幾個(gè)重要工藝參數(shù)的計(jì)算

1、三、 幾個(gè)重要工藝參數(shù)的計(jì)算 1、軋制壓力、軋制力矩的計(jì)算 1平均單位壓力計(jì)算 平均單位壓力一般形式 式中? 應(yīng)力狀態(tài)影響系數(shù)； 考慮外摩擦及變形區(qū)幾何參數(shù)對(duì)應(yīng)力狀態(tài)的影響系數(shù)； 考慮外區(qū)外端對(duì)應(yīng)力狀態(tài)的影響系數(shù)； 考慮張力對(duì)應(yīng)力狀態(tài)的影響系數(shù)，其值小于1，當(dāng)張力很大時(shí)可到達(dá)0.70.8。 考慮軋件寬度影響的系數(shù)； 對(duì)應(yīng)一定的鋼種、變形溫度、變形速度、變形程度的單向拉伸或壓縮變形抗力或屈服極限； 考慮中間主應(yīng)力對(duì)應(yīng)力狀態(tài)的影響系數(shù)。 在11.15范圍內(nèi)變化,如果忽略寬展，認(rèn)為軋件產(chǎn)生平面變形，有，那么，=1.15。 斯米爾諾夫根據(jù)因次理論得出如下關(guān)系式 當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，、為變形區(qū)平均寬度和平均高度

2、，為外摩擦系數(shù)。 根據(jù)大量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果說(shuō)明，影響軋件應(yīng)力狀態(tài)的主要參數(shù)是接觸弧長(zhǎng)度與軋件平均高度的比值。該比值綜合反映了變形區(qū)三個(gè)主要參數(shù)R工作輥半徑、軋前厚度、壓下量對(duì)影響狀態(tài)的影響。 1熱軋鋼板軋機(jī) 熱軋鋼板軋機(jī)包括中厚板與薄板軋機(jī)。中厚板軋機(jī)包括熱軋薄板軋機(jī)的粗軋機(jī)組軋制特點(diǎn)與初軋開(kāi)坯機(jī)相近，外區(qū)影響是主要的；與初軋不同點(diǎn)是寬度較大，可近似認(rèn)為是平面應(yīng)變情況，此時(shí)，。薄板軋機(jī)的產(chǎn)品厚度為1.216mm。其待點(diǎn)是，一般為1.57，此時(shí)，外區(qū)影響不存在，而接觸弧上摩擦力是造成應(yīng)力狀態(tài)的主要因素，其平均單位壓力可表示為 外摩擦對(duì)應(yīng)力狀態(tài)的影響系數(shù)，可按前面介紹的采利柯夫方法與西姆斯

3、方法進(jìn)行計(jì)算。 熱軋薄板精軋機(jī)組平均單位壓力計(jì)算用得最多的是西姆斯公式。實(shí)際計(jì)算時(shí)常常使用以下簡(jiǎn)化式 或美板佳助簡(jiǎn)化式。 2冷軋帶鋼軋機(jī) 冷軋帶鋼軋機(jī)的軋件尺寸更接近于推導(dǎo)理論公式時(shí)所做的假設(shè)，即寬度比厚度大得多，寬展很小，可認(rèn)為是平面變形問(wèn)題。軋件厚度小，軋件內(nèi)部不均勻變形可忽略，因而平面斷面假設(shè)和滑動(dòng)摩擦理論與冷軋帶鋼薄板的情況較符合。此外，冷軋時(shí)均采用張力軋制，因而計(jì)算冷軋平均單位壓力時(shí)，必須考慮張力影響。其平均單位壓力可表示為 計(jì)算冷軋帶鋼軋機(jī)平均單位壓力常采用斯通方法，亦可采用考慮張力影響后的采利柯夫方法或其柯洛遼夫簡(jiǎn)化公式。 柯洛遼夫簡(jiǎn)化公式為 ，式中? 變形程度壓下率； 、變形區(qū)

4、入口和出口處軋件受到的張應(yīng)力。 由于冷軋帶鋼較薄較硬，因此接觸弧上的單位壓力較大，使軋輥在接觸處產(chǎn)生壓扁現(xiàn)象，加長(zhǎng)了接觸弧的實(shí)際長(zhǎng)度。由于接觸弧長(zhǎng)度的加大，勢(shì)必增強(qiáng)軋輥與軋件接觸面上摩擦力的影響，從而使單位壓力加大。因此，在計(jì)算冷軋薄板平均單位壓力時(shí)，必須考慮軋輥彈性壓扁現(xiàn)象。 冷軋時(shí)由于存在加工硬化現(xiàn)象，在計(jì)算冷軋薄板平均單位壓力時(shí)，軋件材料變形抗力對(duì)冷軋亦可稱為屈服極限需按考慮加工硬化后的選用。由于存在加工硬化影響，各道次的變形抗力不僅與本道次變形程度有關(guān)，而且還與前面各道次的總變形程度有關(guān)。對(duì)本道次來(lái)說(shuō)，沿接觸弧的也是變化的，出口處比入口處要大，計(jì)算時(shí)一般把變形區(qū)作為圓弧或拋物線變化來(lái)計(jì)

