轧制理论及工艺试验指导书

一、实验目的

通过实验进一步加深对咬入角、摩擦系数、稳定轧制等基本概念的理解，并用实验方法测出铅试样的最大咬入角及摩擦系数。 二、实验原理

实验自然咬入的条件为：。

在临界条件咬入情况下，轧辊咬入轧件的咬入角即为最大咬入角max。根据力的平衡条件：max。

而tgf，因此知道max就可求得f。max可根据下式求得：

cosmax1hHh1DD

图1 轧件咬入时力平衡条件

三、实验设备与材料

1.Φ130mm实验轧机

2.游标卡尺、锉刀、20#机油、200#溶剂汽油或丙酮，粉笔 3.H=10mm，BH=15mm，LH=75mm铅试件两块。 四、实验步骤

1.将试件用锉刀锉去飞翅，保证端面成直角，两力相互平行； 2.用汽油将试件表面油污擦净，并留有时间发挥掉； 3.将试件测量的尺寸记录在表内；

4.用干净棉纱蘸汽油在出口方向把轧辊表面擦净。 5.调整好轧机，使上下轧辊平行，并调整辊缝。

6.把试件放在机前工作台上，再用木板将试件很缓慢地推向轧辊，然后将上辊缓慢地抬高，直到试件尾部发生抖动时，便表示快要咬入，这时要特别注意缓慢上台轧辊，当轧件刚

1

一被咬入时就应迅速停止抬辊。

7.用同样方法在涂粉辊面上进行轧制，并将相应尺寸记入表内。

表1 不同实验条件下矩形试件轧制数据记录

试样序号 1 2 试样材料 铅 铅 试验条件 干面轧辊自然咬入 涂粉轧辊自然咬入 H/mm h/mm △h/mm αmax f 五、实验要求 1.实验前必须了解实验内容，要记录哪些数据，要观察那些现象，预计得什么结果，以便实验时心中有数。

2.实验前必须了解轧机性能和操作规程，能正确调整轧机及控制压下量，特别要注意安全操作。

3.操作时，试件要送正，避免用推力，短试件要用木板送，以免发生危险。 4.上抬轧辊要特别精心，否则得不到临界条件。 5.尺寸测量要认真，以求正确。 六、实验报告

1.整理实验数据，算出摩擦系数f。 2.讨论各种轧制条件对咬入的影响。

2

实验二 轧制宽展测定分析

一、实验目的：

在简单轧制条件下，测定宽展量和分析影响宽展的因素，初步掌握研究宽展的最基本的科学方法。 二、实验原理：

沿轧件宽度上尺寸的改变称为宽展，它是横向变形，可表示为： 绝对宽展：BBhBH 相对宽展：

BBhBH100% BHBH式中：BH—轧制前试件宽度；Bh—轧制后轧件宽度。

实践中常采用绝对宽展量表示轧件横向变形的大小，但它不能精确地衡量变形程度，只有相对宽展才能正确地表示变形大小，然而它却很少采用。

h影响宽展的因素有：压下量(h,)、变形区形状（l/B）、接触表面形状和摩擦系数（f）

H等，而轧辊形状、孔型形状、轧制速度、轧制道次、温度和金属成分等能均通过上述因素来影响宽展。

各种因素对宽展的影响，都是建立在最小阻力定律和体积不变定律的基础上，本实验仅观察压下量宽度和轧制道次等因素对试件的影响。 三、实验材料及步骤

1.压下量对宽展的影响

1）取铅试样四块：H=4，2.5，2，1.5mm；BH=20mm；LH=100mm。 用量尺找出中心线标以箭头（表示轧制方向），并分别在试件的头、中、尾三处，任找三点作为圆心，作rBH的圆弧，圆弧尽量靠近试样边缘（见图1）并将测量的尺寸记入表内。

2（为便于轧后寻找所划的中心线与圆弧，可用在轧件表面上涂粉笔然后用布擦净，使刻痕内留有粉笔）

图1 轧件试样尺寸测量图

2）将四块试样均以一道轧成h=1mm，则相应的压下量△h分别为3mm、1.5mm、1mm、0.5mm，此时只需将辊缝调整为S0=1mm。

3）轧后会在试样侧边沿长度上有不均匀和突起，即使很小心，也难保证送入时试样与轧

3

辊轴线完全垂直，而稍有偏斜时，测量宽度就有误差，如图2所示。若轧件轧制方向为MM，则此时测得的h ’b’的宽度，不是垂直于轧制方向MM的宽度，而真正垂直轧制方向的宽度应

