6轧机的刚度

3
图6-1 轧机弹性、塑性曲线（P-h）图
4
⑵ 轧机弹性变形曲线—弹跳方程
① 轧机弹性变形曲线—轧机在不同轧制压力作用下对应工 作辊实际开口度，即轧件实际厚度 h 构成 P-h 曲线 （见图6-1 曲 线A、A′)； ② 当 P P0 时，曲线近似于直线,曲线的斜率就是轧机的 纵向刚性系数，即表示当轧机的辊逢值产生单位距离 的变化时，轧制力的增量值，即： P K f P -轧制压力的改变量，kN； 式中， f -弹跳值的改变量，mm； 5 K -轧机刚度系数，kN/mm。
P P M h h
③ 弹塑性曲线—工作点 轧辊与轧件相互作用力相等P，即轧件受力塑性曲线 与轧机受力弹性曲线交点—工作点；
7
④ 辊缝转换函数
h K 1 s K M
表明轧制压力波动引起轧件厚度波动 h，要消除它需 反向调整轧机辊缝 s ，但其效率受 M 、 K 制约
P h S K
K h S KM
K 此时扰动影响系数为 m 。为了尽量减轻轧辊偏心和轴承 13 KM 油膜厚度波动等外扰量对轧件厚度的影响，应采用刚性系数小的轧机。
⑵工艺因素变化时，轧机刚性与轧件纵向厚度精度的关系
工艺影响因素包括来料厚度、轧制温度、摩擦系数、轧制速度、张力 波动等，当这些工艺参数变化时，轧制压力会发生变化，使轧件厚度产生 波动，但轧机名义辊缝不变。仅由轧制力变化引起轧件厚度波动时，有：
(1) 轧机工作机座发生弹性变形所需外力，用K表示，t/㎜或
MN/㎜；即表示机座抵抗外力发生弹性变形的能力。
轧制压力 轧辊 轴承 轴承座 压下螺丝 压下螺母
机架
力传递的零部件会发生弹性变形，使得轧辊轧制时的实际辊缝 比空载辊缝大，其差值称为弹跳值，并与轧制压力成正比；弹跳 值会影响轧机最小可轧厚度。
27
② 延长支持辊辊颈安装液压缸，轧机结构复杂，弯辊力F 与轧制力同向，对支持辊弯曲效果与轧制压力引起的弯 曲方向相反；
③ 优点：不影响辊面间接触应力、支持辊辊颈、轴承、轴 承座负荷；但增加压下螺丝、机架负荷。
* 负弯支持辊削弱了支持辊的辊颈强度，用得较少。
28
6.2.2.2 UPC轧机
图6-6 UPC 轧机原理示意图 e-偏心值；S-移动行程
P CP hb
式中，C P -轧机横向刚性系数，kN/mm；
P -轧制力,kN；
hb -板带材中部与边部的厚度差，mm。
16
(3) 板带横向厚差产生的原因 ① 轧辊弯曲变形
D f
—采用凸辊辊型控制；
② 轧辊磨损 Dm —采用凸辊辊型控制；
③ 轧辊弹性压扁 Dr —采用液压弯辊控制；
④ 热膨胀不均匀变形热凸度 Dt —采用凹辊辊型， 冷却水控制； ⑤ 原始辊型车削加工问题 D0 —提高辊型设计水平 及加工制作水平。
③ 优点：
负弯工作辊效果较好，它所需要的弯辊力也小，设备结构
也简单; 不影响压下螺丝、机架负荷，且减轻辊面间接触应力、 支持辊辊颈、轴承、轴承座工作负荷，改善支持辊工作条 件，提高其寿命。 板带材厚度变化幅度比较小。
26
⑶ 正弯支持辊法 ① 辊系及工作辊支持辊受力图
图6-5-3 正弯支持辊辊系及工作辊支持辊受力图 a-辊系受力图；b-支持辊受力图；c-工作辊受力图
式中，E -轧机中零件的弹性模数,MPa；
l1 l 2 l 3 l 3' -上下横梁、机架立柱、上辊轴承至上横梁的
、 、 、
长度和下辊轴承座高度，mm； ' A 2、 A3 、 A3 -机架立柱、压下螺丝和下辊轴承座的断面积； I 1 -上下横梁断面惯性矩mm3； 、 k -系数。 10
图6-2轧机的应力回线 a-有机架； b-无机架
减小工作辊扰度，轧制时抵消轧制力产生扰度，辊凸度小；
24
⑵ 负弯工作辊法
① 辊系及工作辊支持辊受力图
图6-5-2 负弯工作辊辊系及工作辊支持辊受力图 a-辊系受力图；b-支持辊受力图；c-工作辊受力图
25
② 设专门液压缸于工作辊与支持辊轴承座间，弯辊力F与 轧制力反向，增加工作辊扰度，凸度大于轧制力产生扰 度，负弯补偿凸度；
第六章
轧机的刚度
轧机纵向刚度
轧机横向刚度
6.1 6.2
1
基本要求：
领会轧机纵向、横向刚度的含义；了解影响轧机 刚度的因素及提高刚度的措施；理解轧辊的辊型调
节原理；掌握轧机刚度测定及减小横向厚差的方法。
