第四章：冷轧工艺理论和计算欧阳光明（2021.03.07）4.1 轧制规程的设计1.1 基本概念轧制规程也叫做轧制制度，它包括压下制度、速度制度、温度制度、张力制度和辊型制度，是指轧制过程中各道次的压下量分配以及相应的力能参数设定。

它主要式根据产品的技术要求、原料条件及生产设备的情况，运用数学公式（模型）或图表进行计算，从而确定轧制方法，确定压下制度、速度制度、温度制度、张力制度和辊型制度，以便在安全操作条件下得达到优质、高产、低消耗的目的。

4.2制定轧制规程的原则和要求1 在设备能力容许的条件下尽量（提高道次压下量、缩减轧制道次、缩短轧制周期、确定合理速度规程等等）提高产量。

2 在保证操作稳定的条件下提高质量。

总之，充分而又合理地发挥轧机的设备能力，通过适当减少轧制道次和提高轧制速度来增加产量，保证产品的质量。

3 压下规程的分配依据和要求制定压下的依据是产品厚度精度、板形和表面质量规定、最大轧制力P max、最大轧制力矩M max、最大电机功率N max、成品尺寸等；压下规程的中心内容就是要确定由一定的板坯轧成所要求的成品的变形制度，即采用的轧制方法、轧制道次及每道压下量的大小。

冷轧板带铝压下规程的制定一般包括原料规格的选择、轧制方案的确定以及各道次的压下量的分配与计算。

①冷轧各道次的分配：由于第一道次的后张力太小，而且热轧来料的板形与厚度偏差不均匀，甚至呈现浪形、飘曲、镰刀弯或锲形断面，致使轧件对对中难以保证，给轧制带来一定的困难，第一道次不宜过大也不要太小；中间道次的压下分配，基本上可以从充分利用轧机能力出发，或按经验资料确定各压下量；后几道次虽然绝对压下较小，但带钢的加工硬化程度很大，变形抗力大，因此后几道次压下量则受带钢对轧制压力的限制，最后1－2道次为了保证板型及厚度精度，一般按经验采用较小的压下率。

常用制定制定压下规程的方法：①由于道次的分配受各种因素因素的影响，要用精确的理论公式来计算出来是不太实际的，一般先按经验并考虑规程制定的一般原则和要求，分配各道的压下量，最后较核设备的负荷及各项限制条件，予以修正。

4.3 轧制压力的计算合金牌号轧机选择原料尺寸6⨯1332.5⨯200125mm 2024铝卷500/1250⨯1700mm四重可逆冷轧机。

——冷轧带式生产的轧制规范，带式生产的铝合金热轧卷需要预先退火后再进行冷轧，退火规范如下：合金牌号温度保温时间冷却方式2024铝合金390-440 1h 以小于30度/h的冷却速度缓冷。

当温度为250度以下出炉1.总加工率的确定：硬铝合金加工率可达80%以上。

2，压下量分配及基本参数：3.轧制变形区主要参数：咬人角：a =（冷轧变形率小可用此公式计算）1a =0.069 2a =0.069 3a =0.066 4a =0.0534.冷轧轧制力计算： a.00H h H -∂=11H h H -∂=—————H ：开坯时坯料厚度mm ①01∂=0 11∂=20% ②02∂=20% 12∂=40% ③03∂=40% 13∂=58% ④04∂=58% 14∂=70%由上查《铝》3-2-16图得：①(0.2)01σ=130Mpa (0.2)11σ=230Mpa ②(0.2)02σ=230 (0.2)12σ=280 ③(0.2)03σ=280 (0.2)13σ=290 ④(0.2)04σ=290Mpa (0.2)14σ=295Mpa因为0(0.2)01.15k σ=1(0.2)11.15k σ=012k k k +=由上得：1k =207Mpa 2k =293.25Mpa 3k =327.75Mpa 4k =336.38Mpa b.'012k k σσ+=-—————0σ=（4.3-0.50h ）9.8，1σ=（5.67-0.601h ）9.8由上得：'1k =186.96Mpa '2k =266.74Mpa '3k =295.12Mpa '4k =298.99MpaC.不考虑弹性压扁时的接触弧长度：l = (mm)1l =17.32mm 2l =17.32mm 3l =16.43mm 4l =13.42mm d.2()fl m h =——————— f:摩擦系数,在此用煤油润滑取0.16 由上得：1m =0.26 2m =0.44 3m =0.24 4m =0.16e.求出2cRf n k h '= 其中对于钢轧辊c=1.06410-⨯1n =0.03 2n =0.05 3n =0.09 4n =0.15f.根据《铝板带轧制》图4-20得：由上得：1m '=0.54 2m '=0.70 3m '=0.55 4m '=0.50所以1l '=18.23mm 2l '=18.38mm 3l '=10.52mm 4l '=6.75mmg.平均单位轧制力p 的计算()p k PMF σ=-————————《铝板轧制》图3-2-20 PMF ：压力倍增系数由上得：1p =243.05Mpa 2p =400.11Mpa 3p =413.17Mpa 4p =388.69Mpah.冷轧轧制力P由上得1B ∆=1.64mm(宽展除在热轧及冷轧开坯道次考虑，冷轧其余道次不考虑)所以：1p =5906694N=590t 2p =980t 3p =579t 4p =349t4.4轧制力矩的计算4.4.1制定轧制规程必须遵守下面两个条件：第一、在负荷最大的道次中电机输出的转矩不应超过电机本身允许的最大转矩。

