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軋機(jī)縱向剛度 6 1 軋機(jī)橫向剛度 6 2 第六章軋機(jī)的剛度 1 基本要求 重點(diǎn)與難點(diǎn) 領(lǐng)會(huì)軋機(jī)縱向 橫向剛度的含義 了解影響軋機(jī)剛度的因素及提高剛度的措施 理解軋輥的輥型調(diào)節(jié)原理 掌握軋機(jī)剛度測(cè)定及減小橫向厚差的方法 軋機(jī)橫向剛度及軋輥的輥型調(diào)節(jié)原理 2 6 1軋機(jī)縱向剛度 6 1 1軋機(jī)縱向剛度的概念 1 軋機(jī)工作機(jī)座發(fā)生彈性變形所需外力 用K表示 t 或MN 即表示機(jī)座抵抗外力發(fā)生彈性變形的能力 軋輥 軸承 軸承座 壓下螺絲 壓下螺母 軋制壓力 比空載輥縫大 其差值稱為彈跳值 并與軋制壓力成正比 彈跳 機(jī)架 力傳遞的零部件會(huì)發(fā)生彈性變形 使得軋輥軋制時(shí)的實(shí)際輥縫 值會(huì)影響軋機(jī)最小可軋厚度 3 圖6 1軋機(jī)彈性 塑性曲線 P h 圖 4 式中 軋制壓力的改變量 kN 彈跳值的改變量 mm 軋機(jī)剛度系數(shù) kN mm 軋機(jī)彈性變形曲線 彈跳方程 軋機(jī)彈性變形曲線 軋機(jī)在不同軋制壓力作用下對(duì)應(yīng)工作輥實(shí)際開(kāi)口度 即軋件實(shí)際厚度h構(gòu)成P h曲線 見(jiàn)圖6 1曲線A A 當(dāng) 時(shí) 曲線近似于直線 曲線的斜率就是軋機(jī)的 縱向剛性系數(shù) 即表示當(dāng)軋機(jī)的輥逢值產(chǎn)生單位距離 的變化時(shí) 軋制力的增量值 即 5 軋出軋件的厚度 式中 軋件厚度 mm 軋機(jī)彈跳值 mm 考慮預(yù)壓靠變形后的空載輥縫 mm 6 軋件塑性變形曲線 軋件塑性變形方程 軋件塑性變形曲線 軋件在不同軋制壓力作用下壓 扁對(duì)應(yīng)軋件實(shí)際厚度h構(gòu)成P h曲線 見(jiàn)圖6 1曲線 塑性剛度系數(shù) 彈塑性曲線 工作點(diǎn) 軋輥與軋件相互作用力相等P 即軋件受力塑性曲線 與軋機(jī)受力彈性曲線交點(diǎn) 工作點(diǎn) B B 7 輥縫轉(zhuǎn)換函數(shù) 表明軋制壓力波動(dòng)引起軋件厚度波動(dòng) 要消除它需 但其效率受 制約 反向調(diào)整軋機(jī)輥縫 8 6 1 2軋機(jī)剛度的測(cè)定 軋輥壓靠法 軋制法 9 6 1 3提高軋機(jī)縱向剛度的措施 縮短軋機(jī)應(yīng)力回線長(zhǎng)度 在普通軋機(jī)中 軋機(jī)的彈性變形 可近似地用虎克定律來(lái)表示 各受力部件的變形之和 即 式中 軋機(jī)中零件的彈性模數(shù) MPa 上下橫梁 機(jī)架立柱 上輥軸承至上橫梁的 機(jī)架立柱 壓下螺絲和下輥軸承座的斷面積 上下橫梁斷面慣性矩mm3 系數(shù) 長(zhǎng)度和下輥軸承座高度 mm 10 軋機(jī)中受力零件長(zhǎng)度之和就是該軋機(jī)應(yīng)力回線的長(zhǎng)度 