轧机刚度

P h S0 f S0 K
式中,h为轧件厚度(mm); f为轧机弹跳值(mm);S0为考虑预压靠变形后的空 载辊缝(mm).
在相同轧制力作用下,弹跳值越小, 轧机刚性越好. 轧机刚性表示轧机抵抗弹性变形能力. 对于轧制薄板带材有时即使采用预压紧的办法(如,轧机预压靠力P0), 轧机的弹跳值仍然大于其厚度,无法轧出较薄的板带材. 轧机弹跳值大小将限制轧出轧件的最小厚度！
《材料工程设备》 讲授人：张正富
8.1.2 轧机刚度的测定
只要能测出对应轧制压力的轧机弹跳值,即可求出轧机刚性系数.
（1）轧辊压靠法 增加一定压靠量时,记录下相应的压下调节量和轧制力,绘成纵坐标为轧 制力、横坐标为压下调节量的关系曲线,即,轧机弹性曲线. —静态刚度. 由于两轧辊间弹性压扁与实际压扁变形有区别,故,测量得到的轧制刚度 大于实际刚度. （2）轧制法
PC轧机原理图 a-支持辊轴线交叉；b-工作辊轴线交叉；c-成对轧辊轴线交叉
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思考题： (1) 何为轧机纵向刚度系数,轧机辊缝转换函数及其物理意义是什么? (2) 如何测定轧机纵向刚度系数及提高轧机纵向刚度系数的措施? (3) 何为轧机横向刚度系数,与轧机纵向刚度系数的异同点? (4) 减小板带材横向厚差的方法有哪些? (5) 影响轧辊辊型的因素有哪些,说明辊型调节的几种主要方法. (6) CVC、PC轧机控制板形的原理及其异同点?
l1 , l2 , l3 , l3
分别为上下横梁、机架
立柱、上辊轴承至上横梁的长度、下辊轴承座高度(mm); 矩(mm4); k为系数.
A2 , A3 , A3
分别
为机架立柱、压下螺丝、下辊轴承座的断面积(mm2); I1为上下横梁截面惯性
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在一定轧制力下,轧机弹性变形是受力零件长度和断面积的函数.
四辊轧机弯辊受力图 a-正弯工作辊；b-负弯工作辊；c-正弯支持辊
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（3）弯曲支持辊 支持辊外伸辊头上装有液压缸,使上下支持辊间作用有弯辊力F. 弯辊力作用方向与轧制力同向,对支持辊的弯曲与轧制力引起的弯曲方向相反, 也称正弯支持辊.
负弯工作辊效果较好,所需弯辊力也小,设备结构也简单.
板凸度和平直度控制方法 工作辊横移 · · · · · 中间辊横移 工作辊弯曲 · · · 中间辊弯曲
UCM
UCMW
·
·
·
·
·
·
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8.2.2.5 PC轧机 PC轧机(Paired Crossed Mill). 将平行布置的轧辊改成交叉布置,利用改变轧辊轴线交叉角度来调节辊缝形状, 控制板凸度. 支持辊轴线交叉布置; 工作辊轴线交叉布置; 成对轧辊轴线交叉布置. 实际: 轧辊轴线成对交叉 布置. 轧辊交叉将产生较大轴向 力. 故,交叉角不能太大,否则 将影响轴承寿命.
四辊轧机弯辊受力图 a-正弯工作辊；b-负弯工作辊；c-正弯支持辊
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（2）负弯工作辊 工作辊轴承座和支承辊轴承座间装上液压缸,使其间作用有弯辊力F. 对工作辊来说,弯辊力作用方向与轧制力反向,它对工作辊的弯曲与轧制力引起 的弯曲方向相同. 它使轧制时工作辊挠度增加—增加工作辊挠度的方法.
板形能力很强.
广泛用于热轧、冷轧板带材中.
CVC轧辊凸度控制原理 a-零凸度；b-正凸度；c-负凸度
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（2）CVC轧辊凸度
CVC轧辊凸度解析
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8.2.2.4 HC轧机
20世纪70年代由日立公司研制.
