平辊轧制工艺轧制力及摩擦应力

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毕业设计轧辊的工艺计算

设计目录前言 (1)第一章轧辊的工艺计算1.1 轧辊的基本参数 (5)1.2 轧辊的材料、轧辊的硬度面 (5)1.3 轧辊的强度校核 (6)1.4 工作辊与支承辊的接触应力 (9)1.5 轧辊的变形计算 (10)1.6 工作辊与支承辊间的弹性变形 (11)1.7 轧辊轴承的选择 (12)1.8 轴承寿命的计算 (12)1.9 轧辊轴承润滑 (13)第二章压下螺丝与螺母的工艺参数2.1 压下螺丝的选择 (14)2.2 压下螺母的选择 (15)2.3 电机的选择 (17)第三章轧辊平衡系统的工艺参数3.1 支承辊平衡缸的选择 (18)3.2 工作辊平衡缸的选择 (19)第四章机架的工艺参数4.1 机架的主要结构参数 (20)4.2 机架的结构 (21)4.3 机架的强度计算 (24)第五章工作机座刚度计算5.1 轧辊系统的弹性变形 (25)5.2 轧辊轴承的弹性变形 (26)5.3 轴承座的弹性变形 (27)5.4 压下系统的弹性变形 (28)5.5 支承辊轴承座和压下螺丝间各零件的弹性变形 (30)5.6 压力调心板的接触变形 (31)5.7 机架的弹性变形 (32)第六章轧辊轧制力矩的计算 (33)第七章减速器 (34)第八章万向接轴的选择 (35)第九章电动机容量计算与校核9.1 主电机容量的计算 (36)9.2 主电机容量的校核…………………………….结束语 (39)参考文献 (40)前言随着汽车、制罐、无线电技术等部门的迅速发展，冷轧薄板的产量日益增加。

冷轧的生产成本比热轧的高10%，投资费用比热轧多20-25%，但冷轧钢板的性能和质量都比热轧的好，在同样的用途下，可以节约金属达30%，故冷轧薄板得到迅速发展。

美国使用的薄板几乎百分之百都是冷轧的，热轧薄板的焊管冷弯型钢的坯料都是冷轧的。

目前，国外绝大多数薄板是连续式生产，成卷供应。

冷轧薄板轧机有：连续式冷轧机，多辊式轧机（八辊，十二辊，二十辊等），四辊可逆冷式轧机，六辊冷轧机和特殊轧机。

轧辊

长度确定原则：I 孔型布置数目 II 强度条件 Ⅲ经验：
轧辊名义直径应符合国家规定的初轧机与型钢轧机系列标准。我国初轧机系列有750、850、1150mm几种，横列式型钢轧机有300、500、 650、800mm等。
(2)板带轧机：原则：先定L，后定D L的确定：
Bmax/mm a/mm D的确定： <200 50 400～1200 100 1200～2000 >2000 200 400
（2）轧辊的材料热处理或加工工艺不合要求。
例如：轧辊的耐热裂性、耐黏附性极耐磨性差，材料中有夹杂物或残余应力过大等。（3）轧辊在生产过程中使用不合理。
例如：热轧轧辊在冷却不足或冷却不均匀时，会因热疲劳造成辊面热裂；冷轧时事故黏附也会导致热裂，甚至表面剥落；在冬季，新换上的冷辊突然进行高负荷热轧。或者冷轧机停车，轧热的轧辊骤然冷却，往往会因为温度应力过大，导致辊面表层剥落甚至断辊；压下量过大，或因工艺安排不合理，造成过负荷轧制，也会造成轧辊破坏。二、轧辊的安全系数及许用应力
M 2 D2E J4 所以 M ( D ) 1 1
1 1 1 1
M2 2 E2 J 2
1
支持辊和工作辊的曲率半径可以认为相等，假设E1=E2 1 M 如果D2=2000，D1=800，M1=0.0256M2
作用于工作辊上的弯曲力矩甚小，可以不予计算，即可以不予计算轧制力所在平面的弯曲应力。（2）支持辊：与二辊方法相同
工作辊驱动：M=Pa+Ptgβρ1+PtgβD1/2
支持辊驱动
支撑辊驱动：M=Pa/(D1/2-ρ1) ×D2/2+P/cosβ×ρ2
第五节轧辊强度计算
一、目的及原因 1、目的：使轧辊不发生破坏性事故，保证轧机生产率及降低生产成本。 2、原因

轧辊的材料及热处理

轧辊的寿命主要取决于轧辊的内在性能和工作受力，内在性能包括强度和硬度等方面。

要使轧辊具有足够的强度，主要从轧辊材料方面来考虑；硬度通常是指轧辊工作表面的硬度，它决定轧辊的耐磨性，在一定程度上也决定轧辊的使用寿命，通过合理的材料选用和热处理方式可以满足轧辊的硬度要求。