5、算平均總變形程度，按此平均總變形程度來(lái)計(jì)算或選取平均變形抗力。 平均總變形程度用下式計(jì)算 式中? 本道次入口處的總變形程度從退火狀態(tài)開(kāi)始各道次變形程度的累計(jì)， 本道出口處的總變形程度， 退火狀態(tài)坯料原始厚度； 、本道次軋件軋前軋后厚度。 系數(shù)，一般取； 系數(shù)，一般取。 通常取，；在選取、數(shù)值時(shí)，與的和必須等于。 2軋制壓力的計(jì)算 軋件對(duì)軋輥的總壓力為軋制平均單位壓力與軋件和軋輥接觸面積之乘積，即 接觸面積的一般形式為 式中? 、軋制前、后軋件的寬度； 接觸弧長(zhǎng)度的水平投影。 軋制中厚板包括熱軋薄板粗軋機(jī)組可以不考慮軋輥彈性壓扁，此時(shí)接觸弧長(zhǎng)度的水平投影變形區(qū)長(zhǎng)度為 式中? 軋輥半徑； 壓下量。

6、 在熱軋薄板及冷軋薄板時(shí)由于單位壓力較高，因此軋輥產(chǎn)生局部彈性壓縮變形即壓扁，它將使得接觸弧長(zhǎng)度有較顯著的增加?？紤]軋輥彈性壓扁時(shí)的變形區(qū)長(zhǎng)度、工作輥半徑計(jì)算式中包含平均單位壓力。 式中 C系數(shù)，對(duì)于鋼輥彈性模數(shù)；波松比，那么。 壓扁系數(shù)。 在熱軋薄板時(shí)，可簡(jiǎn)化為 在冷軋薄板時(shí)可簡(jiǎn)化為 式中? 咬入角，。 壓扁影響也可用軋輥當(dāng)量半徑的形式來(lái)計(jì)算。 、與公式聯(lián)解，一般可采用迭代法，其具體步驟如下：1選擇不考慮彈性壓扁計(jì)算公式算出；2將計(jì)算的代入計(jì)算式，并求出；3再將代入先前的計(jì)算式，再求得；4又將代入先前的計(jì)算式，求出。 這樣反復(fù)數(shù)次一般35次就能到達(dá)計(jì)算精度的要求，使計(jì)算所得的計(jì)算精度要求，一

7、般為5%或。最后根據(jù)、計(jì)算軋件與軋輥的接觸面積F和總軋制力P。 3軋制力矩的計(jì)算 確定軋制力矩的方法有三種： 1按金屬作用在軋輥上的總壓力計(jì)算軋制力矩。在實(shí)際計(jì)算中如何根據(jù)具體軋制條件，確定合力作用角的數(shù)值。 2按金屬作用在軋輥上的切向摩擦力計(jì)算軋制力矩。軋制力矩等于前滑區(qū)、后滑區(qū)的切向摩擦力與軋輥半徑之乘積的代數(shù)和。在軋輥不產(chǎn)生彈性壓縮時(shí)上式是正確的。由于不能精確地確定摩擦力的分布及中性角，這種方法不便于實(shí)際應(yīng)用。 3按軋制時(shí)的能量消耗確定軋制力矩。下面介紹按軋制壓力確定軋制力矩。 在實(shí)際中，通常借助于力臂系數(shù)確定軋制力矩。 在簡(jiǎn)單軋制時(shí)： 在軋制矩形斷面軋件時(shí)，軋制力矩可表示為 下面分熱軋

