轧制成形设备全册配套最完整精品课件2.ppt

1、 总成绩平时成绩40%卷面成绩60%。 平时成绩由作业(20%)、实验报告(10%)、出勤(10%)综 合组成。 作业与实验报告若有雷同的，不负责区分原始版本，均 记0分。 缺课3次及以上的同学，取消考试资格，请参加补考。 缺课2次，出勤的平时成绩记0分。 请假时，需书面假条，假条必需有辅导员的亲笔签名， 否则视为无效请假，按缺课处。 教材：压力加工设备，熊及滋主编，冶金工业出版社 出版， 1994。 参考书(1)轧钢机械，邹家祥主编，冶金工业出版社，1 980第一版、1989第二版、2000年第三版。 (2)轧钢机械设备，刘宝珩主编,冶金工业出版社 ，1986年第一版，2004年第3次印刷。

2、 轧制成形设备 绪论 2学时 轧辊与轧辊轴承 6学时 轧辊调整机构及上辊平衡装置 2学时 轧机机架 2学时 工作机座的刚度 2学时 轧机主传动装置及主电机 6学时 剪切机 6学时 矫直机 4学时 卷取机 2学时 其它辅助设备（活套、冷床、辊道） 2学时 机动(轧制设备新进展、复习) 2学时 总学分：2.5，总课时40学时。讲授36学时，实 验4学时，其中讲授36学时安排如下： 一、轧钢生产 1、概念 轧钢生产是将钢锭或钢坯轧制成钢材的生产环节。 优点：生产率高、品种多、生产过程连续性强、易于 实现机械化、自动化等，因此比锻造、挤压、拉拔等 工艺应用更广泛。钢材有90%是通过轧制而成，铝合金 有

3、70%左右为轧制。 连铸与热轧连铸与热轧 冷轧带钢 宝钢宝钢14201420冷连轧生产线冷连轧生产线 根据生产成品的种类及断面形状分：开坯生产、钢 板生产、钢管生产、型钢生产（包括线材） （1）开坯生产 如初轧厂，为钢管，线材，型材等提供原材料。 钢锭钢坯或大钢锭小钢坯 （2）钢板生产 a. 按制造方法分：热轧板带、冷轧板带 成块（片）供应：“板”，成卷供应：“带” b.按用途分：锅炉板、桥梁板、造船板、汽车板、电工板 等 c.按厚度分： 中厚板（h=4-60mm），其中：中板4-20，厚板：20-60， 特厚板：60，长度可达25m 薄板（h=0.2-4mm），板、卷供应，宽至2800mm

4、箔材（h=0.001-0.2mm，或更薄），宽度20600，一般成 卷供货。 （3）钢管生产 （4）型钢生产 1、定义 主要指完成由原料到成品整个轧制工艺过程中使用的机 械设备。 2、分类 根据各设备在轧钢生产过程中的作用和地位，习惯上将 轧钢设备分成主要设备和辅助设备两大类。 （1）主要设备 直接使轧件产生轧制塑性变形的设备称为主要设备，亦 称轧机、轧钢机、主机列。 1480年，意大利伟大的艺术家和工程师达芬奇绘制出冷轧 金属板的轧机草图，是世界上最早的轧机设计图。 1553年，法国人吕得埃和德科斯建成轧制金银板材的轧机 ，用以制造货币。该轧机借用与下辊相联的“强臂十字” 人工操作，使轧辊传

5、动。 1590年，比利时人博希在英国肯特郡的达特福特市首创用 水轮机驱动的轧机。 1720年，英国发明薄板叠轧技术，是金属加工技术的重要 进步。 1728年，英国佩思（J.Payne）发明轧辊带孔型的轧机，以 绞车驱动轧辊。这一技术获英国专利后，很快传入法国。 1766年，英国珀内尔（J.Purnell）在手摇式轧机基础上设 计成带孔型的双辊轧机，用于轧制线材，以生产熟铁螺栓 。这一发明扩大了熟铁的需求，从而推动了熟铁搅炼工艺 的发展。英国有了串列式小型轧机. 1790年，英国科克肖特（J.Cockshutt）等人设计建造了四 辊轧机，其上、下辊分别由单独的水轮驱动。 1798年，英国开始用蒸

6、汽机驱动轧机。 19世纪中叶，第一台可逆式板材轧机在英国投产，并轧出 了船用铁板。 1853年美国开始用三辊式的型材轧机，并用蒸汽机传动的 升降台实现机械化。接着美国出现了劳特式轧机。 1859年建造了第一台连轧机。 万能式型材轧机是在1872年出现的。 20世纪初制成半连续式带钢轧机，由两架三辊粗轧机和五 架四辊精轧机组成。 轧机包括： 工作机痤：轧辊、轧辊轴承、轧辊的调整装置、机架、轧 辊导卫装置、机痤。 主传动装置：联接轴、联轴节、齿轮痤、减速器 主电机 轧机结构示意图 工作机座 工作机座 250小型轧钢机，是重庆钢铁工业的第一台轧钢设备，成为重庆钢 铁工业近代化历程的重要实物见证。19

