2024年-轧机的刚度讲解课件

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05五月20242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

05五月202436.1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辊缝值会影响轧机最小可轧厚度。05五月20244图6-1轧机弹性、塑性曲线（P-h）图05五月20245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。⑵轧机弹性变形曲线—弹跳方程

①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′)；②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：05五月20246③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。05五月20247⑶轧件塑性变形曲线—轧件塑性变形方程

①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②塑性刚度系数③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′)；05五月20248④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05五月202496.1.2轧机刚度的测定

⑴轧辊压靠法⑵轧制法05五月2024106.1.3提高轧机纵向刚度的措施

⑴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,MPa；、、、-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；05五月202411

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05五月202412⑵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。05五月2024136.1.4轧机刚度与轧件纵向厚差的关系⑴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。05五月202414⑵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。05五月2024156.2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05五月202416

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。⑴横向刚度的概念

05五月202417(3)板带横向厚差产生的原因①轧辊弯曲变形②轧辊磨损③轧辊弹性压扁④热膨胀不均匀变形热凸度⑤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。05五月202418(2)提高板带材的平直度和缩小横向板厚差的途径

⑴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。⑵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。⑶采用机械弯辊的方法，以抵消轧辊在轧制时的弯曲变形；⑷采用各种新型轧机，改善轧件的凸度和平直度。*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。05五月20241905五月20242005五月2024216.2.2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05五月202422有无液压弯辊辊系受力情况的比较05五月202423⑴正弯工作辊法

①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05五月202424②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；③优点：正弯工作辊需要的弯辊力小，设备结构简单；④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。05五月202425⑵负弯工作辊法

①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05五月202426②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；③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、

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。05五月202427⑶正弯支持辊法

①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05五月202428②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

③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；

05五月2024296.2.2.2UPC轧机图6-6UPC轧机原理示意图e-偏心值；S-移动行程*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。05五月2024306.2.2.3CVC轧机图6-7CVC轧辊凸度控制原理a-零凸度；b-正凸度；c-负凸度ACVC轧辊原理05五月202431BCVC轧辊凸度图6-9CVC轧辊凸度解析上辊辊形曲线为：

下轧辊的辊形曲线为：05五月202432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：

系数和可根据边界条件确定，CVC轧辊的最大、最小直径分别对应坐标轴和，则有：05五月202433CCVC轧辊热凸度⑴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：05五月202434⑵CVC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①工作辊热凸度测量

05五月202435②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：05五月202436

图6-12F7机架轧辊热凸度

图6-13F7机架辊身表面温度沿辊身长度上分布05五月202437DCVC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。

05五月202438图6-14F1机架轧辊磨损曲线05五月2024396.2.2.4HC轧机6-15-1HC轧机05五月20244005五月2024416.2.2.5PC轧机

图6-15PC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05五月202442图6-16PC轧机的凸度调节能力

图6-17PC轧机的轴向力05五月202443轧件出口温度（℃）902898895896轧制压力（t）800810820830轧件出口厚度（mm）6.3106.3206.3306.340轧件边中差（mm）0.08410.08050.08610.0872表1末架F7轧制部分工艺数据

某热连轧