为AD，故测量时，须将游标卡尺一脚放在点O处，而另一脚放在与弧线gg的接触处（量得其椭圆的最短距离），OA以r2表示，即为b/2，把测得的数据填入表内。

图2 轧制后试样尺寸测量图

2.轧制道次对宽展的影响

1）取铅试样三块，H=4mm，BH=20mm，LH=100mm。如同前四块一样作画线标记等准备，并精确测量其尺寸记入表内。

2）每块试样以同一总压下量△h=3mm进行轧制，但分别以1道、6道、12道轧成，每道次压下量要相等，并精确测量轧制后对应的宽度变化记入表内。

（1）1道：调整S0=1mm，将试件1用木条推入轧辊；

（2）12道及6道：12道每道压下0.25mm，6道每道压下0.5mm，12道次的试件即件3每轧2道即压下0.5mm，此时可以轧一道6道次的试件2。

先压靠辊缝，每道次上调S0=0.25mm，具体步骤及参数见下表：

表1 轧制后的厚度 /mm 道次 样号 1 3.75 2 3.5 3.5 3 3.25 4 3 3 5 2.75 6 2.5 2.5 7 2.25 8 2 2 9 1.75 10 1.5 1.5 11 1.25 12 1 1 3 2 四、实验要求 1.作压下量对宽展的影响曲线：Bf(h),Bf(行分析讨论，如图3（a）。

2.作轧制道次与宽展的关系曲线：Bf(n),B/BHf(n)，如图3（b）。

hBBh)和f(h),f()并进HBHBHH 4

图3 实验尺寸曲线

表1 试样编号 1 2 3 4 H h △h hH BH B1 B2 B3 Bh 宽展量 b3 备注 计算值 BH b1 b2 Bh 测定值 △B △B/BH 表2 试样编号 1 2 3

道次 H/mm h/mm h /mm B1 B2 BH B3 Bh 宽展量 b3 BH b1 b2 Bh 测定值 B B/BH 计算值 5

Lh 实验三 轧制前滑测定分析

一、实验目的：

用刻痕方法测定前滑，并且分析影响前滑的各种因素。 二、实验原理：

在轧制过程中轧件在高度方向受到压缩的金属，一部分纵向流动，使轧件形成延伸，而另一部分金属横向流动，使轧件形成宽展。轧件的延伸是由于被压下金属向轧辊入口和出口两个方向流动的结果。在轧制过程中，轧件出口速度Vh大于轧辊在该处的线速度V，即Vh>V的现象称为前滑现象。

通常将轧件出口速度Vh与对应点的轧辊圆周速度的线速度之差与轧辊圆周速度的线速度之比值称为前滑值，即：

ShVhVLLH100%，或Shh100% VLH（如图1所示）式中：Vh—轧件的出口速度；V—轧辊圆周速度；Lh—轧辊转动一周时轧件轧出的长度；LH—轧辊圆周长度。

图1 前滑测量示意图

事先在轧辊表面上刻出距离为LH的两个小坑，如图1所示。轧制后，轧件的表面上出现距离为Lh的两个凸包。测出尺寸就能利用上式求出前滑值。

理论计算前滑值采用芬克的简化公式：

ShR2 h式中：—中性角，单位为弧度。

2(12f)2(1) 26

式中：f—摩擦系数；—摩擦角；—咬入角，arccos(1三、实验材料及步骤：

h)。 D1.取铅试样4×50×500mm两块，将表面擦净，测量尺寸，记录表1内。

2.取其中一块在干辊上进行轧制，每道均取下量为0.5mm，共轧6道，每轧一道后测量两凸点间的距离，并测量试样厚度，记录表内，注意送轧件要看准辊上凹点否则轧件得不到两凸点，影响实验进行，造成浪费。

3.取另一块试样，在轧辊和样表面均匀涂上粉笔灰的情况下进行轧制，方法同上，也轧制6道。 五、实验要求：

1.将实验测得的前滑值与理论计算的前滑值作曲线Shf(h)并且进行分析讨论。 2.在本实验条件下，对影响前滑因素进行分析讨论。

图1 Sh与h的关系曲线

表1 H 道次 干 1 2 3 4 5 6

7

h 粉 干 粉 △h 干 粉 BH Bh 干 粉 干 Lh 粉 干 Sh测 粉 Sh计 干 粉 备注 实验四 轧制体积不变和确定延伸系数

一、实验目的：

验证金属变形前后，体积大致保持相等，并熟悉变形后延伸系数的计算。 二、实验原理：

实际上，物体在塑性变形过程中体积会有微小的变化，这是由于通过塑性变形会使物体密度增加或减小（钢锭经过轧制，组织变得致密使密度增加；热轧过的金属再进行冷却，由于晶体间及晶体内的破坏增加了疏松程度，因而密度略有减小）。此外，在弹性变形时，体积也略有减小。总之，上述体积的变化是微小的，在实际计算时可以认为是不变的，用数学公式可以 表示为V1=V2。

