四球实验及铝板冷轧试验和轧后表面观察与分析一、实验目的：1.通过铝板干轧和不同油润滑条件下的轧制试验，分析轧制力、压下量、最小可扎厚度，得出润滑油对铝板轧制的影响。
2.用金相显微镜观察铝板轧后的表面组织，分析工艺润滑对表面粗糙度的影响。
二、实验原理：1、四球试验原理极压性:润滑膜承受载荷而不被挤出摩擦表面,导致摩擦面缺少润滑的能力。
极压抗磨性能不好，就会导致设备的磨损严重，使设备损坏引发设备事故。
极压润滑油是加有抗极压润滑剂的润滑油，它能明显增加基础油的承载功能，减少过度损耗。
极压添加剂：当金属表面承受很高的负荷时，大量的金属表面直接接触，产生大量的热，而抗磨剂形成的膜也被破坏，不再起保护金属表面的作用，如有一种添加剂能与金属表面起化学反应生成化学反应膜，起润滑作用，防止金属表面擦伤，甚至熔焊，通常把这种最苛刻的边界润滑叫做极压润滑，而这种添加剂称为极压添加剂。
抗磨添加剂：在边界润滑中，当金属表面只承受中等负荷时，如有一种添加剂能被吸附在金属表面上或与金属表面剧烈磨损，这种添加剂称为抗磨添加剂。
在传统的润滑理论中，把润滑分为液体润滑和边界润滑。
作相对运动的两个金属表面完全被润滑油膜隔开，没有金属的直接接触，这种润滑状态叫做液体润滑；随着载荷的增加，金属表面之间的油膜厚度逐渐减薄，当载荷增至一定程度，连续的油膜被金属表面的峰顶破坏，局部产生金属表面之间的直接接触，这种润滑状态叫做边界润滑。
由于其在适用性能和作用机理上的区分是不很严格的，所以有时很难将二者区分开。
故在西方国家，把极压剂、抗磨剂和油性剂统称为载荷添加剂（Load－Carrying additives）。
极压抗磨剂是一种重要的润滑脂添加剂，大部分是一些含硫、磷、氯、铅、钼的化合物。
在一般情况下，氯类、硫类可提高润滑脂的耐负荷能力，防止金属表面在高负荷条件下发生烧结、卡咬、刮伤；而磷类、有机金属盐类具有较高的抗磨能力，可防止或减少金属表面在中等负荷条件下的磨损。
实际应用中，通常将不同种类的极压抗磨剂按一定比例混合使用性能更好。
利用一般磷化物具有抗磨性、氯化物与硫化物具有的极压性，使添加剂同时含氯、含磷或含硫化合物，从而既具有极压性，又具有抗磨性。
对极压、抗磨性能的测定有四种方法：1梯姆肯试验该试验是在梯姆肯试验机上进行，将润滑脂以一定流量加在一定负荷一定转速的金属环与金属块的摩擦副之间。
经过一定时间的运转后观察金属块上的磨痕来判断润滑脂的极压性能用OK值表示。
1.1考察润滑脂在线形接触下抵抗负荷的能力。
1.2试验方法：SH/T 02032四球试验（GB/T 3142）四球试验是将润滑脂装入球盒中，在规定的负荷下上面一个钢球对着下面静止的三个钢球以一定的转速旋转。
一定时间后测其磨迹直径来判断润滑脂的极压性能。
该方法有三种表示：PB 值、PD值、ZMZ值PB值：是指在试验条件不发生卡咬的最大负荷，用N表示。
当PB值过小，不能满足极限条件下的工艺要求，可能发生油膜破裂而造成粘辊、轧痕等表面损伤；当PB值过大，则由于化学活性过大对材料设备造成不必要的腐蚀。
PD值：是在试验条件下使转动球与三个静止的球发生烧结的最小负荷，用 N表示。
ZMZ值：润滑脂在所加负荷下抗极压能力的一个指数。
试验时负荷按0.1对数单位的间隔逐级加到三个静止的钢球上，取烧结负荷前十次试验结果计算ZMZ值，用N表示。
3四球试验（GB/T12583）该方法有三种表示方法：PB 值、PD值、LWI值LWI值：是指在所加负荷下润滑剂使磨损减少到最小的极压能力指数。
在本试验条件下，它等于在烧结点以前按0.1对数单位负荷加到三个静止球上，做十次试验所测得的校正负荷的平均值。
4抗磨性能（SH/T 0204）在四球长磨试验机上，在规定的负荷条件下，上面的一个钢球对着表面涂有试样的下面三个静止的钢球旋转，试验结束后测量下面三个钢球的磨痕直径，以磨痕直径的大小来判断润滑脂的抗磨性能。
4.1意义：此方法用于测定不同润滑脂在试验条件下的相对磨损性能，不能区别极压和非极压润滑。