因此縮短軋機(jī)應(yīng)力回線的長(zhǎng)度 便能提高軋機(jī)的剛性 根據(jù)這個(gè)原理設(shè)計(jì)成的軋機(jī) 稱為短應(yīng)力回線軋機(jī) 圖6 2軋機(jī)的應(yīng)力回線a 有機(jī)架 b 無(wú)機(jī)架 11 預(yù)應(yīng)力軋機(jī) 圖6 3四輥液壓型預(yù)應(yīng)力軋機(jī) 在軋制前對(duì)軋機(jī)施以預(yù)應(yīng)力 軋機(jī)在軋制時(shí)的變形量可大大減小 從而提高了軋機(jī)的剛性 凡是未工作時(shí)就處于受力狀態(tài)的軋機(jī) 稱為預(yù)應(yīng)力軋機(jī) 12 6 1 4軋機(jī)剛度與軋件縱向厚差的關(guān)系 設(shè)備狀態(tài)變化時(shí) 軋機(jī)剛性與軋件縱向厚度精度的關(guān)系 而 其中 稱為材料的塑性剛度系數(shù) 此時(shí)擾動(dòng)影響系數(shù)為 為了盡量減輕軋輥偏心和軸承 當(dāng)輥縫由于軋輥偏心和軸承油膜厚度波動(dòng)而變化時(shí) 會(huì)引起輥縫變化 軋制力也隨之而變 對(duì)彈跳方程求增量 這時(shí)引起板厚變化為 油膜厚度波動(dòng)等外擾量對(duì)軋件厚度的影響 應(yīng)采用剛性系數(shù)小的軋機(jī) 13 工藝因素變化時(shí) 軋機(jī)剛性與軋件縱向厚度精度的關(guān)系 工藝影響因素包括來(lái)料厚度 軋制溫度 摩擦系數(shù) 軋制速度 張力波動(dòng)等 當(dāng)這些工藝參數(shù)變化時(shí) 軋制壓力會(huì)發(fā)生變化 使軋件厚度產(chǎn)生波動(dòng) 但軋機(jī)名義輥縫不變 僅由軋制力變化引起軋件厚度波動(dòng)時(shí) 有 此時(shí)擾動(dòng)影響系數(shù)為 為了盡量減輕引起軋制力波動(dòng) 的工藝因素對(duì)軋件厚度的影響 應(yīng)采用剛性系數(shù)大的軋機(jī) 14 6 2軋機(jī)橫向剛度 6 2 1軋機(jī)橫向剛度概念 圖6 4四輥軋機(jī)軋輥?zhàn)冃吻闆r比較a 一般四輥軋機(jī) b HC軋機(jī) 15 四輥板帶軋機(jī)由于支持輥彎曲變形和工作輥 支持輥間不均勻接觸變形 工作輥產(chǎn)生彎曲變形 實(shí)際輥縫呈凸形 軋件亦呈凸形 即軋件沿寬度方向產(chǎn)生了厚差 工作輥彎曲程度的大小反映軋機(jī)橫向剛度大小 即橫向抵抗軋機(jī)彎曲變形的能力 式中 軋機(jī)橫向剛性系數(shù) kN mm 軋制力 kN 板帶材中部與邊部的厚度差 mm 橫向剛度的概念 16 3 板帶橫向厚差產(chǎn)生的原因 軋輥彎曲變形 軋輥磨損 軋輥彈性壓扁 熱膨脹不均勻變形熱凸度 原始輥型車削加工問(wèn)題 提高輥型設(shè)計(jì)水平 采用凸輥輥型控制 采用凸輥輥型控制 采用液壓彎輥控制 采用凹輥輥型 冷卻水控制 及加工制作水平 17 2 提高板帶材的平直度和縮小橫向板厚差的途徑 軋輥預(yù)先加工成凸形輥 操作和管理上是很麻煩的 需要準(zhǔn)備許多不同凸度的軋輥 用調(diào)節(jié)輥溫分布的辦法來(lái)調(diào)整輥形 