根据体积不变定律，轧件高度压下的金属，将向长、宽两个方向流动，知道压下量后即可确定轧件的延伸系数。

用轧件长度表示：LLn Ln1Fn Fn1用轧件断面积表示：F不计轧件宽展时：H h总延伸系数：12n 平均延伸系数：n 高度变形表示：hHh,三、实验设备与材料

1.Φ130mm实验轧机

2.游标卡尺、锉刀、20#机油、200#溶剂汽油或丙酮、直角尺、划针 3.铅试样7mm×40mm×60mm两块

Hhh100%, HH

图1 轧制前形状 图2 轧制后形状

四、实验步骤

1.取铅试样，清洁其表面并锉去飞翅，用直角尺和划针画出其边长为整数的矩形（如图1），

8

将H、BH、LH记入表内，为了精确起见，需取其平均值。

2.在用汽油擦净和调整好的轧机上采用△h1=2mm，轧制一道后测量各对应尺寸h、Bh、Lh记入表内。

3.再以△h2=1.5mm和△h3=1mm各轧制一道，并对应尺寸均记在表内，然后计算体积V。 4.将7×40×60mm试样采用每道△h=1mm共轧5道，将每道的轧件尺寸测后记入表内。 五、实验要求：

1.计算轧制前后轧件体积的误差值和占总体积的百分数。 2.分析体积误差的因素有哪些？

3.分析L、F有何差异？分析造成差异的原因。 4.高度变形与长度变形有何关系？

表1 道次 参数 方块 1 2 0 3 平均 1 2 1 3 平均 1 2 2 3 平均 1 2 3 3 平均 H/mm BH /mm LH /mm △h/mm △B/mm V (mm3)

9

表2 道次 0 1 2 3 4 5 H/mm BH /mm LH /mm △h/mm F/mm2 L F  % 

10

实验五 轧机刚度系数测定

一、实验目的

1.掌握机架刚度的测定方法 2.了解轧机刚度实际变化规律 3.回归轧机刚度曲线数学模型 4.培养动手能力 二、实验原理

在轧制过程中，轧件对轧辊的轧制压力通过轧辊轴承、压下螺丝等，最后传给机架，从轧辊到机架这一系列受力部件都要产生一定的弹性变形，这些受力部件的弹性变形的总和最终都反应在轧辊辊缝上，使辊缝增大，使轧出的轧件厚度h要大于轧辊的原始辊缝S0。两者之差即辊缝增大量，称为轧机弹跳或辊跳，用公式表示为：

f=h-S0

轧机的弹性变形与轧制压力之间的关系曲线称为轧机的弹性曲线。轧制压力越大，轧机的弹性变形也越大，该曲线直线部分的斜率称为轧机的刚度系数。

KP f式中，K为轧机刚度系数；P为轧制压力；f为弹跳值。

轧制压力可由轧制综合参数测试仪测定；刚度测定可采用轧板法，即将轧机轧辊的辊缝调整到一定的辊缝S0，然后将一定厚度的板以一定道次轧制，测量每道次后的轧件厚度h，同时测定该道次的轧制压力P，则可根据刚度公式：

hS0fS0PP，得K KhS0三、实验设备与材料

1. Φ130mm实验轧机，轧制综合参数测试仪，压力传感器，游标卡尺等 2. 纯铝板，规格为3×100×150mm 四、实验步骤

1.熟悉轧机的操作规程；

2.将压力传感器安装在轧机上，并将设备之间的连线连接好； 3.检查好各通道，调节实验轧制测试仪至平衡状态； 4.取试样，清洁其表面并测量原始数据填入下表；

5.将试样采用每道0.5mm压下量轧制，共轧五道，同时测量每道次的轧制力和轧出轧件的厚度，填入表中。

11

道次 H/mm h/mm S0/mm P1/KN P2/KN P总/KN f=(h-S0)/mm 1 2 3 4 5 五、实验要求

1.什么是辊跳（或弹跳）？

2.根据测试数据求出每道次轧机的弹跳值，回归绘出P-f曲线，求出轧机刚度系数K。

12

实验六 轧机最小可轧厚度的测定

一、实验目的

通过本次实验，掌握轧机冷轧板带材时的最小可轧厚度所受到的多种影响因素及其影响规律。学会分析最小可轧厚度的工艺措施和方法，能够利用影响因素的基本规律有效控制冷轧板带材的最小可轧厚度，从而应用于实际生产过程的轧机能力发挥和优化工艺制度的制定。 二、实验原理

