第2章 轧辊分解

3、辊头 （1）定义：是轧辊与连接轴相接的部分。 （ 2 ）轧辊的辊头有梅花型、万向节型和带 双键型。 （3）参数：d1－辊头直径 l1－辊头长度 当轧辊不传动（工作辊驱动条件下的支 承辊）或只有单侧传动时，轧辊可以不做专 门的辊头，仅在辊颈外留有可供换辊的起吊 部分。
§2.1.2 轧辊的分类 1、按构造分类 ①光面轧辊：应用于轧制板带材。 ②有槽轧辊：应用于轧制型钢、线材和钢 坯。
3、辊身长度 L 是表征板带钢轧机特征的主要参数。板带 钢轧机以（四辊或多辊轧机则指工作辊）辊身 长度作为轧机标称的组成部分。这是因为辊身 长度能直观的反映出轧机所能生产的最大板宽， 而板宽也正反映出了板带材的使用范围和生产 板带材的难易程度。 型钢：L与孔型布置的数目和轧辊强度有关。 板带：L=bmax+Δ (Δ =50mm∽200mm)
第2章 轧辊
2.1 轧辊的组成与分类 2.2 轧辊的尺寸参数 2.3 轧辊的材料及选择 2.4 轧辊的强度校核 2.5 轧辊的变形计算 例题讲解
2.1 轧辊的组成与分类
轧辊是用来直接完成轧制过程中金属塑 性变形的主要工具。 §2.1.1 轧辊的组成 轧辊一般是由辊身、辊颈和辊头三部 分组成。
1、辊身 （ 1 ）定义：是轧辊的中间部分，直接与轧件接触， 并使其产生塑性变形，是轧辊的工作部分。 （2）轧辊的辊身有光面辊和有槽辊。（图2－1） （3）参数：D－辊身直径 L－辊身长度 （4）对轧辊辊身的要求： ①有很高的强度；②有足够的刚度； ③有较高的表面硬度和耐磨性； ④有良好的组织稳定性，以抵抗轧件的高温影 响。
4、轧辊的重车率 在轧制过程中，轧辊辊面因工作磨损， 需不止一次地重车或重磨。轧辊工作表 面的每次重车量为0.5~5 mm; 重磨量为 0.01~0.5 mm 。轧辊直径减小到一定程 度后，即不能再使用。轧辊从开始使用 直到报废，其全部重车量与轧辊名义直 径的百分比称为重车率。
初轧机轧辊的重车率受咬入能力和辊 面硬度的限制；板带钢轧机轧辊的重车 率只受表面硬度的限制。
§2.4.1型钢轧辊的强度验算 型钢轧辊强度验算的特点是： 1 ）轧制是在孔型中进行的。由于每个孔型的横向 尺寸只占轧辊辊身长度中很小一部分，故作用在轧 辊上的轧制力习惯上均按集中载荷看待； 2 ）由于采用多条轧制和交叉过钢的轧制工艺，一 根轧辊上常有数个轧制力作用； 3 ）每个孔型的开槽深度不同，即辊身各处的工作 直径不同； 4）型钢生产由多机座完成，正确判断受力最危险 的机座以及该机座中最危险的轧辊，是验算型钢轧 辊首要解决的问题。在许多情况下，需要验算的辊 身、辊颈和辊头并不一定都在同一根轧辊上。
§2.1. 5 轧钢生产对轧辊的要求 1、具有所要求的强韧性； 2、具有所要求的耐磨性； 3、具有一定的耐热性； 4、具有耐剥落性。
2.2 轧辊的尺寸参数
§2.2.1轧辊的辊身尺寸 1、轧辊名义直径 （公称直径）D 通常是指轧钢机人字齿轮的节圆直径 或齿轮座的中心距。对轧辊由两个单独 电机驱动的初轧机而言，公称直径按最 末道次的轧辊中心距计算。
型钢轧机以齿轮座的中心距作为轧辊名义 直径； 初轧机则把辊环外径作为名义直径。 型钢轧机以轧辊的名义直径来作为轧机标 称的组成部分。因为型钢品种规格与轧辊辊身 直径的大小成正比，辊身直径的数值即可反映 该轧机所生产的品种规格。然而由于生产不同 品种规格所对应的轧辊辊身直径不同，因此通 常习惯采用和轧辊辊身直径有一定对应关系而 数值保持恒定不变的人字齿轮机座的中心距 （人字齿轮节圆直径）作为型钢轧机的名义直 径来表征轧机。
