材料成型机械设备-轧制机械部分：第2章轧辊

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1、第第2 2章章 轧轧 辊辊轧辊的工作特点：轧辊的工作特点：（1 1）承受很大的轧制压力和力矩，还有动载荷。）承受很大的轧制压力和力矩，还有动载荷。（2 2）在高温和温度变化大的条件下工作，轧辊在交变应力的作）在高温和温度变化大的条件下工作，轧辊在交变应力的作用下，易使轧辊产生龟裂和裂纹。用下，易使轧辊产生龟裂和裂纹。（3 3）在轧制过程中被磨损，影响轧件的质量和轧辊的使用寿命。）在轧制过程中被磨损，影响轧件的质量和轧辊的使用寿命。轧辊的分类：轧辊的分类：（1 1）平辊：轧板带（有辊型）平辊：轧板带（有辊型）（2 2）型辊：轧型钢（有孔型）型辊：轧型钢（有孔型）（3 3）特殊轧辊：）特殊轧辊：轧

2、钢管轧钢管、车轮等（桶形，菌形）、车轮等（桶形，菌形）第一节第一节 工作特点和分类工作特点和分类图3.1 轧辊结构1-辊身；2-辊颈；3-辊头900 450 900 板带轧机的平辊板带轧机的平辊棒线材轧机的型辊棒线材轧机的型辊型辊上配置的孔型形状型辊上配置的孔型形状二辊斜轧穿孔机轧辊形状二辊斜轧穿孔机轧辊形状桶形辊第二节第二节 轧辊的结构和参数轧辊的结构和参数结构：辊身、辊颈、辊头结构：辊身、辊颈、辊头辊身：与轧件直接接触并产生塑性变形的部分，辊身：与轧件直接接触并产生塑性变形的部分，D D、L L辊颈：轧辊的支撑部分，固定位置，将轧制力经压下装置辊颈：轧辊的支撑部分，固定位置，将轧制力经压下

3、装置传递到机架上，传递到机架上，d, ld, l辊头辊头: : 传递轧辊扭矩的部分，传递轧辊扭矩的部分， d d3 3，l l3 3 形状形状： 轧辊的辊头基本类型轧辊的辊头基本类型（a）梅花轴头）梅花轴头(b)万向轴头万向轴头(c)双键槽轴头双键槽轴头(d)平台式轴头平台式轴头第二节第二节 轧辊的结构和参数轧辊的结构和参数参数：参数：辊身直径辊身直径D D ：咬入条件（热轧）咬入条件（热轧） 轧辊的热平衡轧辊的热平衡: : 轧辊直径使轧辊的工作温度轧辊直径使轧辊的工作温度100.100. 轧辊的最小可轧厚度轧辊的最小可轧厚度( (冷轧冷轧) ) 轧辊的强度和刚度轧辊的强度和刚度min1 co

4、shDminmax0.28()PEhDK辊身长度辊身长度L L： L/DL/D比例。比例。 L/DL/D小，刚度大，不易弯小，刚度大，不易弯曲。（查表，经验数值）曲。（查表，经验数值）辊颈直径辊颈直径d d： d/Dd/D有比例，有比例，0.5-0.8(0.5-0.8(滚动轴承取下滚动轴承取下限限) )辊颈长度辊颈长度l:l: d/ d/l l11各种轧机各种轧机L/DL/D的比值的比值LDldl3d3初轧机初轧机2.22.22.72.7型钢轧机型钢轧机粗轧机座粗轧机座2.22.23.03.0精轧机座精轧机座1.51.52.02.0四辊板带四辊板带工作辊工作辊2.52.54.04.0支撑辊支撑

5、辊1.31.32.52.5各类轧机的最大允许咬入角各类轧机的最大允许咬入角轧制情况轧制情况咬入角，咬入角，带润滑的光冷轧辊带润滑的光冷轧辊3 34 4粗糙辊面冷轧粗糙辊面冷轧5 58 8热轧钢板热轧钢板15152222热轧型钢热轧型钢22222424各类轧辊的重车率各类轧辊的重车率 轧辊轧辊重车率，重车率，% %初轧机初轧机10101212型钢轧机型钢轧机8 81010中厚板轧机中厚板轧机5 57 7薄板轧机和冷轧机薄板轧机和冷轧机3 36 6每次重车每次重车0.5-5mm,0.5-5mm,重磨重磨0.5-0.01mm0.5-0.01mm。例：首秦：每次重车例：首秦：每次重车+ +重磨量重磨量

