四辊冷轧机设计之轧机机架设计说明书.doc

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1、大学毕 业 设 计（论 文）题目 190/500*450四辊冷轧机设计之四-轧钢机机架设计学生姓名： 学生学号： 指导教师： 机械工程 学院 机械设计制造及其自动化 专业 班2011年6月15日毕业设计（论文）任务书专业 机械设计制造及其自动化 班级 姓名 下发日期 2011-3-6题目190/500450四辊冷轧机设计之四专题轧机机架设计计算主要内容及要求1、计算设计本道次（1.8mm1.4mm）轧制力、驱动力矩，并选择电动机；2、机架的静强度、刚度计算，有限元分析；3、完成机架传动侧、操作侧、机架装配图的设计；4、单片机架（传动侧）结构设计；5、撰写设计说明书，完成2.5张图纸。主要技术

2、参数1、轧制材料：25Cr2MoVA；2、原料规格：3.1200；3、轧制规程：；4、轧制速度：2m/s。进度及完成日期3月14日3月16日：石横特钢参观实习，写实习报告及查阅相关资料；3月17日4月09日：比较各种结构，选择最优设计方案；4月10日4月19日：对整机及部件进行设计计算；4月20日5月24日：CAD制图；5月25日6月03日：编写设计说明说；6月04日6月15日：毕业答辩审查准备；6月15日6月21日：审阅与答辩。教学院长签字日 期教研室主任签字日 期指导教师签字日 期指 导 教 师 评 语 指导教师: 年 月 日指 定 论 文 评 阅 人 评 语 评阅人: 年 月 日答 辩

3、委 员 会 评 语评定成绩指导教师给定成绩(30%)评阅人给定成绩(30%)答辩成绩（40%）总 评答辩委员会主席签字青岛理工大学 本科毕业设计（论文）说明书摘要本轧机为小型四辊冷轧机，重点设计了机架部分。机架是轧钢机的重要部件，用来安装整个辊系及轧辊调整装置，并承受全部轧制力。因机架重量大、制造复杂一般给予很大安全系数，并作为永久使用的不更换零件来进行设计。机架的设计步骤可分为以下几步：1）初步确定机架的形状和尺寸；2）常规计算：利用材料力学、弹性力学等固体力学理论和计算公式，对机架进行强度、刚度和稳定性等方面的校核；3）有限元静态受力分析。本设计主要采用了采利柯夫计算方法进行闭式机架的强度

4、和变形计算，然后采用有限单元法校核机架的应力、变形及安全系数。用有限单元法可求出机架完整的应力场。在以往机架的设计中，安全系数取得很高但仍不能保证机架可靠工作。机架的破坏多在压下螺母孔、机架窗口转角处等应力集中大的部位。采利柯夫计算方法只能求得某些部位的应力值。而有限单元法不但能求出整个机架各部位的应力场，特别能真实地反映局部部位高应力水平的数值。关键词：机架；设计步骤；计算方法；有限单元法AbstractThe mill is a small four-high cold rolling mill. The project is on the design of the Mill Housi

5、ng. Mill Housing is one of the most important components which is used for installing the whole system of Roll, the device which regulates Mill Roll and supporting all of rolling pressure. Mill Housing has been designed the perpetual and unsubstitutive component for its large weight, complex technol

6、ogical process and high safety coefficient.Frame design steps can be divided into the following steps: 1) The frame is determined primarily shape and size 2) The conventional calculation: the material mechanics, mechanics of elasticity and other solid mechanics theory and calculation formula of cutt

7、er, the strength, stiffness and stability checking aspects. 3) Tinted element static and dynamic analysis and model test (or physical test) and the optimized design 4) Manufacturing technology and economy analysis.Strength and Deformation calculation of Close-top mill housing mainly adopt the Calcul

8、ation Method of A.I.Tselikov, and then use the Finite Element Method to compare Housings Stress, Deformation and safety coefficient.We can gain the complete stress filed of Mill Housing through using the Finite Element Method. In the past design of Mill Housing, safety coefficient is bestowed with h