轧辊按工作状态可分为热轧辊和冷轧辊，按所起的作用可分为工作辊、中间辊、支承辊，按材质可分为锻辊和铸辊（冷硬铸铁）。

通常轧辊的服役条件极其苛刻，工作过程中承受高的交变应力、弯曲应力、接触应力、剪切应力和摩擦力。

容易产生磨损和剥落等多种失效形式。

不同的用途、不同类型的轧辊处在各自特定的工况条件，其大致的性能要求如下：冷轧辊在工作过程中要承受很大的轧制压力，加上轧件的焊缝、夹杂、边裂等问题，容易导致瞬间高温，使工作辊受到强烈热冲击造成裂纹、粘辊甚至剥落而报废。

因此，冷轧辊要有抵抗因弯曲、扭转、剪切应力引起的开裂和剥落的能力，同时也要有高的耐磨性、接触疲劳强度、断裂韧性和热冲击强度等。

国内外冷轧工作辊一般使用的材质有GCr5、9Cr2、9Cr、9CrV、9Cr2W、9Cr2Mo、60CrMoV、80CrNi3W、8CrMoV、86CrMoV7、Mo3A等。

20世纪50～60年代，这一时期的轧件多为碳素结构钢，强度和硬度不高，所以轧辊一般采用 1.5%～2%Cr锻钢。

此类钢的最终热处理通常采用淬火加低温回火，常见的淬火方式有感应表面淬火和整体加热淬火。

其主要任务是考虑如何提高轧辊的耐磨性能、抗剥落性能，并提高淬硬层深度，尽量保证轧辊表面组织均匀，改善轧辊表层金属组织的稳定性。

从20世纪70年代开始，随着轧件合金化程度的提高，高强度低合金结构钢（HSLA）的广泛应用，轧件的强度和硬度也随之增加，对轧辊材料的强度和硬度也提出了更高的要求，国际上普遍开始采用铬含量约2%的Cr-Mo型或Cr-Mo-V 型钢工作辊，如我国一直使用的9Cr2Mo、9Cr2MoV和86CrMoV7、俄罗斯的9X2MΦ、西德的86CrMoV7、日本的MC2等。

[知识]轧钢原理

绪论金属压力加工：金属压力加工时金属在外力作用并且不破坏自身完整性的条件下稳定改变其形状与尺寸，而且也改善其组织和性能的加工方法，也叫金属的塑性加工。

金属加工分类：弯曲、剪切、锻造、轧制、挤压、拉拔、冲压锻造：自由锻（镦粗、延伸）、模锻轧制：纵轧、横扎、斜扎挤压：正挤压、反挤压第一章金属塑性变形原理第二章应力和变形第一节力和应力一、外力外力：作用力、反作用力（1）作用力：压力加工设备的可动工具部分对工件作用的力叫做作用力，又叫主动力。

（2）约束反力：正压力、，摩擦力约束反力：变形物体的整体运动和质点流动受到工具另外组成部分的约束，及工件与工具接触面上摩擦里的制约，工件在这些力的作用下产生形变，这些力叫约束反力。

二、内里和应力内力：当物体在外力作用下，并且物体的运动受到阻碍时，或者由于物理和物理化学等作用而引起物体内原子之间距离发生改变，在物体内部产生的一种力，叫作内力。

引起内力的两种原因：（1）为平衡外部的机械作用，在金属内部产生于外力相平衡的内力。

（2）由于物理和物理化学作用而引起的内力。

应力：内力的强度称为应力，或者说内力的大小是以应力来度量的，单位面积上作用的内力称为应力。

第二节变形变形：金属在受力状态下产生内里的同时，其形状及尺寸也产生变化，这种现象称为变形变形：弹性变形，塑性变形从微观上看：弹性变形的实质，就是所施加的外力或能不足以使原子跃过势垒。

塑性形变，如果能越过上述势垒而使大量原子定向的从原有的平衡位置转移到另一平衡位置上去，这就表现为塑性形变。

从宏观上看：金属在外里作用下产生变形，外力去除后，又恢复到原来的形状和尺寸，这样的变形称为弹性变形。

如果外力去除后，变形金属的形状和尺寸能保留下来，不会恢复到变形前的状态，这样的变形称为塑性变形。

第三节应力状态及图示主平面：只有正应力，而切应力为零的平面称为主平面主应力：主平面上的正应力称为主应力塑性变形中拉应力最容易导致金属破坏，因为它使金属内的细小疏松、空隙、裂纹等缺陷扩大，压应力有利于减小或抑制缺陷的发生与发展。