7、19年，四川督军熊克武， 设计在重庆兴建钢厂，派员前往美国，订购直径250毫米小型轧钢 机一套。1937年1月8日，250轧机正式投产。当年轧制各型钢材73 0吨。抗战爆发，重庆炼钢厂改名为“兵工署第24兵工厂”。250 轧钢机是为重庆各兵工厂生产优质钢材的主要设备。仅1945年， “250轧机”压制各种优质兵器钢材3943吨，为抗战胜利作出了重 大的贡献。 重大轧钢实验室小型实验轧机 轧钢设备中除轧钢机以外的各种机械设备，根据其 用途分： 切断设备：剪切机、锯切机等 矫直设备：矫直机 运输翻转机械：推钢机、出料机、辊道、升降台、冷床 等 收集轧件的机械：卷取机、垛板机、打捆机等 表面加工设备

8、：酸洗机组、镀复机组、清洗机组和打印 机等 改善组织与性能的设备：退火装置、淬火设备、控制轧 制与控制冷却设备等 （2）辅助设备 轧机标称由以下六部分组成： （1）轧机所生产的产品类别 开坯机：初轧机、中小型开坯机 型钢轧机：轨梁轧机、大型型钢轧机、中型型钢轧机 、小型型钢轧机及线材轧机 板带轧机：厚板轧机、中板轧机、薄板轧机 钢管轧机 特殊用途轧机：齿轮轧机、钢球轧机等 （2）轧辊辊身的主要尺寸 a. 板带轧机 以轧辊辊身长度为标称组成，四辊或多辊轧机是指工作辊。 b. 型钢轧机 轧辊的名义直径为标称组成，名义直径是指人字齿轮座的中 心距或人字齿轮节圆直径。 c. 钢管轧机 直接以其能够轧制

9、的钢管最大外径来标称 （3）轧辊数目 （4）轧钢车间轧机的台数 当轧钢车间装有几架轧机时，以最后一架精轧机轧辊的 名义直径作为轧机的标称。 （5）车间各轧机的布置型式 典型的布置型式有：横列式、串列式、半连续式、 连续式 （6）轧机的工作制度 可逆式与不可逆式两种。 产品类别产品类别- -辊身尺寸辊身尺寸- -轧辊数目轧辊数目- -轧机台数轧机台数- -布置型式布置型式- -工作制度工作制度 通常：机座数为1时，在轧机标称中不标出； 不可逆工作制时，在轧机标称中不标出。 举例：（1）1150二辊可逆初轧机。 （2）800二辊可逆/7602三辊/650二辊两列横列式大 型型钢轧机； （3）170

10、0二辊/1700四辊可逆/17002四辊连轧/1700 7四辊连轧热轧带钢轧机。 轧机通常按用 途、结构、布置 三种方式分类。 一、按用途分类 1. 1.具有水平轧辊的轧机具有水平轧辊的轧机 （1）二辊轧机 分可逆式和不可逆式，结构最简单、应用 最广。 （2）三辊轧机 a. 轧件在两个方向轧制，轧辊不反转。 用途：轨梁轧机、型钢轧机、小型开坯轧 机 b. 劳特式轧机 特点：中辊较小，且不传动，浮动于上下 轧辊间，靠上下轧辊摩擦带动，属老式结 构。 用途：轧制中厚板。 二、按轧辊在机座中的布置分类二、按轧辊在机座中的布置分类 （3）四辊轧机又叫四重轧机 特点： 由两个支承辊与两个工作辊组成，支承

11、辊的作 用是增强辊系的刚度。 轧机单向，也可可逆轧制。 可工作辊驱动，也可支承辊驱动，前者较多。 应用：广泛用于各种板带材的轧制，是板带材生产的 主要机型。 （4）多辊轧机 为了轧制更薄的钢板，就必须减小工作辊直径， 因而导致工作辊的刚度差，因而出现了多辊轧机，如 六辊、八辊、偏八辊、十二辊、廿辊轧机等 应用：主要用来生产冷轧薄带钢及箔材。 （5）行星轧机 由送料辊和行星辊构成。 作用： 轧件进行侧压、防边裂； 板坯热轧前的除磷； 轧制宽带钢时，将侧边轧平； 与水平机交替布置，以消除孔型 轧制时的翻钢工序。 2 2、带有垂直轧辊的轧机、带有垂直轧辊的轧机 3、具有水平辊及立辊的轧机 （1）二辊

12、万能轧机 有一对立轧辊：轧制板坯及宽带钢 （2）万能钢梁轧机 H型轧机，四个辊中心线位于同一垂 直平面内。 用途：轧制高度300-1200mm的宽边钢梁。 4、轧辊倾斜布置的轧机 用途：用于无缝钢管的穿孔和均整。 5、轧辊具有其它布置形式的轧机 圆环及轮箍轧机、钢球轧机、车轮轧 机、120度轧机、45度轧机、齿轮轧机 （2）横列式轧机 由若干架轧机工作机座横向布置成一列或几列，每一 列由一台电动机驱动，也可用两台电动机驱动的。 用途：中小型开坯轧机、轨梁轧机、大中型型钢轧机一 般采用一列式或两列式布置,三列或三列以上布置形式， 常用在小型或线材轧机上。 优点：投资少，易于建造、投产快。 缺点：