2、辊颈的强度计算 当辊颈受弯矩和扭矩的作用时，需计算弯曲应力和扭转应力。 辊颈上与辊身相接处的弯矩最大，其值为： Md = R c ……………………….…….⑤ 式中 c--支反力（压下螺丝中心线）至辊身边缘的距离，近似取辊 颈长度之半。 R--支反力，取max {R1,R2}中较大值，即R= max {R1,R2} 辊颈与辊身相接处的弯曲应力为： бd = Md / Wd = R c/ Wd= R c/(0.1d3) …………⑥ 辊颈上的扭转应力为： τd = Mn/Wn = Mn/(0.2d3) ………………….. ⑦ 式中 Mn--作用在弯曲应力计算侧的辊颈与辊身交界处的辊颈扭矩； Wn--抗扭断面系数。
图2.1-4为单根轧制时型钢轧辊受力图。 由于辊身、辊颈和辊头三部分的结构尺 寸和受力情况不同，故需分别进行验算。
1、辊身的强度计算 辊身受弯矩和扭矩的作用。由于辊身上的扭矩应力小，故按惯例只计算 辊身的弯曲应力。（扭转应力<<0弯曲应力） 辊身断面的弯矩为：MD = R1 x………………………….① 由力矩平衡条件可知：R1a = P(a-x)…………………….② 式中 a --两根压下螺丝的中心距，通常a = L + l 辊身的断面的弯曲应力为： бD = MD / WD= MD /(0.1 Dg3) ……. ③ 式中 Dg --辊身计算断面的工作直径（应考虑轧辊重车后的最小值）； WD --抗弯断面系数； P --轧件对轧辊的压力； x --计算轧槽与压下螺丝中心线间的距离（mm） 由①②③式可得: бD = P x (1-x/a) /(0.1 Dg3) …….④ 当轧辊上同时轧制二根以上的轧件时,应分别计算弯矩最大、辊颈 最小处的辊身弯曲应力，以确定辊身的危险断面。
2、按用途分类 ① 工作辊：一般是驱动辊，辊颈小，并 与高温接触，因此，要求有一定的强度、刚 度和较高的耐磨性。 ② 支承辊：主要是承受弯曲负荷，要求 它有足够的抗弯强度和抗弯刚度。 此外，还要考虑支承辊与工作辊间的接 触应力。
3、按构造分类 ①软面轧辊 ②半硬面轧辊 ③硬面轧辊 ④特硬轧辊（冷硬轧辊）
2、轧辊的工作直径 Dg 是指轧辊与轧件接触进行变形而直接工作 的直径。在有槽轧辊上是指槽底处直径。 型钢：工作辊直径Dg一般小于公称直径D。 为了防止轧辊切槽过深而影响强度， D/ Dg的 比值一般不大于1.4。 板带：斯通根据轧机最小可轧厚度的临界条 件，推导出计算工作辊直径的公式： D1=(0.28 E hmin) / [f (K-σ p)] ((K为带材的条 件屈服限） D2 ≥K/0.3 (K为刚度系数）
2、辊颈 （1） 定义：是轧辊的支承部分。轧辊依靠辊 身两侧的辊颈支承在轧辊轴承上。 （2）轧辊的辊颈有圆柱形辊颈和圆锥形辊颈。 （图2－1） （3）参数：d－辊颈直径 l－辊颈长度 （4）对轧辊辊颈的要求： ①足够的强度；②有一定的耐磨性； ③表面应平滑、光洁、无麻点和裂纹； ④防护措施。
辊颈与辊身交界处是应力集中的部位， 往往是轧辊强度上的薄弱环节，因而该处 必须具有适当的过渡圆角。
（2）合金锻钢轧辊 （3）合金铸钢轧辊 （4）半钢轧辊 2、轧辊的制造 （1）离心铸造技术 金属是在离心力作用下凝固，其组织 致密晶粒细化，使轧辊材质各项力学性能指 标普遍有所改善。
（2）复合铸造轧辊技术 具有使辊面和辊芯采用不用材质，轧辊内外 层具有不同要求的良好性能。 外层：用合金成分较高的铸钢或铸铁制成的； 内层：高韧性的普通铸铁、普通铸钢或低 合金钢铸成。 3、轧辊的制造新工艺 淬火工艺 淬火的目的在于提高轧辊表层硬度，获得足 够深的淬硬层，延长轧辊的使用寿命。
3、热载荷 在热轧条件下，轧辊辊身交替受到轧件 高温和冷却水的作用，从而产生热循环 应力。
§2.1.4 轧辊的破坏、失效主要形式 1、磨损 正常轧制时，辊身磨损达到轧辊允许的 总重车量后，就会因辊身的表面硬度丧 失和削弱而报废。
2、折断 过大的轧制压力产生的机械应力是导致 轧辊折断的主要原因。在有足够的冷却水 的情况下，单纯的热应力不会导致断辊， 但由此产生的辊身细小热裂纹将成为轧辊 折断的应力集中源，在一定的机械应力共 同作用下即可断辊。在特殊情况下，高温 无水冷却的二辊叠轧薄板轧机的轧辊，在 极高的热应力作用下即可因单纯的热应力 断辊。轧辊铸造时的残余应力在一般情况 下不致引起断辊。