9、igh number but it couldnt assure the reliability of Housing. The parts where are easily destroyed are distributed where stress concentrate such as the hole which is installed roll positioning nut, the corners of window of the Mill Housing and so on. The calculation method of A.I.Tselikov cloud only

10、gain the stress of some places, but the Finite Element Method can specially and authentically reflect the level of high stresss numerical value of the partial.Key words: Mill Housing; Design steps; Calculation Method; Finite Element Method目录摘要IABSTRACTII目录III第1章 绪论11.1 冷轧带钢生产概况和发展方向11.2 冷轧机的类型、特点及工作

11、原理21.3 冷轧带钢的生产工艺3第2章 设计方案的比较82.1 主转动方式82.2 传动型式92.3 轧辊轴承92.4 压下装置的结构形式102.5 轧辊平衡装置112.6 设计方案的确定11第3章 设计计算123.1 设计题目及要求123.2 原始数据123.3 轧辊参数的确定123.4 轧制力能计算133.5机架的设计计算27结论42参考文献43致谢44附件145摘要451 前言452 闭式机架结构及载荷分布特点463 有限元分析463.1 有限元模型的建立及模型载荷的处理463.2 有限元计算结果与分析483.2.1变形分析483.2.1应力分析493.2.1机架强度与刚度分析504

12、结论515 参考文献51附件252附录161附录263附录36570第1章 绪论1.1 冷轧带钢生产概况和发展方向1.1.1 冷轧带钢生产在国民经济中的地位冷轧带钢生产在国民经济中占有十分重要的地位。随着汽车的制造、食品罐头、容器包装、精密仪器、房屋建设、机械制造和船舶工业的迅速发展以及家用电器和各种日常生活的需求量成倍增长，对冷轧带钢的需求量也迅速增加。当前，大力发展冷轧带钢的生产，逐渐提高冷轧带钢在轧钢产品中的比重，迅速提高冷轧带钢的质量，不断增加冷轧带钢的产品，满足各个工业部门的，特别是与人民生活密切相关的，轻纺织工业和日用电器，生活用具等。以及外贸出口对冷轧带钢急剧增加的需要，是重型机

13、械制造和钢铁生产部门面临的一项重要而有十分紧迫的任务。1.1.2 冷轧带钢的生产历史及发展方向冷轧带钢生产始于1660年，当时是在二辊轧机上进行的。冷轧带钢和薄板一般厚度为0.13mm,宽度为1002000mm；均以热轧带钢或钢板为原料，在常温下经冷轧机轧制成材。冷轧带钢和薄板具有表面光洁、平整、尺寸精度高和机械性能好等优点，产品大多成卷，并且有很大一部分经加工成涂层钢板出厂。只有少量的非凡用途的冷轧合金钢板采取单片轧制。冷轧带钢和薄板的产量在工业发达国家已占钢材总产量的30左右。钢种除普通碳钢外，还有硅钢、不锈钢和合金结构钢等。近年来，冷轧带钢生产技术的发展，主要是增加钢卷的重量，加快机组速

14、度，提高产品厚度精度，改善板形，提高自动化程度及改进轧机的结构和生产工艺，其典型有WRS轧机、HC轧机、VC轧机、CVC轧机、HVC轧机、FFC轧机，全数字控制高精度可逆式六辊冷轧机组，或全数字控制高精度可逆式四辊冷轧机组等。在带钢冷轧机上，广泛的采用液压弯辊装置或抽动工作辊装置来改善板形，由于冷轧带钢的厚度公差要求高，为增加轧机压下装置的响应速度，在冷轧机上采用了全液压装置及厚度自动控制装置，对于高速高产量的带钢冷连轧机，实现计算机控制。1.2 冷轧机的类型、特点及工作原理1.2.1 轧机的类型轧钢机构造可以轧辊数目及其在机座中位置为特征进行分类为：二辊式轧机、三辊式轧机、三辊劳特式轧机、复

