDA0002781754070000061
步骤7.3：计算铝板坯在等效单板轧制中的轧制力Pd1；
Figure BDA0002781754070000062
步骤8：计算在等效单板轧制中将铜板坯从h2i轧到h2o时的轧制力Pd2。
步骤8.1：计算铜的变形抗力σ2；
Figure BDA0002781754070000063
步骤8.2：计算在等效单板轧制中将铜板坯从h2i轧到h2o时变形区的等效接触弧长l2；
Figure BDA0002781754070000064
步骤8.3：计算铜板坯在等效单板轧制中的轧制力Pd2；
Figure BDA0002781754070000065
步骤9：计算铝板坯和铜板坯在等效单板轧制中各自的等效轧辊压扁半径R'1和R'2。
Figure BDA0002781754070000066
Figure BDA0002781754070000071
步骤10：判断轧制力Pd1和Pd2是否满足收敛条件
Figure BDA0002781754070000072
如不满足，重新计算铝板坯的压下率ε1，重新设定轧制力计算过程中所需的轧辊半径R1和R2，重复步骤5至步骤10的操作，直至满足收敛条件为止。
本次计算n＝1，即ε1＝ε+0.001n＝0.497+0.001×1＝49.8％。
后续第一次循环计算时，在步骤7和步骤8中所用到的轧辊半径都采用压扁后的轧辊半径进行计算，即令R1＝R1′＝81.863mm，R2＝R2′＝88.726mm。
重复步骤5至步骤10的操作，再计算94次，可满足收敛条件，停止循环，循环计算过程部分数据如下表所示。
n ε<sub>1</sub> ε<sub>2</sub> h<sub>1o</sub>/mm h<sub>2o</sub>/mm P<sub>d1</sub>/kN P<sub>d2</sub>/kN R'<sub>1</sub>/mm R'<sub>2</sub>/mm
1 49.7％ 49.7％ 1.006 0.503 88.034 163.636 81.963 88.925
2 49.8％ 49.5％ 1.004 0.505 97.348 186.160 82.828 90.750
3 49.9％ 49.3％ 1.002 0.507 98.722 188.296 82.909 91.010
4 50.0％ 49.1％ 1.000 0.509 99.083 187.835 82.890 91.070
5 50.1％ 48.9％ 0.998 0.511 99.316 187.047 82.859 91.104
6 50.2％ 48.7％ 0.996 0.513 99.532 186.218 82.827 91.136
7 50.3％ 48.5％ 0.994 0.515 99.747 185.386 82.794 91.167
8 50.4％ 48.3％ 0.992 0.517 99.961 184.554 82.762 91.199
9 50.5％ 48.1％ 0.990 0.519 100.176 183.724 82.730 91.231
10 50.6％ 47.9％ 0.988 0.521 100.391 182.896 82.698 91.264
…… …… …… …… …… …… …… …… ……
85 58.1％ 32.9％ 0.838 0.671 117.283 125.119 80.737 95.262
86 58.2％ 32.7％ 0.836 0.673 117.521 124.404 80.716 95.345
87 58.3％ 32.5％ 0.834 0.675 117.758 123.691 80.695 95.430
88 58.4％ 32.3％ 0.832 0.677 117.996 122.979 80.674 95.516
89 58.5％ 32.1％ 0.830 0.679 118.234 122.268 80.653 95.604
90 58.6％ 31.9％ 0.828 0.681 118.473 121.559 80.632 95.692
91 58.7％ 31.7％ 0.826 0.683 118.712 120.852 80.612 95.782
92 58.8％ 31.5％ 0.824 0.685 118.952 120.145 80.591 95.874
93 58.9％ 31.3％ 0.822 0.687 119.191 119.440 80.571 95.966
94 59.0％ 31.1％ 0.820 0.689 119.432 118.737
步骤11：得到冷轧铜铝复合板生产时的轧制力
Figure BDA0002781754070000073
步骤12：得到ε1和ε2的最佳值ε1 *和ε2 *，ε1 *＝0.59，ε2 *＝0.311，计算复合轧制时铝板和铜板的最终出口厚度h1o *和h2o *，h1o *＝(1-ε1 *)h1i＝0.82mm，h2o *＝(1-ε2 *)h2i＝0.689mm。
本实施例以铝为软金属板坯1，铜为硬金属板坯2为例进一步说明本发明的技术方案，并非对本发明的软金属和硬金属材料的限定。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种冷轧金属复合板的轧制力和各层厚度预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：按照某道次轧制工艺规程数据分别获取复合板轧制工艺参数，包括软金属板坯(1)的入口厚度h1i，硬金属板坯(2)的入口厚度h2i，板坯宽度b，复合板的成品目标总厚度ho，软金属板坯(1)和与之接触的一号轧辊(3)之间的摩擦系数μ1、硬金属板坯(2)和与之接触的二号轧辊(4)之间的摩擦系数μ2，与软金属板坯(1)接触的一号轧辊(3)和与硬金属板坯(2)接触的二号轧辊(4)的原始半径R0；