采用平辊实现自由程序轧制最优横移方案新方法_孔祥伟

收稿日期:2002-05-17基金项目:教育部高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(97014515)·作者简介:孔祥伟(1970-),男,辽宁鞍山人,东北大学博士研究生;王国栋(1942-),男,辽宁大连人,东北大学教授,博士生导师·2002年12月第23卷第12期东北大学学报(自然科学版)Journal of Northeastern University (Natural Science )Dec .　2002Vol .23,No .12文章编号:1005-3026(2002)12-1166-04采用平辊实现自由程序轧制最优横移方案新方法孔祥伟,徐建忠,龚殿尧,王国栋(东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,辽宁沈阳　110004)摘要:在轧制宽带钢之后轧制窄带钢的轧制次序将会导致宽度方向板厚波动,出现浪形的缺陷·为了防止这些缺陷,对国内某厂2050mm 热连轧机组前5机架采用CVC 工作辊,而F 6、F7机架采用了平工作辊轧制·考虑到横移位置与辊缝轮廓形状之间的关系,开发了适合于平工作辊的最优横移新方式,使得在板带和工作辊的接触区形成光滑的辊缝形状,从而实现自由程序·并将最优横移新方法应用到国内某厂2050mm 热连轧机的改造中,取得了满意的效果·关　键　词:带钢轧制;控制系统;最优横移;轮廓;自由程序轧制中图分类号:TG 335.5 文献标识码:A自由程序轧制是指在一个换辊周期内钢种、厚度、宽度几乎可以不受限制地自由过渡的轧制技术·尤其是带钢宽度过渡可不遵守由宽到窄过渡的“棺”(coffin )型规则,而是可以由窄到宽过渡,即宽度可以逆转而不受宽度过渡的制约,从而实现“逆宽”轧制·“逆宽”轧制的出现将会加剧轧辊的局部磨损和热膨胀分布不均,使得宽度方向板厚分布不均,从而产生质量缺陷·采用工作辊横移技术将会减少这种缺陷的产生,使得板带的宽度方向轮廓平滑[1～3]·本文对“逆宽”轧制时带钢轮廓发生异常的过程进行了解析,在F6、F7机架采用了CVC 轧辊变为平辊的轧制方法,提出了适宜“逆宽”轧制的轧辊最优横移方法,采用离线模拟方式,分析了该方式的对带钢轮廓控制的效果,并将分析计算结果应用到国内某厂2050mm 热连轧机的改造中,取得了满意的效果·1　轧辊辊缝轮廓预测数学模型1.1　轧辊热凸度的预测模型轧辊横移时,由于轧辊中部与带钢非对称接触,所以对轧辊全长进行热凸度计算·为了计算工作辊的温度分布,将轧辊分成有限单元如图1所示·在半径方向的节点位置与轧辊属性相一致,根据经验确定·每一节点的温度根据热平衡原理,轧辊表面是热对流,轧辊内部是热传导·每一节点的热传导的傅立叶(Fourier )方程描述工作辊的热分布·工作辊温度分布事实上是三维热传送的分布,由于轧辊是不断旋转,有限单元可以减少为二维进行计算[4]·图1　轧辊有限差分模型Fig .1　Finited difference model of the roll轧辊径向和轴向的二维热传导方程见式(1),边界条件见式(2)、(3)·　ρc θ t = x λ θ x +1r r λr θ r;(1)　r =0(轧辊中心):λ θr=0,r =R (轧辊表面):λ θr=-h b (θ-θb );(2)　x =0:λ θx =h 0(θ-θb ),x =L :λ θx=-h 0(θ-θb )·(3)式中,ρ为密度;c 为比热容;λ为热导率;h b 为轧辊表面热传导系数;θb 为轧辊表面的环境温度;h 0为轧辊侧端面的热传导系数;θ0为轧辊侧端面的环境温度·1.2　轧辊磨损预测模型工作辊与带钢间及工作辊与支撑辊间的摩擦,都会使工作辊产生磨损·磨损变化是一个缓慢积累的过程,它的计算精度对板凸度设定、板平直度控制、带钢表面质量改善产生影响·轧制一卷带钢后,工作辊的磨损情况如图2所示·磨损分中间定常磨损区和边部集中磨损区两部分·形成边部磨损加剧的主要原因是边部温度降低、负荷在边部区域作用的增强以及轧件金属三维流动·从带钢边部40mm 范围内的磨损情况,可以推定边部局部磨损可以用三次曲线来表示[5]·图2　轧辊磨损示意图Fig .2　Schematic plan of work roll wear轧制一卷带钢时轧辊磨损量为v t =K w×L s ×L D wp LKs,中部v t 1=v t ×K e +yp ,边部(4)其中,K w 为与工作辊材质有关的磨损系数;L s 为该道次轧制带钢的长度,mm ;L 为工作辊压扁接触弧长,m m ;D w 为工作辊直径,mm ; p 为单位宽度的轧制力,kg /mm ;K s 为工作辊磨损指数;K e 为边部磨损倍率;yp 为沿辊身的抛物线修正值·2　横移策略的研究轧辊横移目的是扩大带钢凸度的控制范围,分散轧辊热凸度,减少局部高点,使轧辊磨损平滑·它是进行逆宽轧制、扩大同宽轧制长度,实现自由程序的重要手段之一·平辊横移主要有周期性定步长横移和变步长横移两种[6,7]·2.1　