重点与难点：
轧机横向刚度及轧辊的辊型调节原理
2
6.1 轧机纵向刚度
6.1.1 轧机纵向刚度的概念
* UPC轧机辊型呈雪茄型，沿整个辊身长度磨成偏离辊身中央凸度渐变的 形状，辊身的最大直径位于辊身中央e处。上下工作辊反向配置，并可作 相对的轴向移动，不同的移动位置可形成不同的辊缝形状，从而可适应较 29 大范围的板型控制。该轧机配以工作辊弯辊装置作微调之用，效果较理想。
6.2.2.3 CVC轧机
8
6.1.2 轧机刚度的测定 ⑴ 轧辊压靠法 ⑵ 轧制法
9
6.1.3 提高轧机纵向刚度的措施 ⑴ 缩短轧机应力回线长度
f 可近似地用虎克定律来表示 在普通轧机中，轧机的弹性变形 、
各受力部件的变形之和，即：
、
l3 l3 l13 P l2 f k E 2 A2 A3 A3 I1
6.1.4 轧机刚度与轧件纵向厚差的关系
⑴ 设备状态变化时，轧机刚性与轧件纵向厚度精度的关系
当辊缝由于轧辊偏心和轴承油膜厚度波动而变化时，会引起辊缝变 化，轧制力也随之而变，对弹跳方程求增量，这时引起板厚变化为：
P 而： P h h P M 称为材料的塑性刚度系数。 其中， h
表1 末架F7轧制部分工艺数据
轧件出口温度（℃） 轧制压力（t） 轧件出口厚度（mm） 轧件边中差（mm） 902 800 6.310 0.0841 898 810 6.320 0.0805 895 820 6.330 0.0861 896 830 6.340 0.0872
试回答下列问题 (1) F7机架轧机的纵向刚度系数是多少？ (2) 若已知F7机架的塑性刚度系数为350t/mm，则其辊缝转换函数 是多少？ (3) F7机架轧机的横向刚度系数是多少？ (4) 说明正弯工作辊的原理，画出辊系受力图、工作辊及支承辊受 力图，有何特点? (5) 从设备角度谈谈如何提高轧机的纵向刚度系数，如何减少轧件 43 的横向厚差？
* 轧机中受力零件长度之和就是该轧机应力回线的长度，因此缩短 轧机应力回线的长度，便能提高轧机的刚性。根据这个原理设计 11 成的轧机，称为短应力回线轧机。
⑵预应力轧机
图6-3 四辊液压型预应力轧机
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。
12
* 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
1 h P K
1 此时扰动影响系数为 m 。为了尽量减轻引起轧制力波动 K
的工艺因素对轧件厚度的影响，应采用刚性系数大的轧机。
14
6.2
轧机横向刚度
6.2.1 轧机横向刚度概念
图6-4 四辊轧机轧辊变形情况比较 a-一般四辊轧机；b-HC轧机
15
⑴ 横向刚度的概念
四辊板带轧机由于支持辊弯曲变形和工作辊、支持辊间不均匀 接触变形，工作辊产生弯曲变形，实际辊缝呈凸形，轧件亦呈凸 形，即轧件沿宽度方向产生了厚差，工作辊弯曲程度的大小反映 轧机横向刚度大小，即横向抵抗轧机弯曲变形的能力。
③ 轧出轧件的厚度
P P0 h S0 f S0 K
式中， h -轧件厚度，mm；
f -轧机弹跳值，mm；
S0-考虑预压靠变形后的空载辊缝，mm。
6
⑶ 轧件塑性变形曲线—轧件塑性变形方程 ① 轧件塑性变形曲线—轧件在不同轧制压力作用下压 扁对应轧件实际厚度h构成 P-h 曲线（见图6-1 曲线 B、B′)； ② 塑性刚度系数
Dmax 2 3 a0 a1 x max a 2 x max a3 x max 2
Dmin 2 3 a0 a1 x min a 2 x min a3 x min 2
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C CVC轧辊热凸度
⑴轧辊热凸度模型
4 n 目前使用的轧辊热凸度模型为： D R * Emi * Ti TBAS * DRi * ß i 1
17
(2) 提高板带材的平直度和缩小横向板厚差的途径 ⑴ 轧辊预先加工成凸形辊；操作和管理上是很麻烦的， 需要 准备许多不同凸度的轧辊。
⑵用调节辊温分布的办法来调整辊形，即控制轧辊的热