第二、根据负荷图确定的平方根转矩（或等效转矩）不应超过电机长时间工作的额定转矩。

4.5冷轧轧制力矩计算——冷轧时不考虑轧机变速，只考虑静力矩部分。

———Z M 扎件变形给轧辊轴承的轧制力矩U M 轧辊轴承的摩擦力矩KM 轧辊空转时的空转力矩 a. 2Z M P l ψ'=———ψ为力臂系数，冷轧板带一般取：0333-0.42 1Z M =80.71KN.m 2Z M =134.06 3Z M =44.00 4Z M =17.90b.U M PdU =—————d.轧辊直径。

U 轧辊轴承摩擦系数冷轧机一般取0.05-0.081U M =177.00KN.m 2U M =294.00 3U M =173.70 4U M =104.70KN.mC.(0.060.1)K Z M M =1K M =6.46 KN.m 2K M =8.85 3K M =2.90 4K M =1.07KN.m——因为Z U K M M M M ∑=++由上得：1M ∑=103.46KN.m 2M ∑=436.85 3M ∑=219.90 4M ∑=123.90KN.m4.6张力制度的确定当卷取机的线速度大于工作辊的线速度产生前张力，而工作辊的线速度大于开卷机的则产生后张力。

具有张力才能让轧件顺利咬入轧机进行轧制。

主要是选择平均单位张力σz ，即作用于在带材断面上的平均张应力,一般应小于带钢屈服度的12sσ，实践证明较大的后张力可降低单位压力的35％，而前张力仅能达到20％的水平。

故通常用后张力大于前张力的轧制方法，这可减少断带的可能性。

一般不超过0.6σs，最后道次即成品卷张力不能太高。

3.3.1辊型的调节制度在轧制过程中，由于种种原因，入轧辊的受力弯曲、沿辊身长度方向的温度分布不均匀等，将是辊型发生变化，导致板材横向厚差的变化，或由于板材在轧辊辊身边部和中部变形的不均而出现波浪。

为了获得较为理想的合格板材，就需要采取措施来调节轧辊的辊型。

除了使轧辊的凸形补偿等施外，采用调节液压弯辊力的方法使很常用的方法。

在设计和使用液压弯辊力的时候，必须计算弯辊力，但由于其计算方法较多，而且计算时要涉及到众多参数，比较繁琐，故在设计时的弯辊力的长参考某些经验数据来选取，一般弯曲轧辊的最大弯曲力约为最大轧制力的15％－20％，在具体的轧制过程中，由操作者根据所观察到的实际情况，给定合适的弯辊力。

4.7 轧辊的校核4.1 弯曲强度的校核根据以上计算可知，各道次的轧制力小于轧机的最大轧制力10500KN，故轧辊的弯曲强度校核通过。

所选50012501700mm⨯⨯轧机参数如下：4.2 强度的校核为了计算简便，对轧辊的校核，我们只选取轧制力最大的那个道次来进行校核。

所以有计算产品可知，轧制力最大的那个出现在轧制2024铝板的第二道次上，其最大轧制力为1655t 。

在轧制过程中，四辊轧机的工作辊与支承辊接触处，以及工作辊与轧件的接触处，都会产生接触应力。

工作辊与支承辊的接触面积比工作辊与轧件的接触面积小得多，因此，在同样大小的作用力下，工作辊与支承辊间的接触应力要大大超过工作辊与轧件的接触应力。

所以，在设计时，只需计算工作辊与支承辊间的接触应力。

1、轧辊表面的最大接触应力可按以下公式求得：式中：,,x y z σσσ—轧辊表面的径向、切向、轴向应力（即主应力,,x y z σσσ，单位2/kg cm ）。

0p ---辊间最大压力，2/kg cm 。

式中：q ——作用于轧辊单位长度上的压力，z P q L =（/kg cm ）。

g z R R ——工作辊、支承辊辊身半径，cm 。

则010925.8P ===2/kg cm2、根据主应力值可求得当量应力值d σ及最大剪应力值max τ：3、已知：工作辊辊身硬度：肖氏HS90～96对于硬度为HS90～100（相当于HB700）的冷轧工作辊，可得[]d σ=100002/kg cm max []τ=50002/kg cm4、可得：6555.510000d σ=<；所以轧辊校核通过。

4.7轧制速度的确定主电机的加速度a 、b 取决于主电机的特性及其控制线路，通常可逆式轧机的主电机加速度a 一般在15～30rpm/s 之间，减速度b 一般在30～60rpm/s 之间，取本轧机主电机加速度a ＝20rpm/s=1200r/min ，减速度取b =40rpm/s=2400r/min 。

传动比：1：1。

取咬入速度1n ＝20r/min ，抛出速度3n ＝30r/min ，稳定轧制速度2n ＝380 r/min ；p t ——为空转加速时间；1t ——为带锭轧制时的加速轧制时间；2t ——为等速轧制时间；3t ——为带锭轧制时的减速轧制时间；0t ——为空转减速时间。

纯轧制时间为：123m t t t t =++等速纯轧时间2t 的决定由纯轧时间的轧件长度L 来确定。

带卷长度： 因为 123L l l l =++式中 12,l l 和3l 分别表示加速纯轧时间，等速纯轧时间和减速纯轧时间所轧过的轧件长度。

而213l L l l =-- ；将1l ，2l ，3l 带入L 式中得故：123138.40.30.1138.8m t t t t s =++=++=4.9轧机主电机功率计算与校核1.等效力矩计算及电动机的校核按等效转矩校核设计计发热是否安全，或者选择电机时的普通方程 式中 M jum ——等效力矩，KN m ；∑t n ——轧制时间内各段纯轧时间的总和，s ； n t '∑——轧制周期内各段间隙时间的总和，s ；M n ——各段轧制时间所对应的力矩，KN m ； n M '——各段间隙时间对应的空转力矩，KN m ； 按上式可计算出轧机等效力矩M jum =231.6KN m ＜h M ∴校核通过。