即控制軋輥的熱凸度 采用控制軋輥熱凸度的方法燙輥時(shí)間長(zhǎng) 熱凸度變化緩慢 只能作為輥型調(diào)節(jié)的一種輔助手段 采用機(jī)械彎輥的方法 以抵消軋輥在軋制時(shí)的彎曲變形 采用各種新型軋機(jī) 改善軋件的凸度和平直度 目前 在板帶軋機(jī)中廣泛采用了各種板型控制軋機(jī) 配合采用液壓彎輥的方法 對(duì)軋輥凸度進(jìn)行有效的控制 18 19 20 6 2 2軋輥的輥型調(diào)節(jié) 6 2 2 1液壓彎輥裝置 圖6 5四輥軋機(jī)彎輥受力圖a 正彎工作輥 b 負(fù)彎工作輥 c 正彎支撐輥 21 有無(wú)液壓彎輥輥系受力情況的比較 22 正彎工作輥法 輥系及工作輥支持輥受力圖 圖6 5 1正彎工作輥輥系及工作輥支持輥受力圖a 輥系受力圖 b 支持輥受力圖 c 工作輥受力圖 23 下工作輥軸承座上裝有液壓缸 彎輥力F與軋制力同向 減小工作輥擾度 軋制時(shí)抵消軋制力產(chǎn)生擾度 輥凸度小 優(yōu)點(diǎn) 正彎工作輥需要的彎輥力小 設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 缺點(diǎn) 持輥軸承 軸頸 壓下螺絲 機(jī)架負(fù)荷 增加輥面邊緣接觸應(yīng)力 增加工作輥軸承 輥頸 支 影響支持輥使用壽命 相對(duì)于負(fù)彎工作輥 板帶材厚度變化幅度加大 24 負(fù)彎工作輥法 輥系及工作輥支持輥受力圖 圖6 5 2負(fù)彎工作輥輥系及工作輥支持輥受力圖a 輥系受力圖 b 支持輥受力圖 c 工作輥受力圖 25 設(shè)專門液壓缸于工作輥與支持輥軸承座間 彎輥力F與 軋制力反向 增加工作輥擾度 凸度大于軋制力產(chǎn)生擾 度 負(fù)彎補(bǔ)償凸度 優(yōu)點(diǎn) 支持輥輥頸 軸承 軸承座工作負(fù)荷 改善支持輥工作條 件 提高其壽命 不影響壓下螺絲 機(jī)架負(fù)荷 且減輕輥面間接觸應(yīng)力 負(fù)彎工作輥效果較好 它所需要的彎輥力也小 設(shè)備結(jié)構(gòu) 也簡(jiǎn)單 板帶材厚度變化幅度比較小 26 正彎支持輥法 輥系及工作輥支持輥受力圖 圖6 5 3正彎支持輥輥系及工作輥支持輥受力圖a 輥系受力圖 b 支持輥受力圖 c 工作輥受力圖 27 延長(zhǎng)支持輥輥頸安裝液壓缸 軋機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜 彎輥力F 與軋制力同向 對(duì)支持輥彎曲效果與軋制壓力引起的彎 優(yōu)點(diǎn) 不影響輥面間接觸應(yīng)力 支持輥輥頸 軸承 軸 承座負(fù)荷 但增加壓下螺絲 機(jī)架負(fù)荷 負(fù)彎支持輥削弱了支持輥的輥頸強(qiáng)度 用得較少 曲方向相反 28 6 2 2 2UPC軋機(jī) 圖6 6UPC軋機(jī)原理示意圖e 偏心值 S 移動(dòng)行程 UPC軋機(jī)輥型呈雪茄型 沿整個(gè)輥身長(zhǎng)度磨成偏離輥身中央凸度漸變的形狀 輥身的最大直徑位于輥身中央e處 上下工作輥反向配置 并可作相對(duì)的軸向移動(dòng) 