(轧制成形设备教学课件)第5章工作机座的刚度

e：轧辊的偏心值； P t ：轧制压力对温度的偏导数。
对热连轧：
第一架：
h1
K
1 M1
(M1H 0
P1 t1
t1
2Ke)
第二架：
(2.5 3)
h2
K
1 M2
(M 2h1
P2 t2
t2
2Ke)
………………
第n架：
(2.5 4)
hn
K
1 Mn
(M nhn1
Pn tn
tn
2Ke)
(2.5 6)
1、工艺参数对板材厚度的影响
h=m△X
(1)
式中 h：板材厚度偏差
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
① 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。
② 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
（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，每类又有正弯和负弯 之分。
A、工作辊弯曲： ① 正弯：工作辊不带凸度； ② 负弯：工作辊有凸度； ③ 应用：辊身长度较短L/
D＜3.5~4
B、支承辊弯曲： ① 正弯：常用 ② 负弯：不用，削弱了支
承辊辊颈强度。 ③ 应用：辊身长度较长L/
D＞3.5~4
（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生一 个附加弯曲。
弹塑性曲线叠加的P-h图
实际轧出厚度随辊缝变化的规律
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，h3<h2，其
压下量为△h3。
辊缝调整的P-h图
2、理论模型计算
(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；
h=△S＋△P/K
（3）
而
P P h
h
（4）
其中 P h ＝M，称为材料的塑性系数，将（4）代入（3）
，并经化简得
h K S KM
（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。
五、轧制过程中厚度变化的基本规律
➢ 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
金属塑性曲线的建立
➢ 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，它表征使轧件产生单位压下量所需的轧制压 力。
➢ 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±50~±150mm时，其辊缝调整可达400~500μm，加上变 辊作用、调节量可达600μm左右。这是—般轧机无法比拟的 。
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。
3、提高机座刚度的途径
（1）提高承载零件的刚度
➢ 轧辊及轴承
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%
➢ 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；
➢ hb ：板带中部与边部的厚差。
2、提高板带的平直度和缩小同板差方法
（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
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/K·△P
（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。
4、第二类工艺参数对厚度的影响
当辊缝由于轧辊偏心和轴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：
六、板带轧机工作机痤的横向刚性
1、横向刚度定义
纵向厚差 厚度精度
板带质量指标
横向厚差
平直度
与刚度相关 与横向刚度相关
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 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
Kb
P
hb
(2.5 14)
算工按作轧机机座最刚大度允系许数轧。制其压估力算P式ma为x和：产品大纲中最薄成品厚度hmin估 K＝Pmax/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。
➢ 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
HC轧机的主要特点
➢ 通过中间辊的轴向移动，消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。
➢ 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。
➢ 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：
h
S0
S
S0
P Km
➢ 由它所绘成的曲线称为轧机理想弹性曲线，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。
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。
三、板带轧机工作机座刚度系数的选择
1、选定方法
类比法、简易估算法、理论模型计算法 （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
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：
An K n An1K n1 ... A1K A0 0
(2.5 8)
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
2.5-9
式中 P t 可根据经验公式： 低碳钢： P t ＝0.0033P； 中碳钢： P t ＝（0.003-0.002）P
➢ 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
第5章 工作机座的刚度
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 。
① 来料厚差 H(h) ，与轧出厚差 h ：
增厚轧件 h＞0；减薄轧件 h ＜0。
② 道次温差 t ：实际温度低于设定温度 t＞0，
反之 t ＜0。
③ 轧辊偏心e：常用支承辊偏心值进行计算，增厚件e＞0 ，减薄件e＜0。
④ 轧件的塑性系数M，任何情况下均为M>0。
⑤ 对冷轧，必须满足：h >2e。
四、轧机刚性与板材纵向厚度差的关系
式中轧制压力P以kN为单位代入。
自学教材 P82例题
（3）冷轧理论模型
基本方程：
h 1 (MH 2Ke)
K M
(2.5 10)
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）。
（4）模型使用Hale Waihona Puke Baidu意事项
弹跳值从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 ① 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。 ② 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
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。
P/2
P P/2
S0
S0
f y/2 f W/2
工作机座的弹性变形
2、弹跳值
(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。
(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
h 1 (MH P t 2Ke)
KM
t
(2.5 2)
式中 K：所求轧机的刚度系数； M：轧件的道次塑性系数，M=P h；
H：道次的原料入口厚差； h ：道次的轧件出口厚差；
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1 974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。