《轧制成形设备》课件：第5章.pptx

1、一、轧机的刚性1、机座的弹性变形在轧制时，由于轧制力的作用，轧机机座产生一定的弹性变形，在某些轧机上，工作机痤总的弹性变形量可达2-6mm。上： 轧制压力轧辊轧辊轴承轴承座球面垫、测压仪等压下螺丝压下螺母机架下：轧制压力轧辊轧辊轴承轴承座机架以上受力零件产生变形，构成了机痤的弹性变形f 。 f=fW+fY 式中 fW：轧辊弯曲变形，增加辊缝且沿长度方向不均匀; fY：除fW外其它零件的弹性变形，使辊缝均匀增加。S0S0fW/2fy/2P/2P/2P(1) 定义 空载时的轧辊间隙称为原始辊缝S0，而在轧制受力时轧辊之间的实际间隙要比空载时大，而把轧机在轧制时的辊缝弹性增大量称为弹跳值。 弹跳值从

2、总的方面来说是反映轧机机座受力后弹性变形的大小，这是与轧制力的大小成正比。(2) 意义 轧机的弹跳值大小将限制轧制出板材的最小厚度 如在轧制薄板时，有时由于压下能力的限制，即使采用予压紧的办法，当轧机的弹跳值仍然大于所轧制板材的厚度时，这时则无法轧制出较薄的板材来。 轧机的弹跳值是决定轧制出板材厚度波动量的主要因素之一 如原始辊缝一定时，由于轧制温度变化、张力变化以及板材机械性能不均匀等，均可造成轧制力变化，则弹跳值也发生变化，则轧制板材的厚度也发生变化。2、弹跳值纵坐标表示轧制力，横坐标表示轧辊的开口度，由实验方法可作出轧机的弹性变形曲线。曲线与横坐标的交点为原始辊缝，以后随轧制力的增大，轧

3、辊的开口度加大。在负荷较低时呈非线性，负荷增加时，斜率也逐渐增加，并趋向于一固定值，其斜率就是轧机的刚度系数。3、轧机的弹性变形曲线Ph 弹跳方程1、轧机工作机座刚度定义 以轧机工作机座产生单位弹性变形所需的负载量表示轧机的刚度大小，称为轧机工作机座的刚度系数K。2、刚度的意义（1）决定轧机所能轧出板带最小厚度；（2）决定轧机所轧板带的纵向厚差；轧制过程中的轧制力由于轧件温度、张力、轧速的变化引起机痤弹跳值的变化，最终使得所轧板带在长度方向上的厚度产生波动，形成板带纵向厚差。（3）板带轧机工作机座刚度系数的选择，直接决定轧机甚至与之配套的辅助设备的材料用量。（1）提高承载零件的刚度 轧辊及轴承

4、 占总变形的40.5-71.5% 机架 10-16% 压下螺丝 3.7-21% 测压仪 4-14.6% 其它零件 4.3-34.6% 因此，提高辊系刚度可以显著地改善机痤的刚度，通过增加轧机轧辊直径可以提高辊系刚度。（2）对机座施加预应力 在轧制前对轧机施加预应力，使轧机在轧制前就处于应力状态，而在轧制时，由于预应力的影响，使轧机的弹性变形减少，从而提高轧机的刚度。（3）缩短轧机应力线的长度 根据虎克定律，受力零件的弹性变形量与其长度成正比，与其横截面积成反比。 “短应力线轧机”在目前现代化的小型棒材及线材轧钢车间普遍采用。3、提高机座刚度的途径1、选定方法类比法、简易估算法、理论模型计算法（

5、1）类比法 参考生产条件相近，已投产使用的轧机的刚度系数值和板带生产情况，确定所需设计的新轧机刚度系数。 长期普遍采用，但很难获得理想的结果。（2）简易估算法 按轧机最大允许轧制压力Pmax和产品大纲中最薄成品厚度hmin估算工作机座刚度系数。其估算式为： KPmax/hmin 经与实测数据比较表明，该估算式可粗略应用于成品厚度很大的中厚板轧机的设计，而完全不适用于成品厚度较薄的冷、热带钢轧机。（3）理论模型 分析刚度系数对板带生产质量的影响后，运用轧制理论的基本概念推导得出的。适用于各种用途、结构、生产条件下的板带轧机。(1) 假设与简化（P79） 在影响板带出口厚差的诸多因素中，仅引入对轧

6、机刚度系数计算值起主要作用且在生产中易于实现人工控制的下列工艺和设备参数：坯料的厚差、坯料的温差t和轧辊的偏心值e。 对连轧机，令各机痤的刚度系数值相同； 对连轧机，令各机痤的轧辊偏心值相同； 因原料厚差值远小于原料厚度值，故忽略其对道次塑性系数的影响；2、理论模型计算(2) 热轧理论模型 根据假设条件，由轧制压力的函数式和弹跳方程的增量式联解，或由弹塑性曲线的几何关系得出厚差的基本方程式中 K：所求轧机的刚度系数； M：轧件的道次塑性系数，M= ； ：道次的原料入口厚差； ：道次的轧件出口厚差； e：轧辊的偏心值； ：轧制压力对温度的偏导数。)25 . 2()2(1KettPHMMKhHht