周期定步长横移周期性定步长横移是指在轧辊横移量的范围内每卷带钢均采用恒定步长进行往复横移方式分散轧辊热凸度、使轧辊磨损平滑·其优点是控制过程比较简单,缺点是轧辊不能够移到最大串辊位置·不能够有效利用轧辊有效横移长度·周期定步长横移法用以下几个参量描述:横移量S ,指每个工作辊相对于轧机中线的轴向横移位置;横移幅度S A ,指横移量S 的最大允许值;轧制带钢数n ,相同横移量S 下所轧的卷数;横移步长ΔS ,指轧完n 卷后,横移量S 的增加值·2.2　最优横移方案(变步长横移)平辊横移不像CVC 工作辊对轧辊的等效凸度具有影响,而其主要目的是避免局部高点的产生,使得轧辊的轮廓更加均匀·因此,本方法最初采用周期变步长横移,当产生局部高点时,根据带钢的磨损和热凸度的计算值,用十二次多项式曲线拟合出带钢的出口轮廓曲线,搜索轮廓曲线的局部高点,求出局部极大值和极小值差值,并寻找其差值的最大值,为得到平缓的板带凸度,变换横移位置,确定可以避免产生局部高点的横移位置为最优横移位置(其计算框图如图3所示)[8～10]·其具体的计算模型如下·图3　最优横移方案计算流程图Fig .3　Flowchart of calculation by the optimums hift m ethod(1)计算基本辊缝凸度数学模型S 0=K s +K bc ×(C b -C bB )+K wd ×(D w -D wB )+K bd ×(D b -D bB )+K p ×K ′p ×(P h -P B )+K bm (w bm -w bmB )+k e ×L f ×D q +ads -s +ada -l +G (F b )(5)式中,S 0为基本辊缝值(为40m m 处),mm ;K s 为基础辊缝值,mm ;K bc 为支撑辊凸度对辊缝的影响率;C b 为支撑辊凸度,mm ;C bB 为支撑辊凸度1167第12期孔祥伟等:采用平辊实现自由程序轧制最优横移方案新方法基本值,mm ;K wd 为工作辊直径对辊缝的影响率;D w 为工作辊直径,mm ;D wB 为工作辊直径的基本值,mm ;K bd 为支撑辊直径对辊缝的影响率;D b 为支撑辊的直径,mm ;D bB 为支撑辊直径的基本值,mm ;K p 为单位轧制力对辊缝的影响率;K ′p 为轧制力对工作辊的修正值;P h 为轧制力,kN ;P B 为轧制力基本值,kN ,为常数;K bm 为支撑辊磨损对辊缝的影响率;W bm 为支撑辊的磨损值,m m ;W bmB 为支撑辊磨损值的基本值,mm ;K e 为带钢边部温降对辊缝的影响率;L f 为与温度有关的负荷分布;D q 为负荷分布影响系数;ada -s 为短期自适应值,mm ;ada -l 为长期自适应值,mm ;G (F b )为弯辊力对辊缝的影响函数,初始计算时为平衡弯辊力对辊缝的影响值,mm ·(2)基本辊缝凸度的二次曲线描述模型y b =-S 0(B -40)2(x b )2·(6)式中,B 为带钢宽度,mm ;S 0为基本辊缝值(40mm 处),m m ·(3)确定各拟合点的实际辊缝凸度值模型S (i )=y b (i )+K wea r (i )+K th (i )·(7)式中,S (i )为各拟合点的实际辊缝值;y b (i )为考虑弯辊修正的辊缝值;K wear (i )为各拟合点的磨损修正值;K th (i )为各拟合点的热凸度修正值·用切比雪夫方法拟合求解板带轮廓曲线系数,根据m 个点板带凸度值求切比雪夫意义下的拟合多项式·(4)局部高点的搜索及最优横移方式在板带距离边部10mm 到距离边部200m m 范围内,每隔5mm 搜索相邻极大值与极小值点,并计算极大值与极小值的差值,判断局部高点是否在允许范围内,即是否大于10μm ·当局部最高点小于10μm 时,对于没有达到极限值的,仍然采用周期变步长横移方式;当局部最高点大于10μm 时,寻找最优横移位置,即计算起始横移位置和终止横移位置,寻找横移位置点使得其差值最小·图4　偏差最大值示意图Fig .4　Maxium deviation position2.3　模拟结果及在线应用根据以上分析,选取一个轧制计划134块带钢进行计算,通过上述磨损和热凸度模型,分别对两种横移方案进行了模拟计算·第七机架采用了最优横移方式·从图中可以看出,在一个轧制计划中,最初是没有局部高点产生的,所以横移步长比较均匀,当出现局部高点时,横移方式按照最优方式进行·图5为实际测量的F7机架工作辊的磨损值,从测量结果可以看出,最优横移方式可以避免局部高点的产生,使得工作辊的辊缝轮廓更加平滑·图6为在线实际应用平直度的测量值,从图中可以看出,平直度的精度可以显著的提高,这样可以在精轧机组实现自由程序轧制·图5　实际测量的F7机架工作辊的磨损Fig .5　Actual meas ure of wear on the F7stand workroll图6　原横移方式与最优横移方式的平直度测量值Fig .6　M eas ured value of the flatness by the originalshift and the optim um method3　结论从最终的辊缝的计算结果可以确认,板带产生异常轮廓直接受上下工作辊的辊缝的影响·最优横移方式使得轧辊磨损轮廓平稳,从实际测量的结果可以看出,该方式可以避免局部高点的产生·通过在线应用和平直度考核,发现最优横移方案可以提高板带平直度精度·参考文献:[1]Oda T ,Karato A ,Kikuma T .Work roll shift method by prediction of roll profile on hot strip mill [J ].JS TP ,1995,36(417):1151-1156.