13、需横向移动，限制生产率的提高。 横列式横列式 （3）连续式布置 驱动方式：单独驱动：投资大，使用调整方便，应用较多 集体驱动：相反。 优点：单位产量投资少、轧制速度高，有较高的机械化和自动化水平。 缺点：总投资大，建设周期较长，改变轧件规格时轧机调整不方便。 用途：产量较大的热轧钢板车间、冷轧钢板车间、小型和线材车间、某 些初轧车间中的钢坯轧机。 （4）半连续式 横列式 连续式多机架式 其它 （5）其它布置形式 串列往复式、布棋式等 1.31.3 轧钢机械设备的发展轧钢机械设备的发展 要求：提高产品产量和质量、提高劳动生产率、降低原材 料和能源消耗、降低产品成本。 1、大型化 （1）轧辊直径增

14、加 （2）主电机功率增加 （3）原料（坯料）和卷重增加 2、高速化 热轧带钢：35m/s 冷轧带钢：45m/s 高速线材：140m/s 3、连续化 连轧机 4、自动化 辅助设备增多、功能更强大。 各小组分别综述以下述轧机的发展及现状 1.线材轧机 2.棒材轧机 3.中厚板轧机 4.管材轧机 5.铝及铝合金轧机 6.带钢热轧机 7.轨梁轧机 8.我国钢铁工业现状 完成时间：2016.9.23，第3周周5。 第1组第2组第3组第4组第5组第6组第7组第8组 杨 舟李泽诚陈俞行朱海平马 超祝润玉周 博黄勇博 王 越张俊铭余 锐曹雪莉邓 冲李 婷刘 鹏董小磊 卢逸夫管 博赵 樱任王瑞陈禹翔代啟敏刘 超

15、朱 玲 梁 爽邱 阳曲 凯张彦鑫李 和董 麒李家豪韦杰昌 李 莹谭光耀贺婷婷王环城汪若晨张 健单乾元吴彦龙 杜玉洁王 宽杜 琴李 平余晓东方新平包绎舒董宇峰 周 杭张文康韦建店郭瑞科文瀚颖文 新韩学刚曹昱宪 吴鸿图陈 汉张智高曹雪珍曹一欢孙昌政任 欢刘 星 赵永康徐 敬李垚鑫 轧辊是轧机上较贵重的易耗零件，其机加工和热处理 工序都很繁重。因此合理选择轧辊的的尺寸和结构，正确 地选择轧辊材料，尽可能精确地计算轧辊的强度、刚度是 轧机设计、正确使用、维护过程中极其重要的一环，是我 们专业必须掌握的一部分知识。 这部分我们主要讲述以下几方面的内容：（1）轧辊 概述；（2）轧辊的类型与结构；（3）轧辊

16、的参数；（4 ）轧辊的重车率；（5）轧辊的材质；（6）轧辊的强度计 算；（7）四辊板带轧机工作辊偏移量的确定。 中小型支承辊 冷轧工作辊 最高光洁度可达到 R0.01 花纹板轧辊 型钢轧辊 1、轧辊所受的载荷 a.机械载荷。承受较大的轧制压力、轧制力矩。有时还有 动载荷，如咬入瞬间以及轧制速度变化时，具有周期性 的特点。 b.热载荷。热轧时，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，易在轧辊表面形成网状 裂纹。比如热轧钢时，其轧件的温度通常在1100至1200 之间，而冷却水的温度则只有几十度。 c.摩擦磨损。轧件表面与轧辊间的相对滑动引起摩擦磨损 。轧制过程中的前滑、后滑

17、、咬入以及卡钢等，均能引 起轧件表面与轧辊间的相对滑动，致使轧辊辊身产生剧 烈磨损。 a.磨损失效。轧辊在正常使用条件 下，轧辊使用一定时间以后，需 对轧辊进行重车、重磨，当磨损 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强度 削弱而报废。 b.折断。主要由于轧制压力过大和 应力集中。其断裂原因有两点： 属于轧辊材料或轧辊制造质 量的原因，比如轧辊内部有铸造 缩松、缩孔、以及裂纹等； 轧制工艺、轧辊使用、操作 不当等。 轧辊的几种断裂形式(P28) 2 2、轧辊的破坏、失效主要形式、轧辊的破坏、失效主要形式 攀成钢棒材车间2009 年7月10日轧辊案例，此 轧辊为新轧辊7月9日检修

18、 更换。 a.材料要求：具有较高的强度和耐磨性能。轧辊在 轧制过程中承受着金属变形抗力而引起的交变应 力的作用，因此材料需要较高的强度。从上面轧 辊的工作特点可知，轧件表面与轧辊间的相对滑 动致使轧辊辊身产生剧烈磨损，因此还要求材料 具有较高的耐磨性。 b.结构要求：具有足够的刚度和制造、安装精度。 轧辊在轧制过程中的弹性变形及其形状和位置误 差，对轧材的精度有直接影响，因此要求轧辊具 有足够的刚度和制造、安装精度。 3、对轧辊的要求 1、类型 A. 轧辊按轧机 类型分 a.板带轧机轧 辊：辊身呈 圆柱形。 b.型钢轧机轧 辊：辊身上 有刻槽。 a.实心辊。无内孔， 较普遍 b.空心辊。有内孔