15、二辊式轧机、四辊式轧机等。轧钢机按布置分类可分为单机座式、横一列式、连续式等。连轧机生产效率高，轧制速度快，但产品单一，变动不大时，最能发挥其优越性。其类型如图所示1：图1-1 轧辊类型图1.2.2 冷带轧机各类的特点及工作原理由于轧辊的辊数不同，则各类轧机的特点也不同：1、二辊式轧机：此轧机结构简单，工作可靠，由直流电动机驱动，用于二辊可逆式初轧机，可将钢锭往复轧制成各种矩形坯，也可用于轧制轨梁和中厚板。2、三辊式轧机：其在同一机座上轧件可两向轧制，而轧机无需反转，由一台交流电动机经减速器和齿轮座驱动数台三辊式轧机，可实现轧件往复多道次轧制。它用于开坯和型钢生产，具有设备简单和投资少的特点。

16、3、三辊劳特式轧机：此轧机中辊直径较上下辊为小，浮动在上下辊间。轧机由交流马达经减速器和齿轮座驱动轧机上下两辊，中辊靠摩擦力转动，轧件可往复多道次轧制，用于轧制中厚板或薄板开坯。4、复二辊式轧机：此轧机作用与三辊式相似，但轧辊调整、孔型配置较方便，用于横列式中小型轧机。5、四辊式轧机：是带钢冷轧机中最通用的机组，这种轧机采用闭口式机架，两个牌坊有横梁或其它轧机连接形成一个刚体，通常采用工作辊驱动， 但是近来趋向于支承辊驱动。6、多辊式轧机：为适应冷轧板带产品尺寸向高精度和大的宽厚比方向发展需要，出现了六辊、十二辊和二十辊轧机。另外，为提高轧机刚度，简化轧机结构，又出现了各种类型多辊式轧机。1.

17、3 冷轧带钢的生产工艺大型轧钢车间生产钢轨需要以下工序：表面清理加热轧制锯切缓冷矫直铣头钻孔淬火检查冷轧带钢的生产工艺总的来看有以下三点：1、加工温度低，钢板在轧制过程中，将产生不同程度的加工硬化现象。它使变形抗力增加，塑性降低。这样就使轧制力增大，易发生脆裂。因此必须有软化退火，使轧件恢复塑性，降低变形抗力，以便对轧件经行继续轧制。在冷轧生产过程中，每次软化退火之前完成的冷轧工作称为一个“轧程”，在一定的条件下，钢质愈硬，成品愈薄，所需之轧程愈多（软化处理，又称在结晶退火或固溶处理）。2、冷轧中采用工艺冷却与润滑（1）工艺冷却：在高速冷轧机上，金属塑性变形产生大量的热量，为保持轧辊所需辊型，

18、轧辊表面需要冷却。轧制速度越高，冷却问题显得尤为重要。如何合理的强化冷却过程的冷却已成为发展现代冷轧机的重要的研究课题。图1-2 冷连轧润滑液和冷却液供给系统1实验表明，带钢冷轧时其变形功中约有84%88%转变为热能，使工作辊表面可升温到80120，支撑辊表面温度可达到5070，工作辊辊身中部与边部温度差通常为1520，最高可达3040。支撑辊辊身中部与边部温度差通常为58，最高可达1520。因此冷轧过程中必须对轧辊和带钢进行冷却。否则，轧辊表面会由于温度过高引起淬火层硬度降低，从而影响带钢的表面质量和轧辊寿命。另外，轧辊温度升高和温度的分布不均匀会破坏正常的辊型，直接影响带钢的板形和尺寸精度

19、同时轧辊温度过高还会使冷轧润滑剂失效，油膜破裂，影响冷轧过程的正常进行。因此我们必须采取适当的措施吸走或控制这部分热量，即便变形发热率，单位时间发出的热量q。其表达式为：式中：系数；小于1的修正系数；机械功的热当量；所轧材的宽度；该道次的绝对压下量；轧制速度；轧制时的平均单位压力。取；所以。实验证明，水是一种比较理想的冷却剂，它具有比热大、吸收率高、成本低等优点。因此通常情况下，冷连轧机组采用水或以水为主要成分的乳化液作为冷却剂。只有某些特殊的轧机，由于工艺润滑与轧辊轴承共用一种润滑剂，才采用全部油冷，但为了保证冷却效果，需给予足够大油量。从实现强大轧制的角度来看，我们所关心的是如何提高冷却