6、1mm1mm，重磨，重磨100mm100mm报废。报废。辊身长度辊身长度L L的确定的确定: :对于型钢轧机对于型钢轧机: 考虑轧辊强度和孔型个数考虑轧辊强度和孔型个数对于板带轧机对于板带轧机: L=B+a当当 b=4001200 , a=100 b1200 , a=200400例如例如:首秦首秦4300轧机轧机: b=4100，a=200。第三节第三节 轧辊材料及辊面硬度轧辊材料及辊面硬度一、一、常用的轧辊材料常用的轧辊材料3、硬质合金、硬质合金:WC2、铁、铁普通铸铁普通铸铁球墨铸铁球墨铸铁合金铸铁合金铸铁半冷硬铸铁半冷硬铸铁:HS50冷硬铸铁冷硬铸铁:HS 60无限冷硬铸铁无限冷硬铸铁:

7、HS 651、钢、钢铸钢铸钢锻钢锻钢合金铸钢合金铸钢合金锻钢合金锻钢热轧辊热轧辊-合金结构钢：合金结构钢：55Mn2,55Cr,60CrMnMo冷轧辊冷轧辊-合金工具钢合金工具钢:9Cr, 9CrV, 9Cr2W, 9Cr2Mo二、二、轧辊材料的选择轧辊材料的选择1、初轧机和型钢：以强度为主，用合金铸钢和锻钢；在型钢、初轧机和型钢：以强度为主，用合金铸钢和锻钢；在型钢轧机第二架，可用球墨铸铁，后几个机架和成品机架，可以轧机第二架，可用球墨铸铁，后几个机架和成品机架，可以用冷硬铸铁。用冷硬铸铁。2、热轧板带轧机：工作辊；粗轧机座采用钢，精轧可用铸铁。、热轧板带轧机：工作辊；粗轧机座采用钢，精轧可

8、用铸铁。 支撑辊：合金锻钢。支撑辊：合金锻钢。3、冷轧板带轧机：工作辊、支撑辊全部考虑辊面硬度和强度，、冷轧板带轧机：工作辊、支撑辊全部考虑辊面硬度和强度，都用合金工具钢，或用都用合金工具钢，或用WC辊套。不可用铸铁，因为辊套。不可用铸铁，因为E仅为钢仅为钢的的1/2，最小可轧厚度与，最小可轧厚度与E成反比。成反比。第四节第四节 轧辊的强度计算轧辊的强度计算步骤步骤: 1）对受力及几何形状进行简化）对受力及几何形状进行简化 2）进行辊系的受力分析）进行辊系的受力分析 3）找出可能的危险断面，画出力矩图）找出可能的危险断面，画出力矩图 4）对危险断面的弯曲力矩进行计算）对危险断面的弯曲力矩进行计

9、算 5）计算弯曲应力）计算弯曲应力 6）求出许用应力）求出许用应力 7）作出安全或是否符合强度要求的判断）作出安全或是否符合强度要求的判断原则：原则：辊身辊身:计算（校核）弯曲强度计算（校核）弯曲强度辊颈辊颈:计算（校核）弯扭组合计算（校核）弯扭组合辊头辊头:计算（校核）扭转应力计算（校核）扭转应力包括包括1） 二辊型钢轧机强度的计算二辊型钢轧机强度的计算2）二辊板带轧机强度的计算）二辊板带轧机强度的计算3） 四辊板带轧机强度的计算四辊板带轧机强度的计算工作辊传动工作辊传动支承辊传动支承辊传动工作辊校核工作辊校核支承辊校核支承辊校核一一. . 二辊型钢轧机强度的计算二辊型钢轧机强度的计算11X

10、MAXalMRxPxaMRl 30.1(600 900)5MAXMAXbbbMMWDMPan强度校核合格 强度不够辊身强度校核辊身强度校核PlaR1R2cx辊颈强度校核辊颈强度校核1dMR c30.1ddddMMWd强度校核合格强度校核合格 强度不够强度不够30.2MnMnWnd223d 220.3750.6254dd钢轧辊钢轧辊, 第四强度理论第四强度理论:铸铁轧辊铸铁轧辊,第二强度理论第二强度理论:辊头强度校核辊头强度校核3MnMnWnbbatmaxa/b1.01.52.02.53.00.2080.3460.4930.6450.801 辊头强度合格辊头强度合格 D d L c a Mw P