[2]Guo R M .Characteristics of rolling mills with roll s hift [J ].Iron and S teel Engine e r ,1988,65(12):45-56.[3]Wood G E .M odernization of hot strip mill w ith CVC technology and a new roughing mill w ith automatic w idth control [J ].M PT ,1989,(5):92.[4]王国栋·板形控制和板形理论[M 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RollK ON G Xiang -wei ,XU J ian -z ho ng ,GON G Dian -yao ,W AN G G uo -dong(T he State Key Lab of Rolling &Auto mation ,No rtheastern U niversity ,Shenyang 110004,China .Co rrespondent :KO NG Xiang -w ei ,E -mail :relax2002@so hu .co m )A bstract :T he strip w ave flaws along the width direction w ill appear w hen narrow strip are rolled after wide one has been rolled .In order to ge t rid of such flaw s ,CVC w ork ro ll was adopted from F1to F5w hile flat roll w as ado pted in F6and F7to realize smooth profile co ntour curves .T he rela tio nship betw een shift location and roll gap figure was studied so that proper optimum shift methods were used to form smoo th strip figures by shaping fine roll gap figures in the touch area between strips and work roll to achieve the SFR .Results of analy zing model calculation were applied to a production line and satisfying outcomes w ere obtained .Key words :strip rolling ;control system ;optimum shift ;contour ;SF R(Received M ay 17,2002)待发表文章摘要预报乙酰胺-尿素-硝酸铵体系的研究田　鹏,杨家振,宋溪明,何玲玲在充有高纯氮气的干燥手套箱内,将硝酸铵和乙酰胺-尿素混合,用称重法准确配制不同组成的硝酸铵和乙酰胺-尿素混合样品,利用DSC 方法建立了硝酸铵和乙酰胺-尿素二元相图·提出了室温熔盐窗口和室温熔盐深度两个概念,用来衡量形成室温熔盐的能力及其性质·依据相图,指出了该体系能形成室温熔盐,有一定宽度的室温熔盐窗口和室温熔盐深度·Mycobacterium Phlei 菌对重金属Pb2+、Z n2+、Ni2+、C u 2+的吸附规律朱一民,魏德洲研究了M ycobacterium P hlei 菌株分别对水相中重金属离子Pb 2+、Z n 2+、Ni 2+、Cu 2+的吸附规律·结果表明,M y cobacterium P hlei 菌株对水相中的这四种重金属离子均有一定的吸附作用;吸附过程均在10min 内就达到平衡;pH 对吸附过程影响较大,在pH =3.0～4.0时,My cobacterium Phlei 菌对这四种金属离子的吸附效果最好;温度升高对Pb 2+、Ni 2+和Cu 2+的吸附过程不利,但M ycobacterium Phlei 菌对Zn 2+的吸附则是一个吸热过程·1169第12期孔祥伟等:采用平辊实现自由程序轧制最优横移方案新方法。