8、和冷軋考慮軋制力矩計(jì)算方法。 A、冷軋時(shí)的軋制力矩計(jì)算 斯通軋制力矩計(jì)算方法是基于與推導(dǎo)軋制壓力公式相同的假設(shè)條件得到的。軋制力矩公式為 式中，為考慮軋輥彈性壓扁的接觸弧長(zhǎng)度；可由下式確定 其中系數(shù)為 由上兩式可得到 ?由斯通軋制壓力公式可得到簡(jiǎn)單的軋制力矩公式 ? B、熱軋時(shí)的軋制力矩計(jì)算 西姆斯軋制力矩計(jì)算方法? 西姆斯推薦采用下式來(lái)計(jì)算單位寬度=1時(shí)作用在兩軋輥上的力矩 式中 軋輥的理論半徑； 考慮彈性壓扁的軋輥半徑； 與及有關(guān)的函數(shù)見(jiàn)圖3-1。 庫(kù)克一馬克洛姆Cook Mccrum軋制力矩計(jì)算公式 庫(kù)克一馬克洛姆Cook Mccrum軋制力矩計(jì)算公式為 為幾何系數(shù)，與及壓下量有關(guān)，由圖

9、3-2確定；為平均條件屈服應(yīng)力。 為平面應(yīng)變壓縮屈服應(yīng)力。 鄧頓一卡蘭DentonCrane軋制力矩公式：軋制力矩為 式中? 變形區(qū)平均長(zhǎng)寬比； 一平面應(yīng)變壓縮屈服應(yīng)力。 力臂長(zhǎng)度也可由下式確定 西姆斯一懷特SimsWright軋制力矩公式? 西姆斯和懷特根據(jù)開(kāi)坯機(jī)、板 坯及帶材軋機(jī)得到的精確軋制數(shù)據(jù)，計(jì)算了力臂系數(shù)值。根據(jù)對(duì)于條件下的分析，得到軋制軟鋼時(shí)的力臂系數(shù)為 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到范圍更寬的力臂系數(shù)計(jì)算式，即對(duì)于，力臂系數(shù)為 圖3-1 與、的關(guān)系? 圖3-2? 軋制力矩計(jì)算時(shí)的幾何系數(shù)2、鋼的變形抗力的計(jì)算方法 1熱軋變形抗力的計(jì)算方法 ? 利用高速形變凸輪試驗(yàn)機(jī)對(duì)幾十種鋼進(jìn)行了高溫、高速

10、變形阻力試驗(yàn)變形溫度為11231523K，變形速度為5100s-1，為適應(yīng)計(jì)算機(jī)對(duì)變形阻力模型的要求，把各種鋼合金的數(shù)據(jù)按以下公式結(jié)構(gòu)進(jìn)行非線性回歸，得到各項(xiàng)系數(shù)。 變形溫度； ? 基準(zhǔn)變形阻力MPa，即T=1273K，eu=10s-1時(shí)的變形阻力； u變形速度s-1； e變形程度真正變形程度； 及回歸系數(shù)。 對(duì)于變形區(qū)平均真實(shí)變形程度的計(jì)算，由于，故有，。 主要鋼種的、及等系數(shù)如表3-2、3-3。 表3-2? 普通碳鋼變形阻力數(shù)學(xué)模型回歸系數(shù) 牌號(hào) 回歸系數(shù) AD1AD2Q215(A2)Q235(A3)Q235(A3F)Q215(B2F)Q235(B3F)Q235(B3F(2)Q235(B3

11、Cu)表3-3? 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼變形阻力數(shù)學(xué)模型回歸系數(shù) 牌號(hào) 回歸系數(shù) 08F 08Al1020452冷軋變形抗力的計(jì)算 冷軋變形阻力常溫可用下面公式計(jì)算 ? 式中? 、與含碳量有關(guān)的系數(shù)；見(jiàn)表3-4。 表3-4? 碳鋼的加工硬化系數(shù) 含碳量/% na(MPa)9008108508901580182021402240某大學(xué)對(duì)08AlCu等鋼種變形抗力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求得的回歸方程式如下： 08AlCu? 08Al? Q215B2F Q235B3F Q235(B3Cu)? 式中? K平面變形抗力，。 3、摩擦系數(shù)的計(jì)算 1熱軋咬入時(shí)的摩擦系數(shù) 咬入時(shí)的摩擦系數(shù)是通過(guò)用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定極限咬入角來(lái)確定的。