不同的移動(dòng)位置可形成不同的輥縫形狀 從而可適應(yīng)較大范圍的板型控制 該軋機(jī)配以工作輥彎輥裝置作微調(diào)之用 效果較理想 29 6 2 2 3CVC軋機(jī) 圖6 7CVC軋輥凸度控制原理a 零凸度 b 正凸度 c 負(fù)凸度 ACVC軋輥原理 30 BCVC軋輥凸度 圖6 9CVC軋輥凸度解析 上輥輥形曲線為 下軋輥的輥形曲線為 31 當(dāng)軋輥正向 上軋輥向右 移動(dòng)S距離時(shí) 所形成的實(shí)際有效凸度為 求出系數(shù) 為 系數(shù) 和 可根據(jù)邊界條件確定 CVC軋輥的最大 最小直徑分別對(duì)應(yīng)坐標(biāo)軸 和 則有 32 CCVC軋輥熱凸度 軋輥熱凸度模型 目前使用的軋輥熱凸度模型為 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用的熱凸度 是軋輥中央截面熱膨脹與距帶鋼邊部40mm處 熱膨脹之差 即 33 CVC軋機(jī)工作輥熱凸度測(cè)量和計(jì)算 圖6 11軋輥磨削前冷熱輥形曲線 工作輥熱凸度測(cè)量 34 工作輥熱凸度計(jì)算 CVC軋輥的基準(zhǔn)直徑 為 冷熱狀態(tài)下 沿軋輥輥身任意截面處的實(shí)際輥徑 為 35 圖6 12F7機(jī)架軋輥熱凸度 圖6 13F7機(jī)架輥身表面溫度沿輥身長(zhǎng)度上分布 36 DCVC軋輥磨損 根據(jù)軋輥在實(shí)際工作條件下輥磨損的原因 可分為三種 機(jī)械磨損或摩擦磨損 化學(xué)磨損 熱磨損 工作輥的磨損主要是由于工作輥與軋件間以及工作輥與支承輥間相互摩擦所引起的 這種相互摩擦包括滑動(dòng)摩擦和滾動(dòng)摩擦 CVC軋輥的磨損主要取決于輥縫幾何形狀和軋制壓力 影響軋輥中部磨損深度的主要因素有軋制壓力 帶材參數(shù) 機(jī)架參數(shù) 軋制帶材長(zhǎng)度等 CVC軋機(jī)工作輥磨損測(cè)量 37 圖6 14F1機(jī)架軋輥磨損曲線 38 6 2 2 4HC軋機(jī) 6 15 1HC軋機(jī) 39 40 6 2 2 5PC軋機(jī) 圖6 15PC軋機(jī)原理圖a 支持輥軸線交叉 b 工作輥軸線交叉 c 成對(duì)軋輥軸線交叉 41 圖6 16PC軋機(jī)的凸度調(diào)節(jié)能力 圖6 17PC軋機(jī)的軸向力 42 表1末架F7軋制部分工藝數(shù)據(jù) 某熱連軋帶鋼廠精軋機(jī)組7個(gè)機(jī)架均為負(fù)彎工作輥的四輥軋機(jī) 軋制管線鋼時(shí)測(cè)得的末架F7軋制部分工藝數(shù)據(jù)如下表所示 試回答下列問(wèn)題 1 F7機(jī)架軋機(jī)的縱向剛度系數(shù)是多少 2 若已知F7機(jī)架的塑性剛度系數(shù)為350t mm 則其輥縫轉(zhuǎn)換函數(shù)是多少 3 F7機(jī)架軋機(jī)的橫向剛度系數(shù)是多少 4 說(shuō)明正彎工作輥的原理 畫(huà)出輥系受力圖 工作輥及支承輥受力圖 有何特點(diǎn) 5 從設(shè)備角度談?wù)勅绾翁岣哕垯C(jī)的縱向剛度系數(shù) 如何減少軋件的橫向厚差 作業(yè) 43