19、， 1.主要便于预热和冷却轧辊 2.工艺孔，即使轧辊经热处理后的内应力分布均匀， 以及在轧辊表面淬火时，可对轧辊通水内冷，提高 淬火效果。 内孔作用： B. 按有无内孔分 铸造辊离心铸造 锻造辊 镶套辊 堆焊轧辊 粉末冶金轧辊 喷射沉积复合轧辊 镶套辊 堆焊轧辊 C.按制造方法分 轧辊由辊身、辊颈、辊头(轴头)三部分组成。 辊辊身身 2、结构 (1).辊身 工作部分，直接与轧件接触。 不同类型的轧机具有不同的辊身形状 型钢轧机有槽辊身 板带轧机圆柱辊身 对于板带轧机，有时为了控制板型，还做成微凹、微凸的辊身。 热轧板带轧辊辊身微凹，当受热膨胀时，可保持较好的板型。 冷轧板带轧辊辊身微凸，当受力

20、弯曲时，可保持较好的板型。 (2).辊颈 支承部分，安装在轴承中。 形状有圆柱形和圆锥形，与选用的轴承有关。 圆柱形：滑动轴承，滚动轴承 圆锥形：液体摩擦轴承，锥度通常为15。 辊颈与辊身交界处是应力集中部位，属于薄弱环节，应有过渡圆角。 (3).辊头(轴头) 传递扭矩，与联接轴相接。 形状有梅花型、万向节型、带双键型三种，与联接轴有关。 当轧辊不转动扭矩时（如工作辊驱动的支承辊），以及只有单侧 传动时，轧辊可以不做成专门的辊头，而仅在辊颈外留有可供换辊的 起吊部分。 轧辊尺寸参数包括辊身直径、辊身长度、辊颈直径、 辊径长度、辊头尺寸等，其中辊身直径和辊身长度是表征 轧辊尺寸的基本参数，所以我

21、们先看辊身直径与辊身长度 的确定。 1、辊身直径D和辊身长度L的确定 对型钢轧机，轧辊直径越大，可刻槽就越深，也就 有轧出更大规格的型材，故轧辊的直径可反映该轧机 所能生产的品种规格。对板带轧机其辊身长度才能反 映轧机所能生产的品种规格。因此在确定辊身尺寸时 ，对有刻槽的初轧机和型钢轧机，先确定最重要的参 数辊身直径D，对板带轧机，也是先确定最重要的 参数辊身长度L。 在确定辊身参数之前，先看看两个与辊身直径相关的概念. 名义直径（公称直径）D：型钢轧机是指人字齿轮座的中心 距或人字齿轮的节圆直径。初轧机则是指辊环外径。 工作直径Dg：轧辊与轧件接触变形而直接工作的直径。 板带轧机：Dg辊环外

22、径 初轧机：Dg孔型槽底直径 复杂断面型钢轧机：Dg接触面的平均值 对于有槽轧辊，为了防止轧辊切槽过深而影响强度，要求： D/ Dg1.4 A. D的确定 根据以下三方面的确定D (1). 初轧机与型钢轧机轧辊的D与L a.强度条件，轧辊各处的计算应力应小于许用应力。 通常材料力学的许用应力是材料的强度除以安全系数， 为了保证轧辊的强度，并考虑到轧制时的冲击负荷、应力集 中和疲劳等因素的影响，通常安全系数较大，取n=5。 b. 咬入条件 式中h ：压下量 ：最大允许咬入角，不同的轧制条件下取值不同，具体 取值可教材P16表2.1-1。 c. D/ Dg1.4 u最后对辊身直径进行标准化，如初轧

23、机有750、850、1150等 ，横列式型钢轧机有300、500、650、800。 初轧机与型钢轧机的轧辊辊身长度与孔型布置的数目 和轧辊强度有关，辊身越长，可配置的孔型数目愈多， 但降低了轧辊的弯曲强度，根据各类轧机的用途及分工 不同，其辊身长度与轧辊的名义直径的比值L/D也不相同 初轧机：L/D2.2-2.7 型钢轧机：粗轧L/D2.2-3.0 精轧L/D1.5-2.0 轧辊辊身直径与辊身长度的最终确定，都必须通过强度 验算。 B. L的确定 A. L的确定 辊身长度是表征板带轧机的特征的重要参数，板带轧机 轧辊的辊身长度应与所轧板带的宽度相适应，辊身长度L 应大于所轧板材的最大宽度bma

24、x Lbmax 其中为随板带宽度而异的余量。 bmax200mm, =50mm bmax200mm, =100-200mm 的具体取值应考虑轧机的装机水平，有无张力和工人操作 水平等因素。 对于板带轧机的辊身参数，先确定辊身长度L，然后我 们再根据强度、刚度和有关工艺条件来确定其直径D。 (2)、板带轧机轧辊的L与D 通常四辊轧机支承辊的辊身长度与工作辊的辊身长度相等，对 无弯辊装置的中小型冷带轧机，为了减少带材的同带差、增大 轧机的横向刚度，有时将支承辊辊身长度设计成小于工作辊辊 身长度。 四辊轧机支承辊：辊身长 二辊轧机：轧辊直径可根据咬入条件及轧辊的强度来确定， 与初轧机、型钢轧机的轧辊

25、辊身直径确定方法相同。 四辊轧机： D1：工作辊辊身直径，D2：支承辊辊身直径 在确定辊身直径时，特别是工作辊直径时，除了考 虑咬入条件、强度条件外，还应考虑轧机轧出的最小板 厚hmin ，当辊身直径过大时，轧辊的压扁变形较大，无 法轧出所需的薄板，因此D1应尽量小。 B. D的确定 轧辊产生弹性压扁时可能轧制的最小板厚。在一定轧机上 轧制一定的产品时，随着板带的逐渐变薄，压下越来越困 难。当板带薄至某一限度后，不管如何旋紧压下螺丝或加 大液压压下的压力，不管反复轧制多少道，由于轧辊产生 弹性压扁而不可能再使产品变薄。这一极限厚度称为最小 可轧厚度。 按斯通(MDStone)推导的计算公式，最

