轧制综合实验

目录1 设计实验方案 (1)1.1 实验目标 (1)1.2 设计实验参数 (1)1.3 实验方法 (2)1.4 实验原理 (2)2 实验程序制定及具体操作 (3)2.1 综合实验的操作流程 (3)2.2 实验原料及设备 (3)2.3 实验具体操作 (3)3 数据采集及分析 (8)3.1实验实际测量数据 (8)3.2实验数据处理 (8)3.3实验数据分析 (8)设计实验方案1.1 实验目标通过综合实验，进一步掌握材料成型过程中的力能参数检测的原理、方法和技术，熟练掌握相关仪器设备的使用和操作技能，巩固传感器的制作、标定与安装，熟悉测试仪器与传感器之间的连接，进而提升自身运用所学专业知识综合分析、解决问题的能力。

1.2 设计实验参数1.2.1 实验条件参数轧机相关参数：最大轧制力150KN ，轧机辊径为130mm ，最大轧薄能力0.4mm ，最大转速33r ∕min 。

轧材相关数据：T5钢板，尺寸2×40×100mm ，屈服强度σs =400Mpa ，轧辊与轧材间摩擦系数f=0.3。

1.2.2 实验参数设计考虑到钢板冷轧中的加工硬化，初步设计轧制5道次，道次压下量分配如下：2mm →1.7 mm →1.5 mm →1.3 mm →1.2 mm →1.1mm 。

考虑轧机的能力，对上述数据进行预校核： （1）咬入角校核由压下量可知，最大压下量为0.3mm ，利用公式）（Dh 1arccos maxmax ∆-=α，代入数据可得max α=5.5°，则tan α=0.09﹤f=0.3，故满足咬入条件。

（2）轧制力校核利用斯通公式对轧制力进行初步计算。

公式为：P=p FK m1ep m-=代入第一道次数据：其中冷轧薄板是均匀变形，所用K=1.15σs ，故经计算得K 为46kg/2mm 。

h R F ∆=B=176.82mm ，利用查表数据有'σn =m1em-=1.533，经计算可得第一道次轧制力为139.13KN 。

轧制相关参数如表1所示。

将上述数据与轧机的额定参数进行比较可知，均满足要求，故此设计参数能够进行轧制。

表1 轧制参数表道次H∕mm h∕mm h∆∕mmε∕% 累积变形程度ε0∕%速度/r/minB∕mm P∕KN1 2.0 1.7 0.3 15 15 28 40 45.642 1.7 1.5 0.2 11.7 21 28 40 79.863 1.5 1.3 0.2 13.3 29.4 28 40 90．324 1.3 1.2 0.1 7.7 35.7 28 40 95.655 1.2 1.1 0.1 8.3 41.3 28 40 107.41.2.3 轧制速度选择由于轧机最大速度的限制以及速度太小造成的影响（速度太小会导致摩擦力增大，轧制无法顺利进行），本实验轧制速度定为28r∕min。

1.3 实验方法目前广泛采用两种测量轧制压力的方法。

第一种是通过测量机架立柱的拉伸应变测量轧制压力，又称应力测量法；第二种是用专门设计的测力传感直接测量轧制压力。

至于所用的交换原理或传感器式，则有电阻应变式、压磁式、电容式及电感式。

本实验采用第二种中的电阻应变片式。

1.4 实验原理按照实验要求先制作出测力传感器，然后将测力传感器应安装在工作机座两侧轧辊轴承垂直载荷的传力线上，通过测量两侧的轧制力分力即可得到总轧制力。

外力作用在弹性元件上，使其产生弹性变形（应变），由贴在弹性元件上的应变片将应变转换成电阻变化。

再利用电桥将电阻变化转换成电压变化，然后送入放大器放大，由记录器记录。

经过计算机数据采集系统的编辑整理后得到轧制力数据。

利用Excel可以将轧制力和变形程度曲线描绘出。

最后利用标定曲线将测量的应变值推算出外力大小，从而可以得到轧制力，具体流程如图1所示。

图1 实验原理图2 实验程序制定及具体操作2.1 综合实验的操作流程备料、设备准备→传感器制作→传感器标定→安装传感器、数据采集记录→轧制并采集数据→数据分析。

2.2 实验原料及设备T5钢板（2×40×100mm）， 130mm实验轧机，测力压头，轧机实验参数综合测试仪器，计算机，ZGJ-1参数分析软件，电桥盒，数字万用表，绝缘胶布等。