2、轧制基本原理：轧制是将金属坯料通过一对旋转轧辊的间隙（各种形状），因受轧辊的压缩使材料截面减小，长度增加的压力加工方法，这是生产钢材最常用的生产方式，主要用来生产型材、板材、管材。
分热轧和冷轧两种。
轧件由摩擦力拉进旋转轧辊之间，受到压缩进行塑性变形的过程，通过轧制使金属具有一定尺寸、形状和性能。
1）简单理想轧制过程：两轧辊均被驱动，直径相等，转速相同，轧件的机械性质及运动均匀，无外加推力或拉力作用，靠轧辊力实现轧制的过程。
轧制过程左图所示。
变形区主要参数：R-轧辊半径 α—咬入角L —变形区长度，是接触弧（α对应的弧 度）的水平投影 h0, h1—轧件入口厚度和轧后厚度 L0, L1 —轧件轧制前后的长度 b0, b1 —轧件轧制前后的宽度2）轧制过程中的金属流动：轧件无宽展，垂直截面水平流动速度相同，则按体积不变条件可知， 变形区流动速度变化：a) 在轧辊入口：金属的流动速率 < 轧辊表面圆周速度 b) 在轧辊出口：金属的流动速率 > 轧辊表面圆周速度c) 在变形区存在一个金属流速 = 轧辊表面园周速度的地方→中性面 d) 轧辊入口-中性面之间的区间—后滑区e) 中性面-轧辊出口之间的区间—前滑区，对应的轧辊圆心角称为中性角3）轧制压力轧制压力是轧制时轧辊施加于轧件的变形力，但通常，轧件施加于轧辊总压力的垂直分量称为轧制压力。
后滑区第一项单位压力 p 的垂直分量 第二、三项分别为前、后滑区单位摩擦力 t 的垂直分量，方向不同。
通常这两项比较小，工程上可以忽略，则有：取平均值形式，有：4）轧制力矩轧制压力 P 与其作用点到轧制中心线距离（力臂） a 的乘积，是确定轧制的主电机和轧辊传动机构负荷的重要参数。
1.在简单轧制情况下，驱动两辊的轧制力矩：21M M M +=2.摩擦与润滑1）摩擦的分类a)按摩擦表面的润滑状态，摩擦可分为干摩擦、边界摩擦和流体摩擦。
b)在金属成型过程中，实际上常常是以上三种摩擦形式并存，称之为混合摩擦。
2）冷轧工艺润滑的作用a)润滑作用：在辊缝一定的条件下，摩擦系数越小，道次压下量越大。
b)冷却作用：由于冷轧过程中没有水冷，必须考虑工艺润滑中的冷却作用。
在相同的条件下水的冷却性能要由于由，而乳化液的冷却能力介于油和水之间。
c)铝及铝合金的润滑剂：铝及铝合金板带箔冷轧润滑剂均为纯油型轧制润滑油，一般不使用乳化剂。
低粘度、高闪点、窄馏程、低硫低芳是高档铝材轧制油的发展方向。
三、实验材料及实验仪器：1.实验材料：钢球、厚度差别不大的铝板3片、（用于四球长磨实验的1号乳化液与2号乳化液）、（用于轧制实验的1号乳化液与2号乳化液）。
2.实验仪器：四球摩擦磨损试验机、二辊轧机、千分尺、丙酮清洗剂、金相实验显微镜。
四、实验内容及操作步骤：1、使用四球机测定PB值（1）用石油醚超声清洗钢球，油盒，夹具及其他在实验过程中与式样接触的零部件两次，然后用吹风机吹干,（2）依次打开电源，静压泵，压力泵（先不开油盒），启动电机空转，预热两分钟；（3）用镊子将三个钢球放入油盒内，让油样盖过钢球而到达压环与螺帽的接合处。
将另一个钢球用卫生纸托着，固定在上球座，稍微转动下，不掉下来即可。
（4）将装好油样和球的油盒正中的安放在上球座下面，盖上圆盘架（挡油），按国标GB/T12583所设定数值测定PB值。
首页：设置（比如44公斤 431N）试验力431N ；转速 1450 ；转数1500100 ；时间10S确认——油盒升——加载（5）当试验力读数接近0N时，清零，停止；若为零，直接按停止（防止油盒升的太快，试验力大于431N），油盒缓慢上升到顶后自动停止，若实验力不够，继续加载，加载到431N，抵住左边的杠杆，防止机器运动过程中，油盒飞出来。
（6）确认——运行 10S后——卸载，读数到+0000N时——降油盒将油盒里的油样倒入回收油的瓶子里，观察三个球的摩斑直径（7）若小于0.36mm，则继续加载，卸掉上球，试验过程同上。