26、小可轧厚度： hmin=3.58DK / E 公式中D为工作辊直径；为摩擦系数；K为金属平面变形 抗力；E为机械弹性模量。 冷轧时，D1与hmin存在一定的关系，根据经验 带张力轧制：D1（1500-2000）hmin 无张力轧制：D11000hmin 此外，D1还可由斯通(MDStone) 公式确定 式中 E：轧辊的弹性模量 hmin：带材最小厚度 f：轧辊与带材间的摩擦系数 k：带材的条件屈服极限，k=1.15 s Pa p ：平均张力。 p （T0T1）/2Pa 其中T0后 张力，T1前张力。 四辊轧机的D1、D2也可根据经验数据确定，对165台轧 机进行了统计，其统计数据为： 厚板 宽

27、带钢轧机 冷轧板带 粗轧精轧 L/D13.2-4.51.7-2.82.4-2.82.5-2.9 D2/D11.6-2.01.3-1.51.9-2.12.5-2.9 支承辊直径D2：是决定工作机痤弹跳值的主要参数，取 决于所需刚度与强度。 D2k/0.3 其中k：轧机所需的刚度系数。 2、轧辊辊颈尺寸d和辊颈长度l的确定 3、辊头型式与尺寸 自学10min P18-19 在轧制过程中，由于轧辊表面磨损，经过一定时 间后，表面光洁度、平直度等下降，将影响轧件 的质量，则需要对轧辊表面在车床上进行重车、 在磨床上进行重磨。 通常每次重车量为0.5-5mm，重磨量为0.01-0.5mm ，轧辊直径减少

28、到一定程度后，由于强度和表面 硬度降低，就不能再使用，即报废。 重车率定义：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。 不同轧机对重车率要求不同： 初轧机：10-12% 型钢轧机：8-10% 中厚板轧机：5-7% 薄板轧机：4-6% 四辊热连轧机 工作辊：36%，支承辊：6% 四辊冷连轧机 工作辊：36%，支承辊：10% 初轧机轧辊的重车率受咬入能力和辊面硬度的限制； 板带轧机轧辊只受表面硬度的限制。 1、轧制过程对轧辊材料的要求 （1）足够的强度； （2）耐磨性，表面硬度； （3）稳定性，耐热性； （4）咬入性能好。 2、常用轧辊材料 (1). 合金锻钢 热轧轧

29、辊：55Mn2, 55Cr, 60CrMnMo, 60SiMnMo等 冷轧轧辊：9Cr, 9CrV, 9Cr2Mo, 60CrMoV, 80CrNi3W, 8CrMoV等 GB/T 13314-2008，锻钢冷轧工作辊 通用技术条件 (2). 合金铸钢 ZG70, ZG70Mn, ZG80Cr, ZG75Mo, ZG75CrMo, ZG60CrMoV, ZG60Cr Ni等 (3). 铸铁 铸铁：普通铸铁，合金铸铁，球墨铸铁 根据轧辊在铸造过程中使用的铸型不同： l 半冷硬（HS50），轧辊表面没有明显的白口层 l 冷硬（HS60），表面有明显白口层，心部为灰口层，中间为麻口层 l 无限冷硬（

30、HS65），表面是白口层，白口层与灰口层之间没有明显 界限 铸铁轧辊优点：价格便宜，硬度高、制造简单。 缺点：强度低，球铁虽然强度高，但咬入性能差。 (4). 半钢 半钢轧辊C1.4-1.8%，介于铸钢与铸铁之间，属于过共析钢。 兼有铸钢的强度和耐热性以及铸铁的耐磨性。 注：布氏（HB）、洛氏（HRC ）、维氏（HV）、肖氏（HS）硬度 主要考虑工作特点（承受载荷）和破坏形式 （1）. 初轧机轧辊 工作特点：轧制力大，且有冲击负荷。 要求：强度和咬入条件是第一位的，耐磨性和光洁度是 第二位。（HS24-40） 材料：常用高强度铸钢或锻钢。 （2）. 型钢轧机轧辊 工作特点：轧制力大，且有冲击负

31、荷。 要求：保证尺寸精确性，强韧性和耐磨性具有相同地位， 但要求却不是很高。（HS40-50） 材料：粗轧机常用铸钢辊，如：ZG70, ZG70Mn, ZG8Cr, ZG15 CrNiMo等。 精轧机常用铸铁辊（普通铸铁轧辊）。 3、轧辊材料的选择 （3）. 板带轧机的轧辊 1）热轧 工作特点：轧制力大、转速高 工作辊： 要求：辊面光滑以保证质量，辊面硬度为第一位。 材料：多采用铸铁轧辊，以冷硬铸铁轧辊最佳（HS=58- 85） 支承辊： 要求：强韧性要求较高，表面硬度不如工作辊（HS=45-50） 材料：具有高淬透性的合金锻钢辊。 2）冷轧 工作特点：轧制力大，轧速高，辊面质量要求严格。 工