20、液的冷却能力，即提高冷却效果。有物理学可知一定质量的液体在单位时间内所吸收的热量可表示为：式中：冷却液的比热；比重；单位时间所需冷却液的体积；、冷却液前后的温度。由以上关系可知，在冷却液种类和冷却系统均一定的情况下，为增加q，只有增加流量m，但这往往受到原有冷却设施的限制，所以通常是改变冷却液的种类和增加冷却液的温度来增加其吸热能力。冷却液简单地喷浇在轧辊和轧件上，与高压冷却液雾化，冷却效果大大不同，实际资料表明，即使在采用有效的工艺冷却的条件下，冷轧板卷在卸卷后的温度优势仍达130，甚至还要高，由此可见在轧制变形区的料温一定比这还要高，辊面温度过高会引起工作辊淬火层硬度的下降，并有可能促使淬

21、火层内发生组织分解（残余奥氏体的分解），使辊面出现附加的组织应力。另外，从其对冷轧过程本身的影响来看，辊温的反常现象以及辊温分布规律的反常或突变均导致正常辊面条件的破坏，直接有害于板形与轧制精度。同时，辊面过高也会使冷轧工艺润滑剂失效（油膜破裂），使冷轧不能顺利进行。综上所述，为了保证冷轧的正常生产，对轧辊和轧件必须应采取有效的冷却和控温措施。（2）工艺润滑：冷轧过程中，带钢与轧辊接触表面存在摩擦。为了降低轧制力、减少摩擦的影响，需进行工艺润滑。工艺润滑的作用包括：1）通过润滑剂在轧辊和带钢表面形成一层油膜，当润滑剂渗入轧辊与带钢接触表面的凸凹部时，可以把带钢与轧辊分隔开，从而降低接触表面的摩

22、擦系数，降低轧制负荷。2）冷轧过程中，由于剧烈的摩擦及变形功而产生很大的热量，工艺润滑剂可以防止粘辊的发生。3）工艺润滑对保护轧辊表面、改善带钢的表面质量起着重要作用。一方面，在润滑剂的保护下，可防止轧辊表面氧化。另一方面，带有润滑剂轧制对被轧带钢起到了“抛光”作用。生产实践与实验表明，采用天然油脂作为冷轧的工艺润滑剂在润滑效果上优于矿物油，这是由于天然油脂与矿物油在分子的结构上与特性上有质的差别所致。如表1-1所示：表1-1 轧制油的组成冷轧用乳化液应满足如下要求：1、高温、高压条件下，具有良好的润滑特性和冷却效果。2、脱脂性能良好，润滑剂轧后易于清除，保证成品带钢表面光洁。3、具有良好的化

23、学稳定性，带钢不易生锈，不易腐蚀。4、具有良好的乳化性能，使用方便。5、成体低，废液易处理，无环境污染。冷轧过程中油的耗用量还是相当大的。现在，可以通过乳化剂的作用把少量油于大量水混合起来制成乳状润液。可以较好的解决油的循环使用问题，在这种情况下水是作为冷却剂与载油剂而起作用的。此时乳化剂需满足浓度、皂化值、PH值、铁含量等要求。（3）冷轧中采用张力轧制：张力轧制是冷却的一大特点。所谓“张力轧制”，就是轧件在轧辊中的辗轧变形是有一定的前张力与后张力作用下实现的。单位张力是作用在带材断面A上的平均张应力3：式中：T总张力；张力的主要作用有以下几个方面：1）防止带钢在轧制过程中跑偏（即保证正确对中