凸度；采用控制轧辊热凸度的方法烫辊时间长、热凸度变 化缓慢，只能作为辊型调节的一种辅助手段。 ⑶采用机械弯辊的方法，以抵消轧辊在轧制时的弯曲变 形；
现场实际使用的热凸度 C R 是轧辊中央截面热膨胀与距带钢边部40mm处 热膨胀之差，即：
C R DC 1 (DC 40 L DC 40 R ) 2
33
⑵ CVC轧机工作辊热凸度测量和计算
①工作辊热凸度测量
图6-11 轧辊磨削前冷热辊形曲线
34
② 工作辊热凸度计算百度文库
CVC轧辊的基准直径 D0 为：
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⑴ 正弯工作辊法
① 辊系及工作辊支持辊受力图
图 6-5-1 正弯工作辊辊系及工作辊支持辊受力图 a-辊系受力图；b-支持辊受力图；c-工作辊受力图
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② 下工作辊轴承座上装有液压缸，弯辊力 F 与轧制力同向， ③ 优点：正弯工作辊需要的弯辊力小，设备结构简单 ； ④ 缺点： 增加辊面边缘接触应力，增加工作辊轴承、辊颈、支 持辊轴承、轴颈、压下螺丝、机架负荷; 影响支持辊使用寿命； 相对于负弯工作辊，板带材厚度变化幅度加大。
31
当轧辊正向（上轧辊向右）移动S距离时，所形成的实际有效凸度为：
C 2 y1 ( L S ) y1 (0) y1 (2L - 2S)
求出系数
a2 、 a3为： a 2
a3
( L S min ) 3 C min ( L S max ) 3 C max 2( L S max ) 2 ( L S min ) 2 (S min S max )
D0 Dmiddle 2(1＋ 2 )
冷热状态下，沿轧辊辊身任意截面处的实际辊径 Di 为：
*
Di* D0 2( i1＋ i 2 )
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图6-12 F7机架轧辊热凸度
图6-13 F7机架辊身表面温度沿辊身长度上分布
36
D CVC轧辊磨损

根据轧辊在实际工作条件下辊磨损的原因, 可分为三
种：机械磨损或摩擦磨损；化学磨损；热磨损。
工作辊的磨损主要是由于工作辊与轧件间以及工作辊
与支承辊间相互摩擦所引起的, 这种相互摩擦包括滑动
摩擦和滚动摩擦。
影响轧辊中部磨损深度的主要因素有轧制压力、带材参 数、机架参数、轧制带材长度等。 CVC轧机工作辊磨损测量。
37
CVC轧辊的磨损主要取决于辊缝几何形状和轧制压力，
( L S min ) 2 C min ( L S max ) 2 C max 6( L S max ) 2 ( L S min ) 2 (S min S max )
系数
a0 和 a1
可根据边界条件确定，CVC轧辊的最大、最小直径分别对应坐标轴
xmax 和 xmin ，则有：
⑷采用各种新型轧机，改善轧件的凸度和平直度。
* 目前，在板带轧机中广泛采用了各种板型控制轧机，配合 采用液压弯辊的方法，对轧辊凸度进行有效的控制。
18
19
20
6.2.2 轧辊的辊型调节
6.2.2.1 液压弯辊装置
图6-5 四辊轧机弯辊受力图 a-正弯工作辊；b-负弯工作辊；c-正弯支撑辊
21
有无液压弯辊辊系受力情况的比较
A CVC轧辊原理
图6-7 CVC轧辊凸度控制原理 a-零凸度；b-正凸度；c-负凸度
30
B CVC轧辊凸度
图6-9 CVC轧辊凸度解析
上辊辊形曲线为：
y1 ( x) a0 a1 x a2 x 2 a3 x 3
下轧辊的辊形曲线为： y 2 ( x) a0 a1 (2L x) a2 (2L x) 2 a3 (2L x) 3
图6-14 F1机架轧辊磨损曲线
38
6.2.2.4 HC轧机
6-15-1 HC轧机
39
40
6.2.2.5 PC轧机
图6-15 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 41
图6-16 PC轧机的凸度调节能力
图6-17 PC轧机的轴向力
42
作业
某热连轧带钢厂精轧机组7个机架均为负弯工作辊的四辊轧机，轧 制管线钢时测得的末架F7轧制部分工艺数据如下表所示。