11、 /2 P /2 b 辊身辊身弯矩表达式弯矩表达式()48DabMP二二. . 二辊板带轧机强度的计算二辊板带轧机强度的计算2 224DP abq bMPb q二辊板带轧机二辊板带轧机辊颈辊颈如何校核？如何校核？辊头辊头如何校核？如何校核？ 30.1(600 900)5?MAXMAXbbbMMWDMPan三.三.四辊板带轧机强度的计算四辊板带轧机强度的计算( (一一) )支承辊支承辊(1)(1)工作辊传动情况工作辊传动情况LcP/2P/2D2dq=P/La 320.15MAXMAXbbMMWDnmax()48aLMP辊身中部最大弯矩辊身中部弯曲应力: 则强度不够则强度足够支撑辊强度校核支撑辊强

12、度校核(2)(2)支承辊传动情况支承辊传动情况LcP/2P/2D2dq=P/LaMn与二辊轧机轧辊校核相同与二辊轧机轧辊校核相同辊身辊身: :校核弯曲强度校核弯曲强度辊颈辊颈: :校核弯校核弯+ +扭组合强度扭组合强度辊头辊头: :校核扭转强度校核扭转强度工作辊强度计算(1)工作辊传动时，工作辊强度(2)支承辊传动时，工作辊强度四四辊辊轧轧机机工工作作辊辊受受力力及及力力矩矩图图工作辊传动工作辊传动LcaDd1q=P/LMwMTMnd3PTPTb辊身中部垂直弯矩辊身中部垂直弯矩max()8PMwlb辊身中部水平弯矩辊身中部水平弯矩max()248TT abM辊身中部合成弯矩辊身中部合成弯矩22

13、maxmaxWTMMM310.1MMWD作用在一个工作辊上的扭矩作用在一个工作辊上的扭矩11124ZMnMT D “_”前张力大于后张力“+”后张力大于前张力4TTP辊颈处的弯曲应力和扭转应力辊颈处的弯曲应力和扭转应力4WTTMC30.1WTWTdMMWd30.2nndMMWd223dd支承辊传动时支承辊传动时,工工作辊受力情况作辊受力情况pxpxMnLcaDd1q=P/LMwMPx/2Px/2b接触强度地计算接触应力过大时,会使辊面金属产生剥落.xzyzxy12max2121 2()()q rrKK rr12max1 2()0.418qE rrrr2212121211,KKEEq- 接触表面

14、单位长度上的负荷r1,r2轧辊半径 maxmax0.304max=0.304max0.5maxmaxzxy0.78b第五节第五节 轧辊的挠度轧辊的挠度1. 1. 确定挠度的目的和意义：确定辊型凸度并磨床上加工出辊型，确定挠度的目的和意义：确定辊型凸度并磨床上加工出辊型，可以实现在线辊形控制可以实现在线辊形控制, ,从而保证轧出厚度均匀的钢板。从而保证轧出厚度均匀的钢板。2.2.三个重要的挠度值（三个重要的挠度值（1 1）辊身中央的总弯曲挠度）辊身中央的总弯曲挠度f (AAf (AA1 1 ) )（2 2）辊身中央和钢板边缘的挠度差辊身中央和钢板边缘的挠度差f f (CC (CC1 1) )（3

15、 3）辊身中央和辊身边缘）辊身中央和辊身边缘的挠度差的挠度差f f(BB(BB1 1 ) )。3.3.产生挠度的原因产生挠度的原因（1 1）弯矩）弯矩M M（2 2）剪切力）剪切力P P4.4.求解挠度的方法求解挠度的方法只有将挠度差转换成挠度只有将挠度差转换成挠度, ,才可以应用卡氏定理求解才可以应用卡氏定理求解. .转换的方法转换的方法: :将简支梁转换成悬臂梁将简支梁转换成悬臂梁.(.(支点发生变化支点发生变化) )112211XXXXUMfMdxREIRUQfQdxRGFR卡氏定理卡氏定理系统中切应力作用时的变形能系统中切应力作用时的变形能2U系统中弯曲力作用时的变形能系统中弯曲力作用