2.3 实验具体操作2.3.1 传感器的制作2.3.1.1电阻应变片的粘贴工艺（1）外观检查和阻值分选①外观检查用10倍以上放大镜或显微镜检查应变片是否完整，有无断路、短路、霉点锈斑等缺陷。

要求敏感栅排列整齐平直，引线牢固，粘贴牢固等，否则不能使用。

②阻值检查经过外观检查后合格的应变片，每片都应进行电阻值检查。

用惠斯登电桥逐片测量应变片的阻值，记下每片阻值，其值要求精确到0.1Ω，同一批使用的应变片电阻值的位差范围，一般不超过±.03Ω，不合格者不予采用。

③配桥要求组成电桥的各臂阻值大致相等，或相对臂之积大致相等，其最大误差限制在0.5Ω以内，否则不易平衡。

（2）应变片的粘贴位置贴片位置应尽量离开应力集中处。

对于本实验用的圆筒形弹性元件，应将应变片贴在弹性元件的中间，均布于四周且横、竖交错（见图2），这样可以消除圆筒体端面上的接触摩擦、不均匀载荷、偏心载荷和温度的影响。

图2 应变片粘贴示意图（3）贴片部位的表面处理①机械清理去除弹性元件表面的氧化铁皮、铁锈、污垢等。

并使其达到所需的表面粗糙度。

根据弹性元件的表面状态。

先用粗砂布打磨，然后用细砂布打磨，最后用细砂布沿与轴线成45°角的方向交叉打磨，以增加滑动阻力，提高黏附力(见图2)。

打磨的面积均为应变片面积的2-3倍，其表面粗糙度R以0.8-1.6为宜，太粗糙或太光滑都不易使应变片粘牢。

a②化学清理用镊子夹住脱脂棉蘸酒精对表面进行清洗，直到棉球不见黑为止。

注意，贴片人员的双手亦保持清洁，严禁用手指接触清洗过的表面。

最后，将弹性元件放在红外线灯下，烘干其表面的潮气。

（4）应变片的定位为保证测量的精度，应使应变片的粘贴位置正确而不歪斜。

在座校纸上按贴片位置刻出比应变片基底稍大的空位，然后将它贴在弹性元件上，以备贴片时用。

（5）粘贴质量检查①外观检查：不能有翘曲、变形，否则应重贴。

用万用表检查是否短路、断路如有缺陷也应重贴。

②阻值检查：贴片前后，应变片的阻值不应有较大的变化。

③将贴片进行编号，并记住编号，以备接下来的实验使用。

2.3.2 组桥连线及防潮2.3.2.1 熟悉电桥的加减特性相邻臂电阻变化，同号相减，异号相加，而相对臂同号相加，异号相减。

因此在组桥接线时，一定要把被测量的变化相同的连接在相对臂，相反的变化连接在相邻臂。

2.3.2.2 组桥接线①固定焊接端子为了防止应变片在焊接和连接过程中被拉断，最好不直接把连线与引线焊接，也不要把连线焊接在应变片上，建议采用焊接端子和胶布固定连接的方法。

即事先将焊接端子粘贴在靠近应变片引线附近的适当位置，然后把应变片的二条引线分别弯成一个平弯焊接在端子上，再从端子上焊接引线，连线的排列应尽量整齐规则，便于检查，并用白胶布或胶带把它固定住。

②组桥连线可用细的漆包线或塑料胶线作为连线，并按一定的组桥方式或用20-50瓦的电烙铁将工作应变片和补偿片连接起来组成桥路，将应变片的引线和引出导线用镊子夹住，将其焊在端子上，多余的引线用剪刀剪掉。