棒材工艺教程--轧制原理

孪生
在切应力作用下晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面(孪生面)和晶向(孪生方向) 发生切变的变形过程称孪生。发生切变、位向改变的这一部分晶体称为孪晶。孪晶与未变形部分晶体原子分布形成对称。孪生所需的临界切应力比滑移的大得多。孪生只在滑移很难进行的情况下才发生。体心立方晶格金属（如铁）在室温或受冲击时才发生孪生。而滑移系较少的密排六方晶格金属如镁、锌、镉等, 则比较容易发生孪生。
影响塑性的各种因素
影响塑性的外因 A 变形温度一般的说，在较高温度下金属和合金的塑性是较好的。 B 变形速度变形速度是指单位时间内变形程度的变化率。金属在变形过程中，加工硬化发生的速度，超过软化进行的速度，塑性明显下降，如果软化过程比产生硬化过程快或者当变形速度增加时，由于热效应使金属温度升高，金属由脆性区转变为塑性区的温度时，塑性有所提高。 C 应力状态金属在变形时受拉应力成分越少，压应力成分越多，则金属塑性越好。
塑性变形对金属组织结构的影响
形变织构产生金属塑性变形到很大程度(70%以上)时, 由于晶粒发生转动, 使各晶粒的位向趋近于一致, 形成特殊的择优取向, 这种有序化的结构叫做形变织构。
塑性变形对金属性能的影响
A 金属发生塑性变形, 随变形度的增大, 金属的强度和硬度显著提高, 塑性和韧性明显下降。这种现象称为加工硬化, 也叫形变强化。产生加工硬化的原因是：金属发生塑性变形时, 位错密度增加, 位错间的交互作用增强, 相互缠结, 造成位错运动阻力的增大, 引起塑性变形抗力提高。另一方面由于晶粒破碎细化, 使强度得以提高。在生产中可通过冷轧、冷拔提高钢板或钢丝的强度。
外力传到金属上，在外力作用下，金属运动受到阻碍时，金属内部则产生与外力平衡地内力，同时引起金属变形。故金属发生的变形是受外力和内力作用的结果。

轧制理论

咬入之后，在金属逐渐充填变形区的过程中，径向力的合力作用点相应地
向轧件出口平面方向移动，而使合力作用方向逐渐向出口倾斜。因此而使得Tx逐步增加，Nx相应减少。这样一来,摩擦力的水平分力就有了剩余，其值为Tx－Nx。由于剩余摩擦力的出现，而使得轧件一旦被咬入，就能更顺利地使轧件充满变形
由置于出口和入口两侧的测厚仪，测出带钢厚度，反馈到高速的计算机系统，再去控制一个“电--液压”系统来实现对带钢厚度的控制。
测厚仪简图
3.2.AGC系统控制方法
➢前馈：把前面的测厚仪测得厚度与目标厚度相比。 ➢后馈：把后面的测厚仪测得厚度与目标厚度相比，只有1pass时使用。 ➢质量流：轧机出入口的秒流量相等的原理控制，左右测厚仪同时使用
轧辊把轧件拉入旋转方向相反的两个轧辊辊缝之中叫轧件的咬入。轧辊能够顺利地将轧件咬入是轧制的必要条件。轧件与轧辊接触时，轧辊对轧件的作用力和摩擦力如图所示。N和T分解成的水平分力为：
不能咬入临界状态可以咬入设摩擦角为β，则摩擦系数:
图3 轧辊对轧件的作用力和摩擦力
可以推出：
3.2.轧制过程建立
延伸率是带钢长度变化率，其表示式为：在忽略宽展时，延伸率μ与压下率ε有如下关系：
2.SPM的目的
➢消除退火带钢的屈服平台，改善力学性能，保证产品的成形加工性； ➢修正板形，改善平直度； ➢根据用户的使用要求，加工光面或麻面板，并改善表面质量。
中性面：在整个变形区中，存在一个前后滑的过渡面。轧件在该面上运动的速度与该处轧辊线速度的水平分速度相等，这个平面就叫中性面。由出口平面到中性面称前滑区，由入口平面到中性面称后滑区。
5.2前滑的计算式
如图，在中性面轧件运动的速度与轧辊水平分速度相等，即中性面与出口截面的秒体积相等，并忽略宽展时，可得上式，经整理得到：