步骤2：设定软金属板坯(1)和硬金属板坯(2)在各自等效单板轧制的轧制力计算中所用的轧辊半径R1和R2，第一次计算所用的轧辊半径R1和R2为轧辊原始半径R0，即R1＝R0，R2＝R0；
步骤3：根据板坯的入口厚度h1i和h2i以及成品目标总厚度ho，计算复合轧制总压下率ε；
步骤4：设定复合板轧制中软金属板坯(1)的压下率ε1＝ε；
步骤5：计算复合板轧制中硬金属板坯(2)的压下率ε2；
步骤6：计算软金属板坯(1)和硬金属板坯(2)分别在压下率ε1和ε2下的出口厚度h1o和h2o；
步骤7：计算在等效单板轧制中将软金属板坯(1)从h1i轧到h1o时的轧制力Pd1；
步骤8：计算在等效单板轧制中将硬金属板坯(2)从h2i轧到h2o时的轧制力Pd2；
步骤9：计算软金属板坯(1)和硬金属板坯(2)在等效单板轧制中各自的等效轧辊压扁半径R'1和R'2；
步骤10：判断轧制力Pd1和Pd2是否满足收敛条件
Figure FDA0002781754060000011
如不满足，重新计算软金属板坯(1)的压下率ε1，重新设定轧制力计算过程中所需的轧辊半径R1和R2，重复步骤5至步骤10的操作，直至满足收敛条件为止；
步骤11：得到双金属冷轧复合板生产时的轧制力
Figure FDA0002781754060000012
步骤12：得到ε1和ε2的最佳值ε1 *和ε2 *，计算复合轧制时软金属板坯(1)和硬金属板坯(2)的最终出口厚度h1o *和h2o *。
2.根据权利要求1所述的一种冷轧金属复合板的轧制力和各层厚度预测方法，其特征在于，所述步骤3：根据板坯的入口厚度h1i和h2i以及成品目标总厚度ho，计算复合轧制总压下率ε，具体按照式(1)计算：
Figure FDA0002781754060000021
3.根据权利要求1所述的一种冷轧金属复合板的轧制力和各层厚度预测方法，其特征在于，所述步骤5：计算复合板轧制中硬金属板坯(2)的压下率ε2，具体按照式(2)计算：
Figure FDA0002781754060000022
4.根据权利要求1所述的一种冷轧金属复合板的轧制力和各层厚度预测方法，其特征在于，所述步骤6：计算软金属板坯(1)和硬金属板坯(2)分别在压下率ε1和ε2下的出口厚度h1o和h2o，分别按照式(3)和(4)计算：
h1o＝(1-ε1)h1i (3)
h2o＝(1-ε2)h2i (4)。
5.根据权利要求1所述的一种冷轧金属复合板的轧制力和各层厚度预测方法，其特征在于，所述步骤7：计算在等效单板轧制中将软金属板坯(1)从h1i轧到h1o时的轧制力Pd1；具体为：
步骤7.1：计算软金属板坯(1)的变形抗力σ1；
步骤7.2：按照式(5)计算在等效单板轧制中将软金属板坯(1)从h1i轧到h1o时变形区的等效接触弧长l1；
Figure FDA0002781754060000023
步骤7.3：按照式(6)计算软金属板坯(1)在等效单板轧制中的轧制力Pd1；
Figure FDA0002781754060000024
6.根据权利要求1所述的一种冷轧金属复合板的轧制力和各层厚度预测方法，其特征在于，所述步骤8：计算在等效单板轧制中将硬金属板坯(2)从h2i轧到h2o时的轧制力Pd2；具体为：
步骤8.1：计算硬金属板坯(2)的变形抗力σ2；
步骤8.2：按照式(7)计算在等效单板轧制中将硬金属板坯(2)从h2i轧到h2o时变形区的等效接触弧长l2；
Figure FDA0002781754060000031
步骤8.3：计算硬金属板坯(2)在等效单板轧制中的轧制力Pd2。
7.根据权利要求6所述的一种冷轧金属复合板的轧制力和各层厚度预测方法，其特征在于，所述步骤8.3：计算硬金属板坯(2)在等效单板轧制中的轧制力Pd2，具体按照式(8)计算：
Figure FDA0002781754060000032
8.根据权利要求1所述的一种冷轧金属复合板的轧制力和各层厚度预测方法，其特征在于，所述步骤9：计算软金属板坯(1)和硬金属板坯(2)在等效单板轧制中各自的等效轧辊压扁半径R'1和R'2；R'1和R'2分别按照式(9)和(10)计算：
Figure FDA0002781754060000035
Figure FDA0002781754060000033
9.根据权利要求1所述的一种冷轧金属复合板的轧制力和各层厚度预测方法，其特征在于，所述步骤10：判断轧制力Pd1和Pd2是否满足收敛条件
Figure FDA0002781754060000034
如不满足，重新计算软金属板坯(1)的压下率ε1，重新设定轧制力计算过程中所需的轧辊半径R1和R2，重复步骤5至步骤10的操作，直至满足收敛条件为止，具体如下：
ε1＝ε+0.001n，n为循环计算次数，取正整数，且依次增大。
每次循环到步骤7和步骤8的轧制力计算时，所用轧辊半径都采用重新计算后的轧辊压扁半径，即令R1＝R1′，R2＝R2′。
10.根据权利要求1所述的一种冷轧金属复合板的轧制力和各层厚度预测方法，其特征在于，所述步骤12：得到ε1和ε2的最佳值ε1 *和ε2 *，计算复合轧制时软金属板坯(1)和硬金属板坯(2)的最终出口厚度h1o *和h2o *，具体按照式(11)和(12)计算：
h1o *＝(1-ε1 *)h1i (11)，
h2o *＝(1-ε2 *)h2i (12)。
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