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1、1,轧机纵向刚度,6.1,轧机横向刚度,6.2,第六章 轧机的刚度,2,基本要求：,重点与难点：,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。,轧机横向刚度及轧辊的辊型调节原理,3,6.1 轧机纵向刚度,6.1.1 轧机纵向刚度的概念,(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。,轧辊,轴承,轴承座,压下螺丝,压下螺母,轧制压力,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,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
2、辊缝,值会影响轧机最小可轧厚度。,4,图6-1 轧机弹性、塑性曲线（P-h）图,5,式中， -轧制压力的改变量，kN； -弹跳值的改变量，mm； -轧机刚度系数，kN/mm。, 轧机弹性变形曲线弹跳方程, 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)；, 当,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：,6, 轧出轧件的厚度,式中，,-轧件厚度，mm；,-轧机弹跳值，mm；,-考虑预压靠变形后的空载辊缝，mm。,7, 轧件塑性变形曲
3、线轧件塑性变形方程, 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, 塑性刚度系数, 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；,B、B)；,8, 辊缝转换函数,表明轧制压力波动引起轧件厚度波动,，要消除它需,，但其效率受,、,制约,反向调整轧机辊缝,9,6.1.2 轧机刚度的测定, 轧辊压靠法 轧制法,10,6.1.3 提高轧机纵向刚度的措施, 缩短轧机应力回线长度,在普通轧机中，轧机的弹性变形,可近似地用虎克定律来表示,各受力部件的变形之和，即：,式中，,-轧机中零件的弹性模数,M
4、Pa；,、,、,、,-上下横梁、机架立柱、上辊轴承至上横梁的,、,、,-机架立柱、压下螺丝和下辊轴承座的断面积；,-上下横梁断面惯性矩mm3；,-系数。,、,、,、,长度和下辊轴承座高度，mm；,11,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 成的轧机，称为短应力回线轧机。,图6-2轧机的应力回线 a-有机架； b-无机架,12,预应力轧机,图6-3 四辊液压型预应力轧机,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 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。,13,6.1.4
5、 轧机刚度与轧件纵向厚差的关系, 设备状态变化时，轧机刚性与轧件纵向厚度精度的关系,而：,其中，,称为材料的塑性刚度系数。,此时扰动影响系数为,。为了尽量减轻轧辊偏心和轴承,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：,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。,14,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
6、时，有：,此时扰动影响系数为,。为了尽量减轻引起轧制力波动,的工艺因素对轧件厚度的影响，应采用刚性系数大的轧机。,15,6.2 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,16,四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。,式中，,-轧机横向刚性系数，kN/mm；,-轧制力,kN；,-板带材中部与边部的厚度差，mm。, 横向刚度的概念,17,(3) 板带
7、横向厚差产生的原因, 轧辊弯曲变形, 轧辊磨损, 轧辊弹性压扁, 热膨胀不均匀变形热凸度, 原始辊型车削加工问题,提高辊型设计水平,采用凸辊辊型控制；,采用凸辊辊型控制；,采用液压弯辊控制；,采用凹辊辊型，,冷却水控制；,及加工制作水平。,18,(2) 提高板带材的平直度和缩小横向板厚差的途径, 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。 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。 采用机械弯辊的方法，以抵消轧辊在轧制时的弯曲变形； 采用各种新型轧机，改善轧件的凸度和
8、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。,19,20,21,6.2.2 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,22,有无液压弯辊辊系受力情况的比较,23, 正弯工作辊法, 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,24, 下工作辊轴承座上装有液压缸，弯辊力 F 与轧制力同向，,减小工作辊扰度，轧制时抵消轧制力产生扰度，辊凸度小；, 优点：正弯工作辊需要
9、的弯辊力小，设备结构简单 ；, 缺点：,持辊轴承、轴颈、压下螺丝、机架负荷;,增加辊面边缘接触应力，增加工作辊轴承、辊颈、支,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。,25, 负弯工作辊法, 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,26, 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；, 优点：,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。,不影响压下螺丝、机架负荷，且减轻辊面间接触应力、
10、,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;,板带材厚度变化幅度比较小。,27, 正弯支持辊法, 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,28, 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, 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。,曲方向相反；,29,6.2.2.2 UPC轧机,图6-6 UPC 轧机原理示意图 e-偏心值；S-移动行程,
11、* 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 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。,30,6.2.2.3 CVC轧机,图6-7 CVC轧辊凸度控制原理 a-零凸度；b-正凸度；c-负凸度,A CVC轧辊原理,31,B CVC轧辊凸度,图6-9 CVC轧辊凸度解析,上辊辊形曲线为：,下轧辊的辊形曲线为：,32,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：,求出系数,、,为：,系数,和,可根据边界
12、条件确定，CVC轧辊的最大、最小直径分别对应坐标轴,和,，则有：,33,C CVC轧辊热凸度,轧辊热凸度模型,目前使用的轧辊热凸度模型为：,现场实际使用的热凸度,是轧辊中央截面热膨胀与距带钢边部40mm处,热膨胀之差，即：,34, CVC轧机工作辊热凸度测量和计算,图6-11 轧辊磨削前冷热辊形曲线,工作辊热凸度测量,35, 工作辊热凸度计算,CVC轧辊的基准直径,为：,冷热状态下，沿轧辊辊身任意截面处的实际辊径,为：,36,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,37,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
13、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。 CVC轧辊的磨损主要取决于辊缝几何形状和轧制压力，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。,38,图6-14 F1机架轧辊磨损曲线,39,6.2.2.4 HC轧机,6-15-1 HC轧机,40,41,6.2.2.5 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,42,图6-16 PC轧机的凸度调节能力,图6-17 PC轧机的轴向力,43,表1 末架F7轧制部分工艺数据,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。,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 的横向厚差？,作 业,