六辊轧机: 在四辊轧机工作辊和支承辊间增加轴向上可做相反移动的中间辊. 四辊轧机工作辊和支承辊有效接触长度恒定,使带材宽度以外的接触部位成为有害 接触区,使工作辊承受了支承辊作用的一个附加弯曲力,从而,使其挠度变大,带材板形 变坏、边部减薄. HC中间辊可据带材宽 度轴向移动,改变工作辊 和支承辊接触应力状态, 克服了有害接触. HC的刚性稳定,且能高 效控制板形.
工作辊弯曲程度反映了轧机横向刚性大小. 横向刚度也是轧机抵抗横向弹性变形的能力! 与纵向刚度不同的是,横向刚度具有抵抗横向弯曲变形的能力.
P CP hb
Cp为轧机横向刚性系数(kN/mm); P为轧制力(kN); δhb为板带材中部与边部的厚度差(mm).
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用实际轧制过程中轧机弹-塑性曲线图来了解轧制力变化对辊缝弹性增大量的
影响. 纵坐标表示轧制力P,横坐标表示轧辊开口度h. 弹性变形曲线A与横坐标轴的交点,即为理 论原始辊缝. 在轧制负荷较低时,有一非线性段,但在高
负荷部分曲线斜率逐渐增加,趋于一固定值.
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四辊轧机轧辊变形情况比较 a-一般四辊轧机；b-HC轧机
HC可用于所有板带材轧制.
现代化酸洗-冷连轧,酸洗-冷连轧-连续退火机组上,几乎全选用了HC.
HCW、K-WRS、HCM、HCMW、UCM、UCMW
各种类型HC轧机板凸度和平直度控制方法
HC轧机类型 HCW、K-WRS HCM HCMW
1 h P K
此时,扰动影响因素为 m
1 K
.
为了尽量减轻引起轧制力波动的工艺因素对轧件厚度的影响,应采
用刚性系数大的轧机!
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8.2 轧机横向刚度
8.2.1 轧机横向刚度概念
板带材横向厚差、平直度与轧机横向刚性密切相关. 四辊轧机上,因支持辊的弯曲变形、支持辊与工作辊间不均匀接触变 形,使工作辊产生弯曲,轧出的板带材沿板宽方向会出现厚差.
K K M
为了尽量减轻轧辊偏心、轴承油膜厚度波动等外扰量(辊缝变化)对轧件
厚度的影响, 应采用刚性系数小的轧机! 《材料工程设备》 讲授人：张正富
(2) 工艺因素变化时,轧机刚性与轧件纵向厚度精度的关系.
来料厚度、轧制温度、摩擦系数、轧制速度、张力波动等,会引起轧制
压力变化.
仅由轧制力变化引起轧件厚度波动时,有：
UPC轧辊呈雪茄形: 沿整个辊身长度磨成偏离辊身中央凸度渐变的形状;辊身最 大直径位于离辊身中央e处.
上下工作辊反向配置,并可做相对的轴向移动;不同移动位置可形成不同的辊缝形
状;从而,可适应较大范围的板形控制.
UPC轧机原 理示意图 e-偏心值；S移动行程
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8.2.2.3 CVC轧机 （1）CVC轧辊原理 CVC辊身曲线呈S形. 两个形状相同的轧辊相互倒置1800配置. 经两轧辊沿相反方向对称移动,辊缝凸度可连续由最小值变到最大值;故,控制
轧机刚度
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8.1 轧机纵向刚度
8.1.1 轧机纵向刚度的概念
轧制时产生的巨大轧制力,通过轧辊、轴承、压下螺丝,最后传递到 机架,由机架来承受. 轧机上所有这些受力部件都要产生弹性变形. 故,轧机受力时轧辊之间的实际间隙要比空载时为大. 将空载时轧辊间隙称为理论原始辊缝 S0 ,把轧制时轧机辊缝弹性增 大量称为弹跳值。
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曲线斜率就是轧机的纵向刚性系数,即,辊 缝产生单位变化时,轧制力的增量,即：
P K f
式中,ΔP为轧制压力的变化量(kN); Δf 为弹跳值的改变量(mm); K为轧机刚度 系数(kN/mm).