24、轧制）。2)使所轧带钢保持平直（包括在轧制过程中的保持板形平直以及轧板型良好）。3)降低轧件的变形抗力，便于轧制更薄的产品。4)其适当调整冷轧机主电机负荷的作用。防止轧件跑偏是冷轧操作中关系到能否实现轧制的一个重要问题。跑偏将破坏正常板型，引起操作事故甚至设备事故，若不很好加以控制，将不能保证冷轧的正常进行。防止跑偏的方法有：1)采用凸行辊缝；2)采用导板夹逼；3)采用张力轧制。通过改变卷取机，开卷机及轧机主电机的转速以及各架压下可以使轧制力，张力在较大的范围内变动。借助准确可靠的测试仪，并使之与自动控制系统结成闭环，可以按要求实现恒张力控制，配备这种张力闭环控制系统是现代冷轧机的起码要求。生

25、产中张力的选择主要是平均单位，从理论上讲，单位张力似乎应当尽量选的高一些，但是不应超过带钢的屈服极限，根据以往的经验，一般轧机；而冷轧薄带刚。第2章 设计方案的比较2.1 主转动方式目前，小型四辊冷轧机的主转动方式有如下三种：（1）传动工作辊；（2）传动支承辊；（3）单辊传动。一般是电机通过减速器与齿轮座来直接传递工作辊，这种形式对于轧制过程比较有利，但是对于较小的轧机，它又受到工作辊辊颈和方向接轴所能传递的扭转力矩的限制，而传递工作辊不能达到要求时，就需传递支承辊，而传递支承辊是靠摩擦力来传递工作辊的。这样将会碰到关于工作辊力的传递问题，这就是要增大轧辊的传动部件。同时还要考虑轧辊与轧件间的

26、打滑问题。为了解决上述问题，防止出现支承辊断辊、工作辊辊头扭断等现象，可采用异径轧制、单辊驱动等措施来解决。本次设计由于轧制力与轧制力矩不是很大，故不需考虑此问题，但同时采用单辊驱动又会带来一系列新的问题。由于采用单辊传动，使两个工作辊自然会产生一定的速度差，从而使轧制力有所降低，据实际分析证明，当变形区长度上出现搓扎区，一般可能使轧制压力下降约520%。由于单传动轧制时上下辊速度的配合是自然的，过程简单易行，无需复杂的控制系统。采用异径轧制，并尽可能的减小空转辊的直径，充分发挥小辊的轧制可降低轧制压力的优点，以保证受力零件的正常工作，同时又有利于增大压下量，减小道次，从而提高轧机的工作效率。

27、在普通的四辊轧机工作中，尽管其主机列通常是有主电机通过减速机和齿轮座传递两个工作辊，但是在预压力作用下，由于工作辊径的差别等原因，给冷轧薄带钢轧机的传动带来很大的影响：在薄带轧制中常出现量接轴传动力矩的分配不均，某个接触力矩为零或趋近于零。由于辊颈差事实上不可能消除，使用较大的预压力亦是必要。可以认为，轧辊的传动力矩在两轧辊上的分配并不总是大致想当相等的。在运转中的轧机上，即从轧辊空转，压靠以至轧制阶段，辊颈稍大的轧辊接触中传动力矩永为正值，而辊颈稍小者，其传动力矩可在负值至正值的广大范围内变化，者是薄带钢轧制的轧机传动特点，对于这类轧机，在一定的条件下实际上是单辊传动的。一般看来，当轧件较薄

28、时使用预压力较大，直径稍小的轧辊上，其传动接触可能实际上不起作用，甚至反而有害。另一方面，由于轧件较薄，又是成卷轧制的，咬入条件能够保证，有可能实现单辊传动。在主机列中，自然可将齿轮座从设计中取消，减小设备的投资，降低动力传传递的能量消耗，从而取得一定的经济效果并可充分利用换辊，在操作上也会有许多方便。2.2 传动型式对于单机座轧机，有可逆式和不可逆的工作制度，现分述如下1：1、不可逆式轧机工作制度小型冷带轧机采用不可逆式工作制度最多。当采用这种工作制度时，轧辊与轧件的运动方向始终不变，但轧制速度却有可调和不可调两种，轧制速度不需要调整的小型冷带轧机，通常选用交流同步电动机和异步电机。在连续式

