板形检测是目前制约国内冷轧带钢板形闭环控制的技术瓶颈,研究具有自主知识产权的国产板形仪已成为亟待解决的棘手难题。板形检测辊是板形仪的关键部件,其设计制造精度和工作性能对板形检测与控制至关重要。在可逆式冷轧机板形检测辊工作过程中,与其接触的带钢温度变化频繁且变化幅度较大,板形检测辊相应产生热变形,并且各部分热变形的大小及其变化规律不同,导致板形检测辊辊体内孔面与传感器顶部的过盈配合状况会随着发生变化,影响板形的连续性和板形检测辊工作的稳定性,可见热变形问题对板形检测辊至关重要。目前,热变形问题是板形检测辊研究的薄弱环节。本课题以课题组新开发的整辊内嵌式板形检测辊为研究对象,对其在可逆冷轧过程中的热变形问题进行了系统深入的研究,以期在原有创新开发的基础上进一步改进板形检测辊的设计水平。建立板形检测辊辊体外表面的换热系数计算模型,确定各个轧制道次辊体外表面的等效换热系数及辊体外表面与带钢接触区域的换热系数,为板形检测辊温度场计算和有限元模拟提供边界条件。应用热传导理论建立辊体温度场模型,考虑过盈配合面处结构特点,采用一维复合介质理论建立过盈配合面的温度场模型,得到轧制过程中各道次板形检测辊的温度变化情况,为板形检测辊热变形研究奠定基础。在此基础上,分析轧制过程中过盈配合面温度差变化规律,计算得到第3道次过盈配合面温度差最大。应用热弹性力学理论建立了板形检测辊系统的热变形模型,得到轧制过程中辊体、传感器、传感器顶部配合辊体热位移变化情况和过盈配合面的热位移差。推导过盈配合量模型,得到过盈配合接触状况,然后采用弹性力学和板壳力学理论推导传感器的预压力模型,计算得到第3道次过盈配合面的热位移差最大,造成传感器的预压力为零,带钢的张力无法通过板形检测辊检测出来,板形检测辊无法正常工作。基于大型通用有限元分析软件ANSYS的二次开发环境,采用APDL参数化设计语言,建立板形检测辊热力耦合有限元模拟系统,得到各轧制道次板形检测辊温度场、热变形、过盈配合面温度差、热位移差及传感器预压力的分布情况,将有限元模拟结果与理论模型计算的结果进行对比,验证了所建立板形检测辊温度场模型、热变形模型及传感器预压力模型的正确性。建立板形检测辊初始过盈量的优化设计数学模型,以增大过盈配合面热位移差与初始过盈量的差值和满足传感器的许用压力为优化目标,在改善过盈配合面的接触状况并保证板形检测辊工作性能的前提下,得到初始过盈量的最优值,并用所建立的理论计算模型和所建立的有限元模型及现场实验测试对优化结果进行验证。本文对板形检测辊热变形问题的研究,既是提高板形检测辊理论研究水平的需要,也是开发具有自主知识产权板形仪的需要。本文的研究方法和结果为国产板形检测辊及板形仪的研发设计提供了重要的理论依据和实现途径,对国内板形检测装备的自主创新研发和板形测控技术水平的提高具有重要意义。