轧制综合实验

一、 设计实验方案

1.1 实验目标

（1）通过对实验轧机进行多参数的综合测试，掌握轧机力能参数综合测试的各个环节，使已学过的测试理论及测试技术在本实验中得到综合应用，为今后的现场实测打下基础。

（2）通过本次综合实验的训练，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。使我们对实验设计过程和各科知识的融合使用有了一个更感性的认识。 （3）了解计算机的测试采集系统。 1.2 设计实验参数

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 ，转速20~33r∕min 。

轧材相关数据：T5钢板，尺寸2×40×100mm ，屈服强度σs =400Mpa=40kg/mm 2，轧辊与轧材间摩擦系数f=0.3。 1.2.1 压下规程设计

考虑到钢板冷轧中的加工硬化，初步设计轧制6道次，道次压下量分配如下：2mm→1.8 mm→1.5 mm→1.25 mm→1.05 mm→0.9mm→0.8mm 。分配各道次压下量，计算各道次变形程度，如下表所示:表1-1

表1-1 道次压下量的分配及变形程度表

道次 1 2 3 4 5 6 h ∆/mm 0.20 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 i ε

10% 16.7% 16.7% 16.0% 14.3% 11.1% ∑ε

10%

25%

37.5%

47.5%

55%

60%

考虑轧机的能力，对上述数据进行预校核： 1.2.1.1咬入角校核

由压下量可知，最大压下量为0.3mm ，利用公式）（D

h 1arccos max

max

∆-=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。

1.2.1.2确定轧制速度

因为轧机的转速范围为20~33r/min ，则选取n=25r/min 1.2.1.3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 F (1-1)

K m

e p m 1

-= (1-2)

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=176.82

mm ，利用查表数据有'σn =m

1

e m

-=1.533，经修正后，变形区面积为197.32mm ，经计算可得第一道次轧制力为55.64KN 。

轧制相关参数如表1-2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1-2轧制参数表

道

次 H ∕mm h ∕mm h ∆∕mm ε∕% B ∕mm "σn

l ∕mm F ∕2mm p ∕Mpa P ∕KN 1 2.00 1.80 0.20 10.00 40 1.493 3.61 144.8 686.78 99.45 2 1.80 1.50 0.30 16.70 40 1.623 4.42 176.8 746.58 132.00 3 1.50 1.25 0.25 16.70 40 1.710 4.03 161.2 786.60 126.80 4 1.25 1.05 0.20 16.00 40 1.760 3.61

144.8 809.60 117.23 5 1.05 0.90 0.15 14.30 40 1.810 3.12 124.8 832.60 103.91 6

0.90

0.80

0.10

11.10

40

1.790

2.55

100.2

832.40

83.41

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

图1-1 实验数据采集线路示意图

传感器主要弹性元件和应变片构成。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

全桥电路将电阻变化转换成电压变化，然后送入放大器放大，由实验数据采集系统记录实验数据。经过计算机数据采集系统的编辑整理后得到轧制力数据。将轧制力数据输入Excel 表格，利用Excel可以将轧制力和变形程度曲线描绘出。具体流程如图1-1所示。

1.5数据采集方法

（1）首先将轧机压下螺丝的安全臼换上已标定过的转换元件（即压头），把转换元件的桥路线接到应变仪的电桥盒上，然后把应变仪输出端连接到示波器的输入端。

（2）将已标定好的被测轴安装好后，把集流环上的铜辫子固定好，将其扭距桥路引出线接到应变仪的电桥盒上，应变仪的输出端连到光线示波器的某振子上。结构如图2-1所示，用螺栓9将两个半圆形花环（由尼龙做成）固定在传动轴1，并随之转动。在滑环的外层车有三至四条沟槽（依半桥或全桥），槽中嵌有铍青铜或黄铜带5。铜带两端固定在滑环的两个剖面上，其端头焊上导线，以便与应变片引线连接。拉线6至于滑环上，并经绝缘子，用弹簧8拉近固定，仪器的导线焊接在拉线6上，即可将电信号有拉线6引至固定的测量仪器。

（3）用拉线式集电装置把轧机上的轧制压力在电桥线路以电信号输出到测试仪的通过放大器把传感器输出的直流信号进行放大处理。

（4）计算机把传感器的输出信号进行处理、分析和储存，然后处理、分析的结果输出。

图1-2拉线式集电装置

1—转轴；2—应变片;1—转轴;3—引线;4—滑环;5—黄环带;6—拉线;7—绝缘子;8—弹簧;9—螺栓