32、作辊： 要求：轧辊硬度高（HS=90-100），强度大； 材料：不能选用铸铁轧辊，铸铁的E值只有钢的一半。通用采用锻钢辊。 支承辊： 要求：强韧性要求较高，硬度（HS=50-65） 材料：一般选用锻钢。 现状 轧辊是轧钢生产中的主要消耗备件之一，轧辊消耗成本约 为轧钢生产成本的5%15%.如果考虑因轧辊消耗而带来的 生产停机、降产和设备维护增加等因素，则其所占生产成 本的比重会更高。 目前，我国轧辊吨钢消耗超过2.0kg/t，年消耗轧辊数十万 （？上百万）吨，年消耗轧辊资金70亿元以上，而发达国 家同期吨钢辊耗仅为1.0-1.4kg/t。 为了满足轧钢生产的实际需要，我国每年都需要花费大量 外

33、汇进口轧辊。 改变轧辊材质是提高轧辊性能的重要措施。轧辊材质发展的 明显趋势是广泛使用合金元素，且逐渐提高合金化程度。 如热轧带钢精轧前段由20世纪30年代的高镍铬无限冷硬铸铁 轧辊发展到60年代的半钢轧辊，70年代开始使用高格铸铁轧 辊和高铬铸钢轧辊，80年代末开始使用高速钢轧辊。 冷轧带钢工作辊材质由2.0%Cr钢发展到3.0%Cr、5.0%Cr钢， 到了90年代开始使用半高速钢、近来也开始使用高速钢。 棒线材和型材轧机轧辊材质也由普通冷硬铸铁、合金球墨铸 铁、高镍铬无限冷硬铸铁、高铬铸铁、锻造合金工具钢发展 到硬质合金。目前，高速线材轧机和棒材轧机上使用高速钢 轧辊也获得了满意的效果。

34、采用新材料，如采用高合金高速钢、工具钢和碳化物 弥散轧辊，使轧机生产效率提高，产品精确度提高， 但是同时也要求轧机操作条件作相应改变，特别是要 求更强的冷却，更严格的检测和轧辊要与具体机架相 匹配。工作辊越来越多地采用较硬的合金来铸造。 我国轧辊制造技术水平与国外先进国家相比，仍有较 大差距，具体体现在板带轧机使用的轧辊上。以热带 连轧机工作辊为例： 从最初的铸钢轧辊高铬铸钢轧辊近年来则是高 速钢轧辊，而目前我国高铬轧辊的制造正于试制阶段 。 高铬铸钢轧辊的使用寿命是铸钢轧辊的2-2.5倍，而高速钢 轧辊的使用寿命是高铬铸钢轧辊的2.0-2.5倍。此外可节省 轧辊换辊时间，提高效率。 高速钢轧

35、辊大多采用一些新的生产方法进行生产，如CPC （连续铸造法）、HIP（热等静压法）等生产制造工艺。 高速钢小知识：高速钢又叫“风钢”、“锋钢”。1861年 出现了以锰钨为基体的工具钢，是现代高速钢的雏形。这 种钢有一特点：在风中（空冷）即可淬火，因此人们称这 种工具钢为风钢，即风淬之钢。随着金属切削工业的发展 ，对刀具的切削性又提出了更高的要求，又发展了接近现 代高速钢化学成份的钨铬钢，用其制作刀具，刀刃锋利无 比，因此取名“锋钢”。现代高速切削速度下，在“锋钢 ”基础上，提高了共淬火温度（提高了400度），使“锋钢 ”具有红硬性，可以承受很高的切削速度，于是“锋钢” 的名字又被高速钢代替了。

36、 (2)新工艺 如带钢轧机的支撑辊目前一般以复合铸造辊代替整体铸造 的铁辊和钢辊，这种复合铸造辊由较硬的外壳和内部的韧 性芯体组成。 今后的发展是轧辊的喷射成形以及采用热等静压成形的粉 末冶金轧辊。 (3)激光毛化技术 激光毛化技术是80 年代末才在世界上出现并开始应用于 生产优质冷轧板、带材的高新技术,目前主要工业发达国家的 大型板、带生产企业都应用此技术来提高其产品的技术含量 用此技术很好地解决了薄带退火粘连、光亮退火还原不 足及性能不均等问题,改善了轧制条件,提高了轧辊的使用寿命 ,同时开发出了不同用途的如超深冲性和高涂漆光亮度的激光 毛化带材。 用激光束的脉冲作用形成具有一定表面形貌的

37、硬度极 高( HV1000) 的微坑和凸台结构，同时激光脉冲以一 定速度沿辊轴方向运动，在整个辊面形成密布的均匀 相变质点。 在轧制过程中，辊面上的凸台在材料表面 形成等量变形硬化凹陷质点。这种新型表面结构是在 不降低原材料表面韧性的情况下，由无数微小均布的 硬化点对表面实行钉扎，在辊、板的表层实现了刚柔 相济的表面结构。 激光毛化的本质是用物理方法在同种材料表面实现有 利的复合结构，它不但解决了薄带退火过程中存在的 一些问题，改善了轧制条件，延长了轧辊的使用寿命 ，而且对材料的性能有显著改善。可以使用计算机程 序控制来生产精细的花纹板带。 高速钢轧辊制造技术 作者:符寒光，邢建东著 冶金工业