由金属成形原理及塑性加工工艺学可知，金属材料在轧制过程中的变形量受到多种因素影响，其最小可轧厚度受到多种因素的限制，其中包括：轧件的加工硬化率、轧机的刚度、轧辊的工作直径、润滑条件和张力等。各种因素对最小可轧厚度的影响规律大不相同，但有其基本规律，例如加工硬化率高的材料，显然其加工的最小厚度较大，需要通过其它措施，如再结晶退火处理等来进一步获得较小的厚度。

最小可轧厚度公式的推导思路为轧制压力公式及弹性压扁公式联立求得，其结果为：

hmin3.58Df(1.15s)

Es为钢的屈服极限，MPa；为张力值；D为轧辊直径，mm；f为摩擦系数，E为轧辊

的弹性模量。 三、实验材料与设备

1.Φ130mm二辊实验轧机、游标卡尺、20号机油

2.试样材料：T5钢薄板带材（s400MPa，E=2.06×105MPa），规格为2×40×200mm两块。

四、实验内容与步骤

1.在特定的设备和试样条件下，测定轧机的最小可轧厚度； 2.采用适当的工艺手段来改善轧机的最小可轧厚度。

3.将试样在干摩擦条件下进行轧制，测量轧制前后轧件尺寸分别记录于表中。通过表格得出实测值，计算理论值和产生的误差率，并进行误差分析。 五、实验结果及分析

1.求最小可轧厚度理论值，并计算与实测值之间产生的误差率。 2.分析理论值与实测值之间产生误差的原因。 3.分析影响最小可轧厚度的因素有哪些?

13

表1 干摩擦条件下数据记录表（f=0.12~0.15）

道次 1 2 3 4 5 …… 轧前尺寸/mm H B 轧后尺寸/mm h b 道次压下率/% E f

表2 润滑条件下数据记录表（f=0.1~0.12） 道次 1 2 3 4 5 ……

14

轧前尺寸/mm H B 轧后尺寸/mm h b 道次压下率/% E f 实验七 异步轧制

一、实验目的

通过实验了解异步轧机的结构，并进一步加深对异步轧制的基本概念的理解。 二、实验原理

异步轧制是两个工作辊圆周速度不等，使轧制变形区产生一种搓轧变形的新的轧制技术。 它有两种基本形式：一是辊径相同，转速不同；二是转速相同，辊径不同。

异步轧制与同步轧制的根本区别：在轧制过程中，同步轧制变形区金属在前滑区，后滑区上下表面摩擦力都是指向中性面，中性面附近单位压力骤增，使平均单位轧制增大；异步轧制变形区的特征集中表现在横切变形区，金属上下表面受到的摩擦力沿中性面相反，开成剪切变形，轧材的中心也具有较大的切应力，使变形抗力减小，平均单位轧制压力下降。改变了同步轧制时单位轧制压力沿变形区长度方向的类似抛物线形状的分布。应用这种原理，研制的轧机陆续问世，使它们具有轧制压力低、效率高，辊速与张力控制简单且适应性较强。 三、实验材料与设备

1.Φ130mm二辊实验异步轧机、游标卡尺 2.轧制综合参数测试仪、测力传感器 3.试样材料：7×40 ×60mm铅试样三块。 四、实验内容与步骤

1.采用相同压下量分别以同步、异步方式送进轧制，测定轧制压力并将参数计入表中。 2.采用相同压下量、不同速比轧制第三块试样，记录数据。 轧制方式 同步轧制 异步轧制 P1 P2 P总 H h 备注 速比： 速比： 五、实验结果及分析

1.分析异步轧制（与同步相比）对轧制压力的影响。

2.分析异步轧制不同速比对轧制压力的影响，异步比过大对轧制有什么影响？ 3.试简述异步轧制在实际生产中的工艺特点。

15