2、铝板轧制实验：1）用丙酮清洗剂清洗铝板表面和轧辊，调节上轧辊高度，使辊缝为0，测量三块铝板的厚度并记录。
2）分别对三块铝片编号，1号用于干扎，2号在用2号乳化液润滑，3号在用3号乳化液润滑。
3）根据测量到的铝板厚度数据，进行6道轧制，每次压下量20%，在第5道次已经发生压靠，再继续轧制一次即可，每次轧制前后用千分尺测量铝板厚度并记录，同时在计算机上输入数据并记录。
4）再用2，3号铝板进行轧制，每个道次间均进行一次涂抹轧制油。
5）实验结束后，关闭轧机，并用丙酮清洗剂清洗轧辊。
6）将最终得到的铝条剪下一小片，压平后在金相实验显微镜下观察并记录照片。
7）对扎后表面进行观察与分析。
五、实验数据处理1、四球机测定PB值铜轧制油理化性能：1号乳化液（浓度5%）：Pb（油膜强度）：883长磨30分钟得到磨斑直径0.767mm，摩擦系数0.06872号乳化液（浓度5%）：Pb（油膜强度）：1118长磨30分钟得到磨斑直径0.650mm，摩擦系数0.05461号2号2、轧制实验数据 （1）干轧数据：（2）1号乳化液轧制数据：（3）2号乳化液轧制数据：（1）绘制不同润滑条件下铝板轧制时的道次-压下量散点图，分析工艺润滑对道次压下量的影响。
道次 厚度H(mm) 厚度h(mm) 压力1(kn) 压力2(kn) 扭矩(kn-m) 速度(rpm) 电压(V) 电流(A) 功率(KW) 时间(s)1 1.483 1.432 12.32 14.09 0.07 11.64 0 0 0.47 1.38 2 1.432 1.31 29.09 30.27 0.17 12.12 0 0 0.82 1.553 1.31 1.155 40.61 41.48 0.33 11.24 0 0 1.1 1.72 4 1.155 0.984 48.07 49.92 0.37 11.1 0 0 1.36 1.89 5 0.984 0.798 54.9957.210.41 10.75 0 0 1.49 2.41 6 0.7980.476102.31 98.141.1310.633.923.95道次 厚度H(mm) 厚度h(mm) 压力1(kn) 压力2(kn) 扭矩(kn-m) 速度(rpm) 电压(V) 电流(A) 功率(KW) 时间(s) 1 1.471 1.367 22.1 23.21 0.111.69 00 0.76 1.55 2 1.367 1.224 35.22 36.22 0.25 11.78 0 0 0.96 1.72 3 1.224 1.062 43.55 46.23 0.25 8.7 00 1.19 2.06 4 1.062 0.894 49.14 51.47 0.35 10.97 00 1.38 2.24 5 0.894 0.722 60.43 54.38 0.48.14 00 1.41 3.27 60.722 0.438 89.3 90.55 0.85 10.81 03.394.3道次 厚度H(mm) 厚度h(mm) 压力1(kn) 压力2(kn) 扭矩(kn-m) 速度(rpm) 电压(V) 电流(A) 功率(KW) 时间(s) 1 1.472 1.406 12.82 18.87 0.110.88 00 0.59 1.55 2 1.406 1.29 28.42 31.36 0.12 11.37 0 0 0.81.723 1.29 1.141 37.09 42.77 0.25 11.5 0 0 1.03 1.894 1.141 0.959 44.53 50.45 0.31 11.49 0 0 1.33 2.23 5 0.959 0.784 49.73 55.18 0.35 10.79 0 0 1.47 2.75 60.784 0.464 83.12 94.91 0.81 10.69 03.424.47（2）绘制不同润滑条件下铝板轧制时的轧制压力散点图，分析工艺润滑对轧制压力的影响。