38、出版社 页数:258 出版日期:2007.6 简介:本书简要地介绍了高速钢轧辊的发展、成分、合金元素 对高速钢轧辊组织和性能的影响、高速钢轧辊成形方法和热 处理方法及其工业应用 为了简化计算，一般进行静载荷计算，并将铸造缺陷 、热载荷、应力集中、冲击载荷等其它因素纳入安全 系数中。 计算时，通常辊身：弯曲强度 辊颈：弯曲与扭转强度 辊头：扭转强度。 （1）验算的特点 a.轧制力习惯上按集中载荷 看待； b.多条轧制和交叉过钢时， 一根轧辊上上常有数个轧 制力作用。 c.辊身各处的工作直径（Dg） 不同； d.需验算的辊身、辊颈和辊 头并不一定在同一根轧辊 上。这需要正确判断受力 最危险的机座以

39、及该机座 中最危险的轧辊。 受力图如右图 1、型钢轧辊的强度验算 （2）辊身强度 辊身同时受弯矩和扭矩作用，扭矩弯矩，因此通常只计算其弯 曲应力。 计算辊身断面的弯曲应力为： 其中： 为计算断面处的弯矩； 为抗弯断面系数； 辊身计算断面处的工作直径，重车后的最小直径； 根据静力学知识： 则计算断面处的弯矩为： 其中a 为两根压下螺丝的中心矩，通常为a=L+l。 当轧辊上同时轧制二根以上的轧件时，应分别计算力矩最大、辊 径最小处的辊身弯曲应力和扭转应力。 )51 . 2( 1 . 0 3 g D D D D D M W M )61 . 2()( 1 xa a x PxRM D （3）辊颈强度 当

40、辊颈受弯矩和扭矩作用时，应分别计算弯曲应力和扭转应力，然后分 别计算两侧辊颈的合成应力，取较大值为辊颈危险断面的应力。 辊颈上与辊身相接处的弯矩最大，其弯曲应力：(教材中等号左边 的 应为 ) 式中：辊颈与辊身相接处的弯矩；Wd：抗弯断面系数 d：辊颈直径； R：支反力（取R1、R2中大的） c：支反力至辊身边缘的距离，近似取l/2。 辊颈上的扭转应力： 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 合成应力 钢轧辊，按第四强度理论合成： 铸铁轧辊，按莫尔理论合成： 辊颈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

41、颈的合成应力，取较大 值为辊颈的危险断面的应力。 （4）辊头强度 辊头只受扭矩作用，只计算其扭转应力。型钢轧机常用梅花 辊头，则其扭转应力： 式中 Md1：作用在梅花头上的扭矩；d1：梅花头的外径； （1）板带轧辊强度计算特点 a.轧制力按均布载荷对待， 轴承两侧支反力相等； b.危险断面在辊身中央； c.辊颈及辊头的危险断面均 在传动侧。 （2）二辊板带轧机 受力图 2、板带轧辊的强度计算 辊身强度 与型钢轧辊一样，只计算其弯曲应力。在辊身中央具有最大弯矩， 其应力： 式中 P：作用在轧辊上的轧制力a：压下螺丝中心矩 b：所轧板带的宽度 D：辊身直径（轧辊重车后的最小直径）。 辊颈强度 辊颈

42、危险断面的计算与型钢轧辊相同。(R=P/2) 辊头强度 辊头的危险断面在传动侧，扭转应力为： 式中Wn：辊头的抗扭断面系数，其取值取决于辊头的结构形式， 其带单键槽、带双键槽、平台形式、矩形断面等形式的辊头取值分别 见教材(2.1-14)-(2.1-17)式。 四辊板带轧机有工作辊驱动和支承辊驱动两种方 式，两种方式的受力不相同(图2.1-7)，其轧辊强度验算 项目也不相同，其验算项目分别为： 工作辊 驱动 工作辊 支承辊 支承辊 驱动 工作辊 支承辊 辊身 弯曲 应力 弯曲 应力 辊身 弯曲 应力 弯曲 应力 辊颈 忽略弯曲 应力 辊颈 忽略弯扭 合成 辊头 扭转 无 辊头 无 扭转 (3)

43、 四辊板带轧机 工作 辊 支承 辊 辊身 弯曲 应力 弯曲 应力 辊颈 忽略弯曲 应力 辊头 扭转 无 工作辊 支承辊 辊身 弯曲 应力 弯曲 应力 辊颈 忽略弯扭 合成 辊头 无 扭转 轧辊各部分计算方法和计算公式与二辊板带的轧辊基本 相同。工作辊辊身中央和支承辊辊身中央的弯矩可按下式计 算： 工作辊： 支承辊： 此外，另外一种观点认为：四辊轧机的支承辊径D2与工 作辊径之比一般在1.5-2.9，支承辊的抗弯系数较工作辊大得 多，即支承辊有很大刚性，轧制时弯曲力矩绝大部分由支承 辊承担，在计算时，工作辊只验算扭转应力(工作辊驱动时) ，而支承辊只需计算辊身中部和辊颈断面的弯曲应力。 在轧辊强