16、时的变形能1U,XXMQ在任意截面上的弯矩、切力在任意截面上的弯矩、切力E，G弹性模量和剪切模量弹性模量和剪切模量I，F断面惯性矩和断面面积断面惯性矩和断面面积R计算轧辊中间总挠度量时，计算轧辊中间总挠度量时，R为轴承支反力，为为轴承支反力，为P/2。 计算中间部位与某点的挠度差计算中间部位与某点的挠度差, R指在那点作用的力指在那点作用的力.R 求解挠度差（与中间部位的）点的作用力求解挠度差（与中间部位的）点的作用力计算方法：计算方法：(1)(1)将坐标原点移至欲求挠度差处将坐标原点移至欲求挠度差处(2)(2)在欲求挠度差处加一个想象的力在欲求挠度差处加一个想象的力R R（在欲求挠度差处作用

17、的外力）（在欲求挠度差处作用的外力）(3)(3)写出外力引起的力矩表达式写出外力引起的力矩表达式(4)(4)写出假想力引起的弯矩方程写出假想力引起的弯矩方程(5)(5)写出各段的被积分函数表达式写出各段的被积分函数表达式XMxR21122XabMP xqxRx2211012341122(127)18.8babfP xqxxdxEIPabbED0R 432334228464118212PDfaabbcEDdPbDacG Dd辊身中央的辊身中央的总弯曲挠度总弯曲挠度f(AA1)5.三个三个挠度差的计算公式：挠度差的计算公式：钢板边缘的挠度差钢板边缘的挠度差f(CC1)2342127182PPbfa

18、bbEDG D 轧辊边缘的挠度差轧辊边缘的挠度差f(BB1)2323421244182PPbfaLLb LbLEDG D 挠度的影响因素挠度的影响因素：轧制力；轧辊的材质轧制力；轧辊的材质E、G；轧辊的尺寸；轧辊的尺寸D、L；轧件的尺寸；轧件的尺寸b第六节第六节 轧辊的辊形调节轧辊的辊形调节影响辊形的因素影响辊形的因素: :原始凸度原始凸度弹性弯曲弹性弯曲温度分布不均匀温度分布不均匀不均匀磨损不均匀磨损辊形的调节方法辊形的调节方法: :1预磨工作辊凸度预磨工作辊凸度, ,以抵消轧辊弹性变形等对辊缝的影响以抵消轧辊弹性变形等对辊缝的影响. .2 2改变轧辊的热凸度改变轧辊的热凸度, ,采用分段冷

19、却的方式改变各部位的热凸度采用分段冷却的方式改变各部位的热凸度. .3 3改变道次的压下量改变道次的压下量, ,从而改变轧制力从而改变轧制力, ,来改变轧辊的弹性变形来改变轧辊的弹性变形. .4 4采用液压弯辊采用液压弯辊, ,使轧辊产生附加的弯曲变形使轧辊产生附加的弯曲变形. .达到调整辊形的目的达到调整辊形的目的. .5 5采用辊形可调的新型轧机采用辊形可调的新型轧机. .如如HC ,CVC,UCM,VC,PCHC ,CVC,UCM,VC,PC等等. .辊形调整装置辊形调整装置- -弯辊装置弯辊装置作用：使工作辊或支撑辊产生附加的弯曲，以改变辊缝的形状，保证轧作用：使工作辊或支撑辊产生附加的弯曲，以改变辊缝的形状，保证轧出的钢板的平直度和厚度公差的要求。出的钢板的平直度和厚度公差的要求。类型：正弯工作辊，负弯工作辊（弯曲中间辊）类型：正弯工作辊，负弯工作辊（弯曲中间辊）正弯辊：轧制正弯辊：轧制力方向与弯辊力方向与弯辊力同向（平辊力同向（平辊或小凸度）或小凸度）负弯辊：轧制负弯辊：轧制力方向与弯辊力方向与弯辊力反向（预磨力反向（预磨辊形凸形较大）辊形凸形较大） 种类正弯辊负弯辊性能减小挠度增加挠度结构油缸在上下工作辊之间油缸在支撑辊和工作辊之间用途调整边浪调整中浪控制效果最好良好