29、冷带钢轧机上，为了保证通过每个机座的金属秒流量相等，保持轧件张力的恒定，需要在轧制过程中不断调整轧制速度。这类轧机，一般都采用调速范围广、超载能力大、惯性力矩小的直流电动机来传动。运转方式可分为：几乎保持严格不变的轧制速度；轧件通过时，轧制速度稍微降低；仅在轧机调整时才调节速度；在轧件通过时，在较大范围内调节轧制速度。2、可逆式工作制度用可逆式冷轧机轧制时，轧辊既能逆转又能调速。这类轧机采用调速范围广、惯性力矩小的直流电动机传动。为提高轧机的生产能力，可逆式冷轧机一般都有快速启动和制动的要求。目前，对单机座小型冷轧机，采用可逆式有很多有优点，它能大大提高生产效率，以减少板带钢的吊运与安装。2.

30、3 轧辊轴承轧辊轴承用来支承转动的轧辊，并保持轧辊在机架中正确的位置。轧辊轴承与一般轴承的工作条件差别很大，其特点：1、承受能力很高，这是因为轴承受外围尺寸的限制和在较短的辊颈内可用很大的许用应力所决定的；2、运转速度差别大；3、工作环境恶劣。轧辊轴承的性能与摩擦功率的损耗成正比，表征了轴承的发热率。其主要形式是滚动轴承与滑动轴承。滚动轴承主要是用双列球面滚子轴承，四列圆锥滚子轴承。在某些情况下，由于受轧辊轴承尺寸的限制，可采用滚针轴承。板带轧机上多用滚动轴承。2.4 压下装置的结构形式压下装置目前就驱动方式而言有手动的、电动的和液压的三种结构型式1。1、手动压下 其优点是结构简单，价格低。其

31、缺点是体力劳动繁琐，压下速度和压下能力较小。2、电动压下 电动压下是最常用的上辊调整装置。是电动机通过圆柱齿轮减速箱和涡轮减速箱传递运动的，它可以用于所有的轧机上，如初轧机、板坯轧机、冷板带轧机等。其优点是移动距离可达较大的数值，压下能力较大，缺点是结构复杂、反应时间较慢、效率较低。压下装置的结构在很大程度上与轧辊的调整速度、调整距离、调整频率、和调整精度有关。按照压下速度的大小，电动压下装置可分为快速压下装置和慢速压下装置两大类。（1）快速压下装置 由于其压下速度一般大于1mm/s，故称为快速压下装置。这类压下装置多用在初轧机、板坯轧机、中厚板轧机、连轧机组的可逆式粗轧机上。其工艺特点是：1

32、工作时要求大行程、快速和频繁的升降轧辊。2）轧辊调整时，不“带钢”压下，即不带轧制负荷压下。（2）慢速压下装置 这类装置通常用在热轧或冷轧薄板和带钢轧机上，其轧制速度很高。轧制精度要求也高。所以这类压下装置具有以下特点：1）较小的轧辊调整量与较高的调整精度；2）带钢压下；3）必须动作快，灵敏度高；4）轧辊平行度的调整要求严格。3、液压压下 液压压下装置是用液压缸代替传统的压下螺丝、螺母来调整轧辊辊缝的。在这一装置中，除液压缸外，还有与之配套的伺服阀、液压系统及检测仪表及运算控制系统。与电动压下装置相比较，液压压下装置有如下特点：1）快速响应性好，调整精度高；2）过载保护简单、可靠；3）机械传

33、动效率高；4）便于快速换辊，提高轧机作业率；5）采用标准液压元件，简化了机械结构，消耗的功率小，效率高。2.5 轧辊平衡装置平衡装置的作用是消除轧制系统间隙，避免冲击。提升上轧辊，用来大大降低咬入轧件时的冲击和工作辊的频繁换辊。上辊平衡装置有重锤平衡、弹簧平衡、液压平衡三种形式。现在在小型冷轧机上，广泛使用液压平衡装置，它是由液压缸产生的推力来进行工作的。液压平衡优点是结构紧凑，工作灵敏度高，平衡效果好。2.6 设计方案的确定本设计采用：不可逆工作制度，电动驱动支撑辊，工作辊轴承选用双列滚针轴承，支承辊轴承选用四列圆柱滚子轴承，压下装置为电动压下，上辊为单缸平衡，辊型调整采用液压压下弯辊，直流