12、取? 艾克隆德推薦用下式來(lái)確定摩擦系數(shù)與溫度不低于700的關(guān)系： 式中，對(duì)于冷硬光滑外表鑄鐵輥；對(duì)于鋼軋輥，為軋件溫度。 斯米爾諾夫提出了考慮軋件溫度、軋輥外表粗糙度、軋件化學(xué)成分以及軋輥速度與摩擦系數(shù)的關(guān)系式： 式中? 軋輥的算術(shù)平均外表粗糙度，； 鋼中碳含量質(zhì)量分?jǐn)?shù)。系數(shù)取決于軋輥速度，見(jiàn)表3-5。 表3-13? 系數(shù)與軋輥圓周速度的關(guān)系 表3-6? 熱軋時(shí)最大咬入角和咬入摩擦系數(shù) 表3-7? 冷軋?zhí)间撘霑r(shí)的摩擦系數(shù) 烏薩托斯基給出了各種軋輥外表狀態(tài)時(shí)的最大咬入角和咬入時(shí)的摩擦系數(shù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3-6。最大咬入角和咬入摩擦系數(shù)隨軋輥外表粗糙度的增加而增加。 2冷軋咬入時(shí)的摩擦系數(shù) 冷軋時(shí)

13、軋件材質(zhì)、潤(rùn)滑條件及軋制速度對(duì)咬入時(shí)摩擦系數(shù)的影響： 1軋件材質(zhì)的影響? 表3-7是冷軋時(shí)由碳素鋼軋件、軋輥外表粗糙度RMS均方根值0.20.4，得到的摩擦系數(shù)。 2潤(rùn)滑條件的影響? 表3-8表示不同潤(rùn)滑條件下，咬入摩擦系數(shù)的變化范圍和平均值。 表3-8 潤(rùn)滑條件對(duì)冷軋低碳鋼咬入摩擦系數(shù)的影響 表3-17 冷軋時(shí)不同軋輥條件的最大咬入角和咬入摩擦系數(shù) 3軋制速度的影響 在實(shí)驗(yàn)中軋制3.9厚0.3碳鋼試樣用蓖麻油潤(rùn)滑，軋輥外表粗糙度RMS均方根值為0.20.4，當(dāng)軋制速度在00.15時(shí)，咬入摩擦系數(shù)下降很快。當(dāng)軋制速度超過(guò)0.15時(shí)，咬入摩擦系數(shù)隨軋制速度的增加緩慢下降。 4軋輥材質(zhì)和外表粗糙度

14、的影響? 表3-17表示了不同外表粗糙度的軋輥冷軋的最大咬入角和咬入摩擦系數(shù)。 3熱軋穩(wěn)態(tài)軋制時(shí)的摩擦系數(shù) 熱軋穩(wěn)態(tài)軋制時(shí)的摩擦系數(shù)受許多因素的影響，下面作簡(jiǎn)要表達(dá)。 1軋件溫度 對(duì)于低碳鋼，軋制溫度在700以上，摩擦系數(shù)隨軋制溫度的增加而下降。 式中 一軋件溫度，。 通常，對(duì)一定化學(xué)成分的鋼，軋件的摩擦系數(shù)在某溫度下到達(dá)最大值后再下降見(jiàn)圖3-3。表3-18列出了在無(wú)潤(rùn)滑情況下熱軋低碳鋼時(shí)的摩擦系數(shù)。 2軋件化學(xué)成分 熱軋時(shí)軋件化學(xué)成分對(duì)摩擦系數(shù)的影響通常取決于氧化鐵皮形成機(jī)制。實(shí)驗(yàn)說(shuō)明軋制碳鋼的摩擦系數(shù)隨鋼中碳含量的增加而下降見(jiàn)圖3-4。這種影響隨溫度的增加而逐漸減小。這種現(xiàn)象有時(shí)也可以解釋

15、為隨鋼中碳含量的增加，金屬外表之間的分子吸引力減弱的作用。這一點(diǎn)可以由奧氏體不銹鋼軋制時(shí)，由于軋輥外表產(chǎn)生壓焊趨勢(shì)，摩擦系數(shù)比碳鋼軋制時(shí)大1.31.5倍這一事實(shí)得以確認(rèn)。 3軋輥外表粗糙度? 如表3-19所示，穩(wěn)態(tài)軋制時(shí)，摩擦系數(shù)隨軋輥外表粗糙度的增加而顯著上升，這里的值是由加力打滑法得到的。 表3-18 在不同溫度下熱軋低碳鋼時(shí)的摩擦系數(shù) 圖3-3 穩(wěn)態(tài)軋制時(shí)軋件溫度對(duì)摩擦系數(shù)的影響 圖3-4? 熱軋穩(wěn)態(tài)軋制時(shí)軋件碳含量對(duì)摩擦系數(shù)的影響4軋制速度：根據(jù)蓋列依的研究，軋制速度增加使穩(wěn)態(tài)軋制時(shí)的摩擦系數(shù)減小，可用下面公式計(jì)算值。? 對(duì)于鋼軋輥：對(duì)于鑄鐵輥：? 對(duì)于磨光鋼軋輥和冷硬鑄鐵輥： 式中

