《轧制成形设备》课件：第2章-1.pptx

1、 轧辊是轧机上较贵重的易耗零件，其机加工和热处理工序都很繁重。因此合理选择轧辊的的尺寸和结构，正确地选择轧辊材料，尽可能精确地计算轧辊的强度、刚度是轧机设计、正确使用、维护过程中极其重要的一环，是我们专业必须掌握的一部分知识。 这部分我们主要讲述以下几方面的内容：（1）轧辊概述；（2）轧辊的类型与结构；（3）轧辊的参数；（4）轧辊的重车率；（5）轧辊的材质；（6）轧辊的强度计算；（7）四辊板带轧机工作辊偏移量的确定。中小型支承辊冷轧工作辊 最高光洁度可达到 R0.01 花纹板轧辊型钢轧辊 1、轧辊所受的载荷a.机械载荷。承受较大的轧制压力、轧制力矩。有时还有动载荷，如咬入瞬间以及轧制速度变化时

2、，具有周期性的特点。b.热载荷。热轧时，轧辊辊身交替受到轧件高温和冷却水的作用，从而产生热循环应力，易在轧辊表面形成网状裂纹。比如热轧钢时，其轧件的温度通常在1100至1200之间，而冷却水的温度则只有几十度。c.摩擦磨损。轧件表面与轧辊间的相对滑动引起摩擦磨损。轧制过程中的前滑、后滑、咬入以及卡钢等，均能引起轧件表面与轧辊间的相对滑动，致使轧辊辊身产生剧烈磨损。a.磨损失效。轧辊在正常使用条件下，轧辊使用一定时间以后，需对轧辊进行重车、重磨，当磨损达到轧辊允许的总重车量后，就会因辊身的表面硬度丧失和强度削弱而报废。b.折断。主要由于轧制压力过大和应力集中。其断裂原因有两点： 属于轧辊材料或轧

3、辊制造质量的原因，比如轧辊内部有铸造缩松、缩孔、以及裂纹等； 轧制工艺、轧辊使用、操作不当等。轧辊的几种断裂形式(P28)2 2、轧辊的破坏、失效主要形式、轧辊的破坏、失效主要形式 攀成钢棒材车间2009年7月10日轧辊案例，此轧辊为新轧辊7月9日检修更换。a.材料要求：具有较高的强度和耐磨性能。轧辊在轧制过程中承受着金属变形抗力而引起的交变应力的作用，因此材料需要较高的强度。从上面轧辊的工作特点可知，轧件表面与轧辊间的相对滑动致使轧辊辊身产生剧烈磨损，因此还要求材料具有较高的耐磨性。b.结构要求：具有足够的刚度和制造、安装精度。轧辊在轧制过程中的弹性变形及其形状和位置误差，对轧材的精度有直接

4、影响，因此要求轧辊具有足够的刚度和制造、安装精度。3、对轧辊的要求1、类型A. 轧辊按轧机类型分a.板带轧机轧辊：辊身呈圆柱形。b.型钢轧机轧辊：辊身上有刻槽。a.实心辊。无内孔，较普遍b.空心辊。有内孔，1.主要便于预热和冷却轧辊2.工艺孔，即使轧辊经热处理后的内应力分布均匀，以及在轧辊表面淬火时，可对轧辊通水内冷，提高淬火效果。内孔作用：B. 按有无内孔分 铸造辊离心铸造 锻造辊 镶套辊 堆焊轧辊 粉末冶金轧辊 喷射沉积复合轧辊镶套辊堆焊轧辊C.按制造方法分轧辊由辊身、辊颈、辊头(轴头)三部分组成。辊辊身身2、结构(1).辊身工作部分，直接与轧件接触。不同类型的轧机具有不同的辊身形状 型钢

5、轧机有槽辊身 板带轧机圆柱辊身对于板带轧机，有时为了控制板型，还做成微凹、微凸的辊身。 热轧板带轧辊辊身微凹，当受热膨胀时，可保持较好的板型。 冷轧板带轧辊辊身微凸，当受力弯曲时，可保持较好的板型。(2).辊颈 支承部分，安装在轴承中。 形状有圆柱形和圆锥形，与选用的轴承有关。 圆柱形：滑动轴承，滚动轴承 圆锥形：液体摩擦轴承，锥度通常为15。 辊颈与辊身交界处是应力集中部位，属于薄弱环节，应有过渡圆角。(3).辊头(轴头) 传递扭矩，与联接轴相接。 形状有梅花型、万向节型、带双键型三种，与联接轴有关。 当轧辊不转动扭矩时（如工作辊驱动的支承辊），以及只有单侧传动时，轧辊可以不做成专门的辊头，

6、而仅在辊颈外留有可供换辊的起吊部分。 轧辊尺寸参数包括辊身直径、辊身长度、辊颈直径、辊径长度、辊头尺寸等，其中辊身直径和辊身长度是表征轧辊尺寸的基本参数，所以我们先看辊身直径与辊身长度的确定。1、辊身直径D和辊身长度L的确定 对型钢轧机，轧辊直径越大，可刻槽就越深，也就有轧出更大规格的型材，故轧辊的直径可反映该轧机所能生产的品种规格。对板带轧机其辊身长度才能反映轧机所能生产的品种规格。因此在确定辊身尺寸时，对有刻槽的初轧机和型钢轧机，先确定最重要的参数辊身直径D，对板带轧机，也是先确定最重要的参数辊身长度L。在确定辊身参数之前，先看看两个与辊身直径相关的概念.名义直径（公称直径）D：型钢轧机是