7、P hP 对热连轧：第一架：第二架： 第n架：求解上述方程组，可得P80（2.5-7）式的理论模型通式。可简写为：)35 . 2()2(11110111KettPHMMKh)45 . 2()2(12221222KettPhMMKh)65 . 2()2(11KettPhMMKhnnnnnnn)85 . 2(0.0111AKAKAKAnnnn式中 可根据经验公式： 低碳钢： 0.0033P； 中碳钢： （0.003-0.002）P 式中轧制压力P以kN为单位代入。tP 常见五机痤热连轧带钢轧机刚度系数理论模型特解 A55K5+A54K4+A53K3+A52K2+A51K+A50=0 2.5-9tP

8、 tP 自学教材P82例题（4）模型使用注意事项 来料厚差 ，与轧出厚差 ： 增厚轧件 0；减薄轧件 0。 道次温差 ：实际温度低于设定温度 0， 反之 0。 轧辊偏心e：常用支承辊偏心值进行计算，增厚件e0，减薄件e0。 轧件的塑性系数M，任何情况下均为M0。 对冷轧，必须满足： 2e。t)(hHhhhhtt（3）冷轧理论模型 基本方程： 与热轧理论模型一样，可获得常见五机座冷连轧带钢轧机刚度系数理论模型的特解P81（2.5-12）、三机座装冷连轧机刚度系数理论模型的特解P82（2.5-13）。)105.2()2(1KeHMMKh1、工艺参数对板材厚度的影响 h=mX (1)式中 h：板材厚

9、度偏差 X：泛指各种工艺参数 m：扰动影响系数为了减弱外扰对板厚变化的影响，应尽量取较小的m值。2、工艺参数类型 与轧机外部条件有关的工艺参数，如来料厚度、轧制温度、板材机械性能、摩擦系数、张力等。 与轧机内部条件有关的工艺参数，如轧制速度、轧辊偏心等。轧制速度的变化会引起液体摩擦轴承油膜厚度的变化，它和轧辊偏心一样，都会造成辊缝的波动3、第一类工艺参数对厚度的影响 根据h=S0+P/K，对于第一类工艺参数变化而言，当辊缝不变仅由轧制力变化引起板厚波动时，则 h=1/KP（2） 此时扰动影响系数m=1/K,为减轻引起轧制力波动的外扰量对板厚的影响，应采用刚性系数大的轧机。当辊缝由于轧辊偏心和轴

10、承油膜厚度波动而变化时，轧制力也随之而变，这时的板厚变化为： h=SP/K（3）而 （4）其中 M，称为材料的塑性系数，将（4）代入（3），并经化简得 （5）此时扰动影响系数为m=K/(K+M),为了尽量减轻轧辊偏心和轴承油膜厚度波动等外扰量对板厚的影响，应采用刚性系数小的轧机更为有利。hhPPSMKKhhP 4、第二类工艺参数对厚度的影响 轧件出口厚度取决于过钢时的实际辊缝大小。弹跳方程指出了影响出口厚度的因素，如轧制压力、原始辊缝和轧机加载时刻的刚度系数。带钢的实际轧出厚度h和与预调辊缝值S。，轧机刚度Km和轧机弹跳值S之间的关系在轧件塑性不变时，可用弹跳方程描述： 由它所绘成的曲线称为轧

11、机理想弹性曲线，如下图曲线A所示。其斜率Km称为轧机刚度，它表征使轧机产生单位弹跳量所需的轧制压力。由图可见，原始辊缝、轧机刚度、轧制力(压下量)、塑性曲线起点和形状改变，轧件出口厚度都会变。 mKPSSSh00 轧制时的轧制压力P作为其他因素影响结果，是所轧带钢的宽度、来料入口与出口厚度H与h、摩擦系数f、轧辊半径R、温度t、前后张力h和H。以及变形抗力等的函数。 P=F(B，R，H，h，f，t，h，H，s) 此式为金属的压力方程，当B，R， f，t，h，H，s及H等均为一定时，P将只随轧出厚度h而改变，这样便可以在图P-h图上绘出曲线B，称为金属的塑性曲线，其斜率M称为轧件的塑性刚度，它表

12、征使轧件产生单位压下量所需的轧制压力。 弹塑性曲线叠加的P-h图 图显示弹塑曲线图上调整辊缝后，出口轧件厚度的变化。如果出现负辊缝，轧机刚度线过零点取负值，即当采取预压紧轧制时，也就相当于辊缝为负值(S0)，这样就能使带钢轧得更薄，此时实际轧出厚度变为h3，h3h2，其压下量为h3。辊缝调整的P-h图 1、横向刚度定义 板带质量指标厚度精度平直度纵向厚差横向厚差与横向刚度相关与刚度相关Kb：轧机机座横向刚度系数，是指板带中部与边部产生1mm厚差时所需的轧制压力值，kN/mm； P：轧制压力，kN； ：板带中部与边部的厚差。bh 由于支承辊的弯曲变形和支承辊与工作辊间的不均匀接触变形，使工作辊产