44、度计算时，若在轧制过程中存在很大的前后张 力差以及工作辊有弯辊装置时，则对工作辊还要计算由此引 起的弯曲应力，并与其它应力合成。 3四辊轧机轧辊接触应力的计算 把四辊轧机支承辊与工作辊 看成轴线平行的两个圆柱体相接 触，当工作辊与支承辊间受均匀 压力时，则可把轧辊的接触应力 计算作为平面变形问题来处理， 即将轧辊看作单位厚度的两个圆 盘相接触。 在两辊接触单位长度上的负 荷作用下，接触处产生弹性变形 而变成一个小平面，其宽度为b， 即为接触宽度，或称弹性压扁宽 度。 四辊轧机的支承辊和工作辊之间承载时有很大的接触应力，接触 疲劳是造成轧辊表面剥落的一个主要原因，因此在轧辊设计及使用时 应进行校

45、核计算。 半径方向产生的法向正应力在接触表面的中部最大，其值可 按Hz公式计算： 式中：q接触面单位长度上的负荷；r1 、r2 工作辊与支承辊半径； K1、K2：与材质有关和系数 其中1、2 、E1、E2分别是两轧辊材料的泊松比和弹性模量。 当工作辊与支承辊材料相同时，取 =0.3时，上式可改写为： 虽然很大，但不致于产生很大的危险，因为在接触区近似 于三向压应力状态，能承受较高的应力。 在接触区内还存在切应力，其分布如图2.1-8所示。切应 力的最大值为 正应力与切应力的许用值与轧辊的表面硬度有关，其 取值可参考表2.1-7。需说明：表中的数值均高了几个数量 级。 安全系数取n=5，轧辊材料

46、的许用应力见表2.1-9，其数 值也高了两个数量级。 教材29-32页的例1与例2自学，应注意单位换算，例题 中单位换算有错。 四辊板带轧机的工作辊 和工作辊轴承、工作辊 轴承和支承辊轴承、支 承辊轴承和机架窗口之 间因装配关系不可避免 地存在间隙。轧制过程 中，如工作辊无固定的 侧向水平约束，在轧制 冲击力的作用下就会前 后摆动，处于不稳定状 态。 工作辊不稳定的后果 造成轧件厚度不均匀； 轧辊轴承受冲击； 轧辊磨损加剧； 保证工作轴稳定的措施是在设计四辊板带轧机时，人 为地使两工作辊的联心线相对于支承辊的联心线沿轧 制方向有一个偏移量，从而使工作辊在轧制的任一时 刻都有一个方向不变、数值一

47、定的水平力将其压靠在 支承辊的辊身上。 (1).正向轧制(工作辊向 轧制出口方向偏移) 支承辊受力情况 受力： A：工作辊对支承辊的 作用力P0； B：轴承的支反力R 根据平衡，P0与2R 应大小相等，方向相 反，作用在同一条直 线上。 m R2 2 H T 2 h T 0 P x P P 0 P e 2 1 工作辊驱动：正向轧制 即向轧件出口方向偏移 1、工作辊驱动下的工作辊偏移量的确定 R在支承辊上形成摩擦力矩，其值为： Mf= R 2d2/2=R2 式中：2支承辊的摩擦圆半径； 2 支承辊轴承的摩擦系数 所以，R与2相切。 当忽略工作辊与支承辊间的滚动摩擦时，支反力R的 方向应在轧辊圆心

48、的连线上，即两轧辊相切处。如考 虑滚动摩擦，R则与摩擦圆相切，R作用点在工作辊与 支承辊接触处偏离一个滚动摩擦力矩的距离m，一般m =0.1-0.3mm。设R与两辊连心线间的夹角为 ，则 确定出R的作用点及作用方向 2 2 R m Sin 工作辊受力情况 受力：A：轧制力P，它与臂a组成轧制力矩； B：支承辊的反作用力P0； C：工作辊轴承处的支反力Px，产生摩擦阻力矩。 P：由于前后张力的作用，P将与垂线有一夹角 Px：与摩擦圆相切，形成摩擦力矩(Mf)。因此应位于工作辊辊心水平线 之下，方向应与R的水平分量相反。 根据力的平衡条件： P TT Hh 2 sin 0 y F)cos(cos

49、0 PP 0 x F x PPP)sin(sin 0 )(cos )(cossin tgtgP tgPPPx 由于 、 、 均很小，故可以近似地认为： 故Px可改写为： 式中： 要使Px0，则： 把 、 、 的代入上式则有： 其中e0：临界条件偏移矩。 如无张力， e0 e0时，即可保证工作辊稳定性。 )(1costgtg )( PP x 2 2 2 2 2121 arcsin 22 arcsin arcsin R m R m P TT P TT RR e RR e HhHh 0 0 2 2 21 ) 2 )(e P TT R m RRe Hh (2).反向轧制（工作辊向轧制入口 方向偏移）

50、受力如图： 所以： 为保证Px0，则有 即 故可以得到反向轧制时工作辊 的稳定性条件为： m R2 2 H T 2 h T 0 P x P P 0 P e 2 1 工作辊驱动：反向轧制 即向轧件入口方向偏移 0 y F)cos(cos 0 PP 0 x F x PPP)sin(sin 0 )(costgtgPPx 0)(tgtg 0 0 2 2 2 21 R m RR e P TT Hh 0 2 2 21 ) 2 )(e P TT R m RRe Hh 综合以上正负方向轧制临界值，有： “”用于正向轧制，“”用于反向轧制。 0 2 2 21 ) 2 )(e P TT R m RRe Hh 综合