34、电动机。第3章 设计计算3.1 设计题目及要求设计题目：190/500450mm四辊冷轧机设计之四轧钢机机架设计。设计要求：1、在满足生产工艺及强度、刚度的条件下尺寸尽量小。2、运用所学专业知识，完成冷轧机单体设计。3、对已有设备进行综合分析，提出最佳方案。4、完成轧钢机机架设计和有限单元法分析。轧钢机架类型如图3-1所示： 图3-1 机架3.2 原始数据1.、轧制带材25Cr2MoVA(调质处理)；2.、带宽B=200mm,带厚=3.1mm,带长L=450mm,成品厚度=1.4mm；3.、轧辊直径190/500mm；4.、轧制速度v=2m/s；5.、张力。3.3 轧辊参数的确定1、工作辊直径

35、190mm；2、支承辊直径=500mm；3、轧辊材料。工作辊：辊面硬度 HS=9095；支承辊：辊面硬度 HS=6065。3.4 轧制力能计算3.4.1 主要参数的确定1、本道次加工过程中，钢板厚度由3.1mm被轧制为2.75mm，钢板材料为25Cr2MoVA。（1）本道次压下量 （2）本道次压下率 (3-1)（3）金属材料的屈服极限材料屈服极限是使试样产生给定的永久变形时所需要的应力，金属材料试样承受的外力超过材料的弹性极限时，虽然应力不再增加，但是试样仍发生明显的塑性变形，这种现象称为屈服，即材料承受外力到一定程度时，其变形不再与外力成正比而产生明显的塑性变形，产生屈服时的应力称为屈服极

36、限，图3-2为屈服极限图。由图3-3得：。 图3-2 屈服极限图 图3-3 冷态下变形阻力曲线（4）变形抗力的确定因为，所以得：（5）摩擦系数的确定冷轧时由于出口和入口轧件的速度与轧辊的速度不同步，从而产生前滑和后滑现象。摩擦力将阻碍金属的变形，摩擦系数对轧制力影响较大，并且是变化的。为计算方便初步取其为常数。由参考资料取。（6）咬人条件的校核由公式得：tan=3.48，tan3.48=0.06=0.08（tan为摩擦系数）,故能实现其自然咬入。2、本道次加工过程中，钢板厚度由2.75mm被轧制为2.4mm。（1）本道次压下量（2）本道次压下率 (3-1)（3）金属材料的屈服极限 由图3-3得

37、4）变形抗力的确定因为所以得：（5）摩擦系数的确定 同上，取；（6）轧件入口和出口断面上作用的平均水平张力式中：轧件入口断面上作用的水平张力，此时带宽B=200mm,断面厚度为=2.75mm；轧件出口断面上作用的水平张力，此时带宽B=200mm,断面厚度为=2.4mm；则 （7）咬入条件的校核由公式得：=0.998，=0.08；故能实现其自然咬入。3、本道次加工过程中，钢板厚度由2.4mm被轧制为2.0mm。（1）本道次压下量（2）本道次压下率=100%=100%=16.7% (3-1)（3）金属材料的屈服极限 由图3-3得，。（4）变形抗力的确定因为，所以得：（5）摩擦系数的确定 同上

38、取。（6）轧件入口和出口断面上作用的平均水平张力式中：轧件入口断面上作用的水平张力，此时带宽B=200mm,断面厚度为=2.4mm；轧件出口断面上作用的水平张力，此时带宽B=200mm,断面厚度为=2.0mm；则 （7）咬人条件的校核由公式得=0.998，=0.08；故能实现其自然咬入。4、本道次加工过程中，钢板厚度由2.0mm被轧制为1.8mm。（1）本道次压下量（2）本道次压下率 =100%=100%=1 （3-1)（3）金属材料的屈服极限 由图3-3得，。（4）变形抗力的确定 因为 所以得：（5）摩擦系数的确定 同上，取。（6）轧件入口和出口断面上作用的平均水平张力式中：轧件入口断面上