16、為軋制速度，m/s；為軋件溫度，。 5潤(rùn)滑油濃度? 通常，穩(wěn)態(tài)軋制時(shí)的摩擦系數(shù)隨潤(rùn)滑油濃度的增加而減小。然而，當(dāng)潤(rùn)滑油的濃度到達(dá)一定值時(shí)，再增加濃度，對(duì)降低摩擦系數(shù)的作用不明顯。這種 潤(rùn)滑油濃度的一定值取決于潤(rùn)滑劑的類型： 聚合棉籽油乳化液? 5 硬脂酸液? 20 菜籽油? 40 4冷軋穩(wěn)態(tài)軋制時(shí)的摩擦系數(shù) 冷軋穩(wěn)態(tài)軋制時(shí)的摩擦系數(shù)主要受以下因素影響： 1軋件溫度? 通常，當(dāng)軋件溫度增加時(shí)摩擦系數(shù)增加。與溫度的關(guān)系可做近似計(jì)算： 式中，為20時(shí)穩(wěn)態(tài)軋制時(shí)的摩擦系數(shù)；為軋件溫度，；為取決于軋輥外表粗糙度的修正系數(shù)：光滑輥面，粗糙輥面?2軋輥外表粗糙度? 摩擦系數(shù)隨軋輥外表粗糙度增加而增大，其影響

17、可由下 表3-19? 熱軋穩(wěn)態(tài)軋制時(shí)軋輥外表粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響 圖3-5? 潤(rùn)滑油黏度對(duì)冷軋時(shí)摩擦系數(shù)的影響? 圖3-6 冷軋速度對(duì)摩擦系數(shù)的影響潤(rùn)滑條件下 式表達(dá)： 式中，為在當(dāng)軋輥外表粗糙度穩(wěn)態(tài)軋制時(shí)的摩擦系數(shù)。上式中的范圍在0.210。 3軋件化學(xué)成分? 碳素鋼軋制采用潤(rùn)滑時(shí)，軋件化學(xué)成分對(duì)摩擦系數(shù)的影響可以忽略。但軋制奧氏體不銹鋼時(shí)，由于存在軋輥粘結(jié)趨勢(shì)，因此，其摩擦系數(shù)通常比碳鋼增大1020。 4潤(rùn)滑劑黏度? 通常油膜厚度隨潤(rùn)滑劑黏度增加而增加，因此，摩擦力也隨之下降，圖3-5是兩種潤(rùn)滑油的黏度變化對(duì)產(chǎn)值的影響。摩擦系數(shù)與潤(rùn)滑黏度的關(guān)系可近似由下式表示： 式中，為50時(shí)潤(rùn)滑劑黏度

18、，m2/s×10-2；對(duì)于礦物油，=1.4，對(duì)植物油，=1.0。? 5軋制速度? 根據(jù)研究結(jié)果，油膜厚度與軋制速度成正比。因此，當(dāng)軋制速度增加時(shí)，摩擦系數(shù)下降見(jiàn)圖3-6。 6道次壓下量? 道次壓下量對(duì)摩擦系數(shù)的影響很大程度上取決于軋件外表粗糙度以及加工硬化程度，圖3-7表示軋制低碳鋼，采用蓖麻油和10礦物油乳液潤(rùn)滑時(shí)軋件摩擦系數(shù)隨道次壓下量的變化。當(dāng)鋼帶外表粗糙時(shí)，退火的和加工硬化的鋼帶的摩擦系數(shù)隨壓下量的增加而降低。當(dāng)軋制的鋼帶外表光滑時(shí)，退火鋼帶的值隨壓下量的增加而增加，加工硬化鋼帶的值保持不變。 圖3-7? 冷軋時(shí)道次壓下量對(duì)摩擦系數(shù)的影響 4、設(shè)計(jì)目的、任務(wù)和要求 1設(shè)計(jì)目的 1提高綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，解決專業(yè)技術(shù)問(wèn)題的能力。 2培養(yǎng)獨(dú)立工作，獨(dú)立學(xué)習(xí)的習(xí)慣，培養(yǎng)吃苦耐勞、協(xié)作攻關(guān)的精神。 3提高計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力和水平。 2設(shè)計(jì)任務(wù) 以現(xiàn)有的某個(gè)薄板廠工藝設(shè)備為對(duì)象，進(jìn)行軋制工藝設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)成果表達(dá)為：1設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；2軋機(jī)速度圖、軋制進(jìn)程圖、主電動(dòng)機(jī)