§2.1.3 轧辊所受的载荷 1、摩擦 轧辊辊身表面和被轧金属间由于变形区 中前、后滑，咬入打滑和卡钢等原因产 生相对运动，导致轧辊辊身表面的剧烈 摩擦。
2、机械载荷 由于轧制时轧辊上受到巨大的轧制压 力和转矩的作用，因此在轧辊上产生弯 曲应力、扭转应力和接触应力。在轧件 咬入轧辊的瞬间以及当轧制速度变化时， 上述应力由动载荷引起。
§2.2. 3轧辊的辊头尺寸
1、梅花轴头尺寸
通常梅花轴头的外径 d 1= 0.85 d （二辊薄板轧机）， 其它轧机则取 d 1 = （0.90～0.95） d ； d 2 = 0.66 d 1 ； r1 = 0.207 d 1 ； l 1 = （0.7～0.75）d 1
2、万向轴头（扁头）的尺寸 D1 = Dmin － ( 5 ~ 15 ) mm ; s = ( 0.25 ~ 0.28 ) D1 mm a = ( 0.50 ~ 0.60 ) D1 mm ; b = ( 0.15 ~ 0.20 ) D1 mm ; c = ( 0.5 ~ 1.00 ) b mm ;
§2.2. 2轧辊的辊颈尺寸 辊颈直径d 和辊颈长度 l 与轴承的型 式和工作载荷有关，辊颈的直径受轴承 径向尺寸的限制，而且辊颈与辊身的交 界面，往往是最薄弱的环节。
三辊型钢轧机 中厚板轧机
d / D = 0.55 d / D = 0.67 ~ 0.75
l / d = 0.92 ~1.20 l / d = 083 ~ 1.0
式中 ：Dmin －重车后最小辊身直径（ mm）。
2.3 轧辊的材料及选择
§2.3.1 轧辊的材料 1、常用轧辊材料 （1）铸铁轧辊 ①碳素铸铁轧辊（普通铸铁轧辊） ②合金铸铁轧辊 ③球墨铸铁轧辊
铸造轧辊时，采用不同的铸型，可以得到不 同硬度的铸铁轧辊。 ①软面铸铁轧辊：是用砂型直接浇注灰口铸 铁而成； ②半硬面铸铁轧辊：是内表面涂有一层厚度 约为15毫米的肌砂（粘土）的金属模子中浇铸 而成。 ③硬面铸铁轧辊 ：也是在金属模子内铸成， 但在模子内壁不涂肌砂，铁水冷却快， 碳体 来不及分解 。
辊颈强度按弯扭合成应力考虑。因轧辊材质不同，故 采用不同的计算公式： 1）采用钢轧辊时，按第四强度理论：

p
2 2 d 3 d
2) 采用铸铁轧辊时，按莫尔理论：
2 2 p 0.375 d 0.625 d 4 d
轧辊危险断面取决于轧辊两侧辊颈支反力的大小和 传动端的位置。如不易判别，则应分别计算两侧辊颈的 合成应力，取较大值为辊颈危险端面的应力。
鉴于影响轧辊强度的某些因素如轧辊的铸 造缺陷、温度应力、轧辊断面的应力集中系数等 难以精确确定，轧制时的冲击负荷也只有通过一 定的测试手段才能获得，加之轧辊本身又是轧钢 车间的主要损耗件，因此轧辊的强度通常只按静 载荷验算，并将上述因素的影响纳入安全系数中。 型钢轧机与板带轧机的生产工艺、轧机结 构有所不同，故轧辊的强度计算方法亦有区别。
Baidu Nhomakorabea
§2.3. 2 轧辊的材料的选择及辊面硬度 初轧机和型钢轧机受力较大且有冲击负荷， 应有足够的强度，而辊面硬度可放在第二位。 初轧机常用高强度铸钢或锻钢；型钢粗轧机多 用铸钢。型钢成品轧机多用普通铸铁轧辊。 带钢热轧机的工作辊选择材料时以辊面硬度要 求为主，多采用铸铁轧辊。而支承辊在工作中 主要受弯曲，且直径较大，要考虑强度和轧辊 淬透性，因此，多选用含C r合金锻钢。 带钢冷轧机的工作辊对辊面硬度及强度均有 很高的要求，常采用高硬度的合金铸钢。
课后作业： 1、轧辊由哪几部分组成？ 2 、轧辊有哪些主要尺寸参数？重车率是 什么？ 3、常用轧辊的材料有哪些？
2.4 轧辊的强度校核 轧钢工艺人员在完成某个新产品的 孔型设计（压下规程设计）时，或对轧 机进行技术改造强化轧机的生产能力时， 必须对轧辊进行强度验算以判定工艺规 程设计合理性。它是轧钢工艺人员进行 完整的工艺设计中不可缺少的一环。