注意：⑴焊接点一定要焊牢，严防虚焊，焊点要光滑，但焊锡用量不宜过多，焊接时间不要太长，一般为3-5秒；⑵连接线线头尽量剥短些，以免裸露部分和弹性元件相碰；⑶连接时，要注意邻臂和对臂的关系，实验中，为了便于区分，对臂用相同颜色的导线，邻臂用不同颜色的导线。

2.3.2.3 桥路检查① 焊点是否焊牢，发现虚焊应重焊。

② 绝缘检查：桥臂中任一抽头与弹性元件之间的绝缘电阻应在50M Ω以上。

③ 测量阻值：二个相邻臂阻值相同，二相对臂阻值相同。

2.3.2.4 防潮处理轧钢机上的测力传感器工作环境十分恶劣，往往有灰尘、油、水和蒸汽等。

在这种情况下，如果防潮处理不当，将会使应变片与压头之间绝缘破坏，以及粘贴剂吸水后变质，粘接力大大降低，严重会引起剥落，使得压头无法正常工作。

因此对传感器采取防潮措施。

2.3.3 轧机实验参数综合测试仪的使用 2.3.3.1准备工作轧制过程中，通过应变片的电流较大，如果采用半桥连接时候，在相同的电流情况下，半桥的暑促功率将是全桥式电路的一半，一般半桥电路不适用大功率的逆变电路，故实验采用全桥测量接法，接法如图3所示。

全桥测量时，把R 1接在接线柱“1”和“2”之间，R 2接在接线柱“2”和“3”之间， R 3接在接线柱“3”和“4”之间，R 4接在接线柱“1”和“4”之间。

导线接在线柱上时，必须拧紧。

2.3.3.2 仪器的连接① 将粘贴在试件上的电阻应变片通过连接线接到相应的电桥盒接线柱上将电桥盒的另一端的插头通过连接线分别接到应变仪后面板下部的“输入”插座内，并将插头旋紧。

② 开启计算机，用USB 连接线连接计算机和测试仪器，计算机自动安装测设仪驱动。

③ 接线完毕，开启电源值钱，再检查一下各开关的工作位置。

2.3.3.3 平衡调节① 打开仪器电源的“电源开关”，指示灯亮。

② 从应变片的第一通道开始，先观察输出表是否为零如果不为零，课通过“平衡”电器操作自动平衡按钮，2秒后放大器输出为零，消除自身的漂移。

③ 调整“增益”档位选择适当的放大倍数输出，如额定增益档不能满足要求，可使用增益微调来进行微调。

2.3.3.4 软件使用① 新建项目，选择通道数输入项目名称和存放位置。

图3全桥线路图② 参数设置，选择单位和设置定系数K ，K 值系数与采集的数据是相乘的关系。

③ 开始采集，根据需要选择合适的“采集频率”，以及“采集时间”，点击“开始采集”按钮开始采集。

采集时波形实时显示在各自的窗口中。

④ 显示全部波形，点击主界面右面的“显示全图”按钮，将在相应窗口中显示项目文件中的所有数据。

⑤ 标志⑥ 分析数据⑦ 图形输出，将图形保存。

⑧ word 报表及输出，生成word 报表。

2.3.3.5 整体调试首先开启测试测试仪的电源，之后在计算机上打开测试软件，通过点击“采样”开始采集并有图形输出即表明各设备或各一起之间已连接好，否则要重新检查连接线路排除故障。

2.3.4 测力传感器的标定方法测力传感器的标定方法及步骤：所谓标定，就是用一系列已知的标准载荷作用在传感器上，然后确定出一系列标准载荷与输出信号之间的对应关系，该关系通常以曲线或数学式来表示，前者为标定曲线，后者为标定方程，以此关系来度量传感器所承受的未知载荷的大小。

输出量与输出成正比例的关系的，则以一常数来表示，称为标定函数。

因此，标定也就是确定标定曲线、标定方程和标定常数的过程。

本实验采用等臂梁为传感器，其标定方法具体如下：① 将要标定的传感器一端固定，接入测量仪器，调其平衡，使初始读数为零。