平整机工作辊辊型探讨_苏金萍

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1998 年第 3 期 ( 第 36 卷・总第 209 期 )
P L D 2{ L B 2 + 2C [ ( d - 1] } ( 3) P GD 式中 E ——轧辊材质的弹性模量, MP a G ——轧辊材质的剪切模量, M Pa P ——轧制压力, t D —— 支撑辊直径, m m d ——工作辊直径, m m L —— 辊身长度 , mm 式 ( 2) 和式( 3) 中的符号与图 1 中所标符号一致。
・ 42・度的影响 , 只是针对轧辊受力等因素而产生变形进行相应辊型优化探讨, 且日本提供来料原始凸度很小 , 远没有我厂实际生产的大, 所以合理的辊型制度应密切联系生产实际来选择、调节, 以补偿各方面因素的平均影响作用。从以上计算可知, 工作辊的弯曲变形对工作辊轧制时的凸度影响很大, 而其挠度值与轧制压力及轧辊材质、轧辊尺寸关系密切。轧辊的原始凸度随轧制压力的增加而增大 , 且呈线性关系。在轧制压力相同的情况下, 轧件宽度不同 , C w 值也不同。轧件宽度主要影响工作辊弹性压扁, 轧辊原始凸度随着带钢宽度的增加而减少。热平整机的支撑辊换辊周期长, 每生产 30000t 换一次 , 但仍应考虑支撑辊磨损对工作辊原始凸度的影响 , 工作辊原始凸度随支撑辊磨损的增加而增大。在支撑辊末期时的工作辊凸度值应比初期值增加一些。末期一般为凹度 40 ～ 80 L m , 初期可选用 100 L m 的凹辊。平整轧制过程中由于板凸度值与轧件厚度之比保持恒定不变, 即 Ch / h = C , 所以对来料厚度薄的带钢 , 其 C 值相应增大, 而板凸度与板形有密切关系。带钢越薄 , 平整时板凸度变化对板形不良的敏感性越强, 且薄带钢对板凸度变化对板形不良影响的补偿能力差, 这使轧辊凸度调整对于薄带钢要求越精确。在实际平整生产中 , 平整带钢越薄 , 则选用凹度小的工作辊 , 如约 40～50Lm 。