7、指人字齿轮座的中心距或人字齿轮的节圆直径。初轧机则是指辊环外径。工作直径Dg：轧辊与轧件接触变形而直接工作的直径。板带轧机：Dg辊环外径初轧机：Dg孔型槽底直径复杂断面型钢轧机：Dg接触面的平均值对于有槽轧辊，为了防止轧辊切槽过深而影响强度，要求：D/ Dg1.4A. D的确定 根据以下三方面的确定D(1). 初轧机与型钢轧机轧辊的D与La.强度条件，轧辊各处的计算应力应小于许用应力。 通常材料力学的许用应力是材料的强度除以安全系数，为了保证轧辊的强度，并考虑到轧制时的冲击负荷、应力集中和疲劳等因素的影响，通常安全系数较大，取n=5。b. 咬入条件式中h ：压下量 ：最大允许咬入角，不同的轧制

8、条件下取值不同，具体取值可教材P16表2.1-1。c. D/ Dg1.4 u最后对辊身直径进行标准化，如初轧机有750、850、1150等，横列式型钢轧机有300、500、650、800。 初轧机与型钢轧机的轧辊辊身长度与孔型布置的数目和轧辊强度有关，辊身越长，可配置的孔型数目愈多，但降低了轧辊的弯曲强度，根据各类轧机的用途及分工不同，其辊身长度与轧辊的名义直径的比值L/D也不相同 初轧机：L/D2.2-2.7 型钢轧机：粗轧L/D2.2-3.0 精轧L/D1.5-2.0轧辊辊身直径与辊身长度的最终确定，都必须通过强度验算。B. L的确定A. L的确定 辊身长度是表征板带轧机的特征的重要参数，

9、板带轧机轧辊的辊身长度应与所轧板带的宽度相适应，辊身长度L应大于所轧板材的最大宽度bmaxLbmax其中为随板带宽度而异的余量。bmax200mm, =50mmbmax200mm, =100-200mm的具体取值应考虑轧机的装机水平，有无张力和工人操作水平等因素。 对于板带轧机的辊身参数，先确定辊身长度L，然后我们再根据强度、刚度和有关工艺条件来确定其直径D。(2)、板带轧机轧辊的L与D通常四辊轧机支承辊的辊身长度与工作辊的辊身长度相等，对无弯辊装置的中小型冷带轧机，为了减少带材的同带差、增大轧机的横向刚度，有时将支承辊辊身长度设计成小于工作辊辊身长度。四辊轧机支承辊：辊身长二辊轧机：轧辊直径

10、可根据咬入条件及轧辊的强度来确定，与初轧机、型钢轧机的轧辊辊身直径确定方法相同。四辊轧机：D1：工作辊辊身直径，D2：支承辊辊身直径 在确定辊身直径时，特别是工作辊直径时，除了考虑咬入条件、强度条件外，还应考虑轧机轧出的最小板厚hmin ，当辊身直径过大时，轧辊的压扁变形较大，无法轧出所需的薄板，因此D1应尽量小。 B. D的确定 轧辊产生弹性压扁时可能轧制的最小板厚。在一定轧机上轧制一定的产品时，随着板带的逐渐变薄，压下越来越困难。当板带薄至某一限度后，不管如何旋紧压下螺丝或加大液压压下的压力，不管反复轧制多少道，由于轧辊产生弹性压扁而不可能再使产品变薄。这一极限厚度称为最小可轧厚度。 按斯

11、通(MDStone)推导的计算公式，最小可轧厚度：hmin=3.58DK / E 公式中D为工作辊直径；为摩擦系数；K为金属平面变形抗力；E为机械弹性模量。冷轧时，D1与hmin存在一定的关系，根据经验 带张力轧制：D1（1500-2000）hmin 无张力轧制：D11000hmin此外，D1还可由斯通(MDStone) 公式确定式中 E：轧辊的弹性模量 hmin：带材最小厚度 f：轧辊与带材间的摩擦系数 k：带材的条件屈服极限，k=1.15 s Pa p ：平均张力。 p （T0T1）/2Pa 其中T0后张力，T1前张力。 四辊轧机的D1、D2也可根据经验数据确定，对165台轧机进行了统计，

12、其统计数据为：厚板宽带钢轧机冷轧板带粗轧精轧L/D13.2-4.51.7-2.82.4-2.82.5-2.9D2/D11.6-2.01.3-1.51.9-2.12.5-2.9支承辊直径D2：是决定工作机痤弹跳值的主要参数，取决于所需刚度与强度。D2k/0.3其中k：轧机所需的刚度系数。2、轧辊辊颈尺寸d和辊颈长度l的确定3、辊头型式与尺寸自学10min P18-19 在轧制过程中，由于轧辊表面磨损，经过一定时间后，表面光洁度、平直度等下降，将影响轧件的质量，则需要对轧辊表面在车床上进行重车、在磨床上进行重磨。 通常每次重车量为0.5-5mm，重磨量为0.01-0.5mm，轧辊直径减少到一定程度后，由于强度和表面硬度降低，就不能再使用，即报废。 重车率定义：轧辊从开始使用直到报废，其全部重车量与轧辊名义直径的百分比称为重车率。不同轧机对重车率要求不同： 初轧机：10-12% 型钢轧机：8-10% 中厚板轧机：5-7% 薄板轧机：4-6% 四辊热连轧机 工作辊：36%，支承辊：6% 四辊冷连轧机 工作辊：36%，支承辊：10%初轧机轧辊的重车率受咬入能力和辊面硬度的限制；板带轧机轧辊只受表面硬度的限制。