39、作用的水平张力，此时带宽B=200mm,断面厚度为=2.0mm；轧件出口断面上作用的水平张力，此时带宽B=200mm,断面厚度为=0.0018mm；则 （7）咬人条件的校核由公式得：=0.999，=0.08；故能实现其自然咬入。5、本道次加工过程中，钢板厚度由1.8mm被轧制为1.4mm。（1）本道次压下量（2）本道次压下率 =100%=100%=22.2% (3-1)（3）金属材料的屈服极限 由图3-3得，。（4）变形抗力的确定因为所以得：（5）摩擦系数的确定 同上，取。（6）轧件入口和出口断面上作用的平均水平张力式中：轧件入口断面上作用的水平张力，此时带宽B=200mm,断面厚度为=0.0

40、018mm；轧件出口断面上作用的水平张力，此时带宽B=200mm,断面厚度为=0.0014mm；则 （7）咬人条件的校核由公式得：=0.998，=0.08；故能实现其自然咬入。3.4.2 轧制力计算（计算板材从1.8mm-1.4mm的轧制力）在轧制时轧辊加于轧件使之塑性变形的力。但通常把轧件作用于轧辊上并通过压下螺丝传递给机架的力称做轧制力，即是轧件加于轧辊的反作用力的垂直分量。轧制力在我国习惯称做轧制压力或轧制总压力。图3-4给出轧辊加于轧件的力，Pr为轧制力,它垂直于轧辊表面；T为摩擦力；Lp为变形区水平投影长度。轧制力是确定轧机强度的基础。图 3-4为了便于分析，可把影响轧制力的因素分为

41、两类：1、影响轧件材料在简单应力状态下变形抗力的因素，如化学成分、组织、轧制温度和速度、加工硬化等；2、影响变形的应力状态的因素,如轧辊直径、轧件尺寸、表面摩擦、外力（张力或推力）等。轧件对轧辊的总压力P为轧制平均单位压力与轧件和轧辊接触面积F之乘积，即；接触面积F的一般形式5为：式中：、轧制前、后轧件的宽度，此过程中=200mm；接触弧长度的水平投影。计算接触面积实质上是计算接触弧长度。在不考虑轧辊弹性压扁时，当两个轧辊直径相同时，接触弧长度的水平投影为 (3-2)式中：轧辊半径；压下量。但在热轧薄板及冷轧薄板时由于单位压力较高，因此轧辊产生局部弹性压缩变形，它将使得接触弧长度有较显著的增加

42、如下图3-5；轧机的辊缝弹跳量与轧制力的关系曲线称为轧机弹性曲线图3-6。此曲线的斜率(k)称为轧机刚性系数，在其直线部分意义为产生单位弹跳量所需的轧制力。下图3-5轧辊弹性压扁后接触弧变化。 图3-5 轧件受力分析 图3-6 轧机弹性曲线斯通在研究冷轧薄板的平均单位压力计算问题时，考虑到轧辊直径与板厚之比甚大以及由于冷轧时轧制压力较大，轧辊发生显著的弹性压扁现象，近似的将薄板的冷轧过程看作为平行平板的压缩（如图3-7），并假设接触表面上的摩擦力符合干摩擦定律。图3-7 变形区中单元体应力图5平均单位压力为： (3-3)式中：k、已知；考虑轧辊弹性压扁后的接触弧长度；轧件与轧辊间的摩擦系数，主要根据轧制条件确定（）；m考虑轧辊弹性压扁接触弧加长对单位压力的影响系数（或称压力增加系数P.M.F.）：。根据希奇可克公式： （3-4）式中，R轧辊半径；E轧辊弹性模数，对于钢轧辊E=2100MPa；泊松比，对于钢轧辊=0.3；C常数，对于钢轧辊。将代入公式，经整理后得： （3-5）将（3-3）代入式（35）经整理变换后，得：其中 （3-6）令=Y；=Z(为接触弧长度的水平投影)；则式（3-6）可写为：计算：；（为平行平板压缩时薄板的厚度）图3-8 决定压扁后接触弧长度诺谟图5查图3-8得：X=0.38。则 为了简化计算，采用下式