13、生弯曲，轧出的板带沿宽度方向产生厚差。工作辊弯曲程度的大小反映了轧机横向刚度的大小。用下式表式)145 . 2(bbhPK（1）采用辊型补偿轧辊弹性弯曲变形、热凸度和轧辊磨损的方法 优点：方法简便，投资少； 缺点：对轧制工艺的制订和辊型、轧制力的分布等预设定值提出了很高的要求和难度。 是一种原始、低级的控制板带材平直度与同板差的方法（2）采用带弯辊装置的四辊轧机轧制板带 靠液压缸的推力使工作辊或支承辊或支承辊产生附加弯曲，加大或减少轧辊在轧制过程中所产生的挠度，以改变辊缝的形状，从而轧出平直度和同板度合格的板带。 根据被弯曲的对象和施加弯辊力的部位不同，可将弯辊装置分工作辊弯曲和支承辊弯曲两类

14、，每类又有正弯和负弯之分。2、提高板带的平直度和缩小同板差方法A、工作辊弯曲： 正弯：工作辊不带凸度； 负弯：工作辊有凸度； 应用：辊身长度较短L/D3.54B、支承辊弯曲： 正弯：常用 负弯：不用，削弱了支承辊辊颈强度。 应用：辊身长度较长L/D3.54（3）高性能板型控制轧机（HC轧机） High Crown Control Mill对于普通四辊轧机，由于有刚度很好的支承辊，是轧制带材的纵向和横向厚度差都得到了一定的改善。但普通四辊冷轧机在结构上有一个严重的缺点，即在板宽范围以外存在着一个工作辊和支承辊间的有害接触区，如图所示。这个有害接触区对工作辊产生一个有害弯曲，使工作辊在轧制过程中产

15、生一个附加弯曲。 四辊轧机有害接触区 HC（High Crown Mill）轧机是20世纪70年代发展起来的具有良好板形控制能力的新型轧机，由日立钢铁公司和日立有限公司联合研制成功，于1974年在日本八幡（Yawata）工厂首次安装使用。HC轧机是在普通四辊轧机的基础上，在工作辊和支承辊之间设置了可作轴向移动的中间辊，工作辊也因此采用了更小的直径，如图所示。由于消除了带宽以外工作辊与支承辊间的接触，避免了有害接触区对工作辊产生的附加弯曲，从而减小了工作辊挠度和带材边部变薄。 中间辊移动的HCM六辊轧机 工作辊移动的HCM四辊轧机 工作辊和中间辊都移动的HCWM六辊轧机 通过中间辊的轴向移动，消

16、除板宽以外辊身间的有害接触部分，提高辊缝的刚度。 由于工作辊的一端是悬臂的，在弯辊力作用下，工作辊边部变形明显增加，则可选用较小的弯辊力，提高工作辊轴承的寿命。 由于可通过弯辊力和轧辊轴向移动量两种手段进行调整，使轧机具有良好的板形控制能力。 能采用较小的工作辊直径，实现大压下轧制。 工作辊和支承辊都可采用圆柱形辊子，减少了磨辊工序，节约能耗。 具有更高的投资和维护费用。（4）轧辊凸度连续可变轧机(CVC轧机) CVC: Continuous Variable Crown 满足无级连续调节轧辊凸度的要求，人们研制出CVC轧机，其原理如图所示。轧辊整个辊身外廓被磨成s形（瓶形）曲线，上辊和下辊磨

17、削程度相同，上、下轧辊互相交错布置，形状互补，形成一个对称的辊缝轮廓。 上、下两根轧辊安装在轴承座里，并可作轴向移动；或者轴承座本身与轧辊一起移动，其移动方向一般是相反的。根据要求，移动距离可以相同，也可以不同。 S形曲面辊加上轴向移动，使整个轧辊表面间的距离发生了不同的变化，从而部分地改变了带钢横断面的凸度，改善了板形质量。 CVC轧辊的作用与一般带凸度的轧辊相同，但其凸度可通过轧辊的轴向移动，在最大和最小凸度值之间进行无级调节。因此。CVC轧机也可称作轧辊凸度连续可变轧机。此外，它还有弯辊装置，扩大了板形调节范围。当轴向移动距离为50150mm时，其辊缝调整可达400500m，加上变辊作用、调节量可达600m左右。这是般轧机无法比拟的。 德国施罗曼-西马克公司自l982年开发了这一新技术以来，已有多台热、冷CVC轧机付诸便用。我国宝山钢铁总厂也引进了这一技术。