轧机弹性、塑性曲线(P-h)图
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若轧机弹性变形曲线为一直线,则,轧出轧件厚度可用下式表示：
提高轧机刚性可以从下面两方面来采取措施. （1）缩短轧机应力回线长度
在普通轧机中, 轧机弹性变形f可近似用虎克定律来表示为各受力部
件的变形之和.
l3 l3 l13 P l2 f k E 2 A2 A3 A3 I1
式中,E为轧机中零件的弹性模量(MPa);
8.1.4 轧机刚度与轧件纵向厚度的关系
轧机刚性对轧件纵向厚度有极为密切的关系.
影响纵向厚度精度的两大因素: 设备状况变化; 工艺因素波动. (1) 设备状态变化时,轧机刚性
与轧件纵向厚度精度的关系.
辊缝变化对板厚变化的影响:
h S
P K
P P h h
其中, P M 称为材料塑性刚度系数. h K 1 h S S M K M 1 K 其中,扰动影响系数为 m
保持辊缝一定时,用不同厚度轧件送入轧机,读出轧制力,并测定轧制后
轧件厚度,根据轧件厚度和原始辊缝的差值来确定轧机的弹跳值. 根据每一轧制压力所对应的弹跳值,可得到分段刚度,求平均值即可得
到轧机刚度. —动态刚度.
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8.1.3 提高轧机纵向刚度的措施
一般均希望尽可能增大轧机的刚性.
短应力线轧机
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（2）预应力轧机
若在轧制前对轧机施以预应力,轧机在轧制时的变形量可大大减小,从
而提高了轧机的刚性. 凡是未工作时就处于受力状态的
轧机,称为预应力轧机.
预应力轧机目前主要用于连轧小 型、线材、板带材轧机.
四辊液压型闭式预应力轧机
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四辊轧机轧辊变形情况比较 a-一般四辊轧机；b-HC轧机
8.2.2 轧辊的辊型调节 8.2.2.1 液压弯辊装置
可分为三种类型： （1）正弯工作辊 下工作辊轴承座上装有液压缸,使上下工作辊轴承座间作用有弯辊力F. 弯辊力作用方向与轧制力同向,它对工作辊弯曲与轧制力引起的弯曲方向相反. 它使轧制时工作辊挠度减小—减小工作辊挠度的方法.
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弯曲工作辊调节灵敏度高.普通四辊轧机上以弯曲工作辊居多;
宽板带轧机以弯曲支持辊效果为好.
四辊轧机弯辊受力图 a-正弯工作辊；b-负弯工作辊；c-正弯支持辊
《材料工程设备》 讲授人：张正富
8.2.2.2 UPC轧机
德国西马克和德马克公司分别开发出工作辊横移式UPC和CVC轧机. 二者工作原理相同.
受力零件长度之和就是轧机应力回线的长度,故,缩短轧机应力回线长度,
便能提高轧机刚性. 据此原理设计的轧机,称为 短应力回线轧机. 可制成二辊、三辊、或四 辊形式, 用于型、线材、中 厚板、直至板带材轧机上.
《材料工程设备》 讲授人：张正富
轧机的应力回线 a-有机架；b-无机架(短应力线轧机)
提高板带材的平直度和缩小横向厚差的途径：
① 轧辊预先加工成凸形;
② 控制轧辊的热凸度:用调节辊温分布的方法来调整辊形; ③ 机械弯辊: 抵消轧辊轧制时的弯曲变形; ④ 新型轧机,改善轧件平直度.
板带材轧机中,广
泛采用各种板形控 制轧机,配合液压弯
辊,对轧辊凸度进行
有效控制.
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