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平辊轧制工艺轧制力及摩擦应力的弹塑性有限元分析
!
孙
厂，江苏南京 (!"")*）
哲! ，张旻宏(
"!#"!"； (+ 南京钢铁集团股份有限公司带钢
（!+ 包头钢铁（集团）公司钢联股份有限公司带钢厂，内蒙古包头
关键词：有限元法；弹塑性分析；轧制中图分类号： ,-))*+!( 摘文献标识码： . 要：应用弹塑性显式有限元方法对平辊轧制工艺进行了分析，得出了轧制过程中的弹性应力应变以及摩擦应
"!4
结果及讨论
图 4 给出了轧制力的时间历程曲线，当轧制开
始与轧件端部接触时轧制力开始上升，轧 & $’ 后，制力出现了 ")7 的波动，但是在相对短时间内轧制力进入到一个准稳态过程 ! 与 839$3: 的切块法结［%］相比，由动态有限元法获得的轧制力结果比果 839$3: 的值高出 ),7 ! 图 ) 给出了轧制力及摩擦应力的分布规律 ! 横坐标为沿轧制方向的坐标位置，原点定在轧辊中部的下面（见图 ;） ! 轧制压力和摩擦应力与 839$3: 的结果符合很好 ! 而轧制压力稍微高出是因为本分析中的轧制接触区域更长造成的 ! 二者正是图 4 中轧制力较高的原因 !
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结论
动态显式有限元方法的模拟计算结果，即所确
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!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!" !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!" 信息窗
新型超薄型钢结构涂料
该产品是一种新型换代产品，属高新技术产品 $ 采用全新生产工艺及配方设计 $ 该防火防腐涂料首次将微胶囊化的概念及技术引入防火涂料领域，填补了该项目的空白 $ 从而使得防火涂料的性能得到全面的提高，为防止和减缓火患的蔓延提供了可靠的保障 $ 微胶囊化技术是通过包裹材料的包覆作用和对包裹材料的选择，大大提高了防火涂料的防腐性能，为防火涂料施涂于钢结构建筑提供了防腐作用 $ 该防火涂料在受热时发泡膨胀，形成具有蜂窝状结构的碳化层，从而达到阻止或延缓热量向底材的传递，达到提高钢结构底材耐火极限的目的 $ 摘录自《中国冶金报》（3） %22% T 2! T 21
图4 !"#$ 4
单位长度的轧制力的历史曲线
892:0 .1 +"-0 .1 2.))"(# 1.2,0 302 9("+
图" !"#$ "
轧制过程模拟有限元分析模型
!%& ’(’)*+",’) -./0) .1 2.))"(# 32.,044 表" 轧制分析的工艺条件
5’6)0 " 项
50,7(.).#",’) ,.(/"+".(4 .1 2.))"(# 32.,044 目轧辊带材
轧制过程的模拟对于轧机设计以及多道次轧制工艺的压下规程制定都具有十分重要的意义 + 应用有限元方法进行轧制过程的分析已有相当长的时间，刚塑性有限元方法采用求解能量泛函极小值的理论进行计算，具有计算效率高的特点，在热轧过程 + 弹塑性有限元全面考虑整个变形过程，能更加真实地反应出轧制中的各种状态，中得到广泛应用
［)］可以进行残余应力的计算 + 但隐式算法处理大变［!， (］
实际情况 + 本文应用 .1/R/ S G/9TR1. 中的显式动力学弹塑性有限元方法对带钢冷轧过程进行了二维有限元分析，并将其计算结果与传统的 UB>QB8 分析结果进行了比较 +
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平辊轧制过程二维弹塑性动态有限元分析
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孙
哲等：平辊轧制工艺轧制力及摩擦应力的弹塑性有限分析
30
于刚塑性有限元法得出的，接触区出口正好位于轧辊中心的下部，但是由动态有限元法结果却显示经过轧辊中心后压力值逐渐降低，实际的接触区出口点在距轧辊中心 !" ## 处，而这正是由于带钢的弹性恢复区的存在造成的 $ 这也是图 % 中轧制力高于即刚端效应以 &’(#’) 值的原因之一 $ 这两个原因，及弹性恢复，是由材料的弹性特性引起的，也是弹塑性分析的优越性所在 $ 但是，与粗略的估计值相比，可以通过调整 !" ## 的弹性恢复区可能显得较长，接触区的罚刚度等参数来进一步校正该值 $ 第三个差别出现在中性点处，该点动态有限元法的摩擦应力结果比 &’(#’) 的值低 $ 这是由于中性点处材料与轧辊的 “粘着” 造成的，该处材料表面与轧辊表面的线速度应该是相同的，所以，摩擦应力分布也是合理的 $ 由上面分析可知，在接触区附近存在一个楔形的弹性变形区，并且在轧制区域出口材料存在残余应力，这些现象都是值得考虑的 $ 因而，应用动态有限元方法求解轧制过程是完全可行的 $
!"#$ ;
图;
轧制变形区原点位置示意图
<=0+,7 -’3 .1 ,0(+02 2.)) .1 2.))"(# /01.2-’+".( ’20’
在图 ) 中，本分析与 839$3: 的结果在 ) 个方面有显著的差别 ! 首先，在紧靠轧制入口之后区域，由动态有限元法获得的轧制压力结果比后者上升更快，且一定时间内保持该值 ! 这是由于变形区前端的未变形金属限制了变形区中变形金属的厚度减薄 ! 该种现象称为刚端效应 ! 第二种差别在于轧制压力降为零的接触区出口位置 ! 839$3: 的结果是基
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包头钢铁学院学报 V:C>8B@ :P AB:=:C 087W4>K7=M :P D>:8 B8E /=44"( 6B>L3， X:@<(!， 1:<!
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力的分布规律，并与传统方法进行了对比 +
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定的中性点的位置以及接触应力的分布与解析方法相比更加准确合理，可以为实际工艺规程的制定提供较为真实可信的参考数据 $ 动态显式有限元法方法在对轧制工艺的模拟分析中具有其独特的优势 $ 参考文献：
［!］刘相华 $ 刚塑性有限元及其在轧制中的应用［ *］ $ 北京：冶金工业出版社， !++,$!-.%,$ ［%］宋叔尼，刘相华，王国栋 $ 刚塑性可压缩材料热轧问题总能耗泛函极值的存在与唯一性［ /］ $ 科学通报， !+++，（!0）： ,, !+1+.!+2,$ ［3］刘才 $ 弹塑性有限元方法对轧制过程的模拟［ /］ $东北重型机械学院学报，（3）： !+10， !! --.03 4 ［,］ 5676#6(’ *， 56897’7: *， 5689;’ 5， :; ’<4 =<’>;?.@<’>;9A B9)9;: :<:#:); >9#6<’;9?) ?B ;C: B<’; (?<<9)D @(?A:>> EF GF)’#9A GH. ［I］ @<9A9; #:;C?G $ J(?A ?B ;C: 0;C 9);:()’;9?)’< A?)B:(:)A: ?) ［ K］ >;::< (?<<9)D 4 KC9E’， /’@’)： !++1 4 %-2.%-" 4 ［"］ L<D6AC9，MN:) O P /， Q96 R S4 I)’<F>9> ?B (?<<9)D @(?A:>>:> ［I］ EF GF)’#9A :H@<9A9; :<’>;?.@<’>;9A B9)9;: :<:#:); #:;C?G $ ［ K］ J(?A ?B ;C: 0;C 9);:()’;9?) A?)B:(:)A: ?) >;::< (?<<9)D 4 KC9E’， /’@’)： !++1 4 %--.%0! 4 ［-］王廷溥 $ 轧钢工艺学［ *］冶金工业出版社， $ 北京： !+1!$