1、综合实验报告1、实验课题变形程度对板材同步冷轧变形力和金属机械性能的影响。二、实验目标通过改变压下量 ，即改变变形程度 （ ）实验hhHh/)(参数分别进行冷轧和拉伸试验，以此来研究钢板在进行同步冷轧时轧制力随变形程度的变化规律，以及在不同压下量时钢板的机械性能（主要为屈服强度和抗拉强度 ）的影响。sb三、实验原理1.轧制实验原理（1）轧制原理同步轧制是指上下两轧辊直径相等，转速相同，且均为主动辊、轧制过程对两个轧辊完全对称、轧辊为刚性、轧件除受轧辊作用外，不受其它任何外力作用、轧件在入辊处和出辊处速度均匀、轧件的机械性质均匀的轧制。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
2、力都是指向中性面，中性面附近单位下力增强，使平均单位轧制增大。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分布。（2）轧制力测定原理目前测量轧制力的方法有两种：应力测量法和传感器法。而传感器测量法又有电容式、压礠式和电阻式三大类，本实验只用电阻式。电阻应变式传感器是利用金属丝在外力的作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化这一金属的电阻应变效应，将被测量转换为电量的一种传感器。一个典型的电阻式应变支撑传感器上 上 上图 1 同步轧制示意图是用一个圆柱作为弹性元件。圆柱体在轧制力作用下产生形变使得应变片的电阻发生变化，将这些应变片按一定的方式连接起来，在接入电桥，就可得到一个与轧制力成
3、比例关系的输出电压，从而将力参数转变成电信号，其原理图如图 2 所示。V轧制实验中，将轧机的测力传感器与计算机通过电路以及相应的轧制综合参数测试仪连接起来，在计算机中，利用杂货之测试软件来采集相关数据。在轧制实验中通过游标卡尺测量读取相关数据。在拉深实验中，通过读取万能实验机上的的数据并作必要记录。轧制综合参数测试仪数据采集方法如图 3 所示。2.拉伸实验原理金属拉伸实验是测定金属材料力学性能的一个最基本的实验，是了解材料力学性能最全面，最方便的实验。本实验主要是测定 T5 碳钢在轴向静载拉伸过程中的力学性能。在试验过程中，利用实验机的自动绘图装置可绘出 T5 碳钢的拉伸图。由于试件在开始受力
4、时，其两端的夹紧部分在试验机的夹头内有一定的滑动，故绘出的拉伸图最初一段是曲线。对于碳钢试样，在确定屈服载荷 PS时，必须注意观察试件屈服时测力度盘上主动针的转动情况，国际规定主动针停止转动时的恒定载荷或第一次回转的最小载荷值为屈服载荷 PS，故材料的屈服极限为 。sAP/s件拉伸达到最大载荷之前，在标距范围内的变形是均匀的。从最大载荷开始，试件产生颈缩，截面迅速变细，载荷也随之减小。因此，测测力度盘上主动针开始回转，而从动针则停留在最大载荷的刻度上，指示出最大载荷 ，则轧制压力 P )(RVIP弹性元件 电阻应变片 电桥线路 放大器 计算机软件输出测力传感器 测试仪器 计算机分析图 2 轧制
5、压力测量原理图130 二辊异步轧机P1 P2 测力传感器 电桥盒数据采集系统 计算机输出图 3 数据采集方法材料的强度极限为: 。bbAP/件拉伸达到最大载荷之前，在标距范围内的变形是均匀的。从最大载荷开始，试件产生颈缩，截面迅速变细，载荷也随之减小。因此，测力度盘上主动针开始回转，而从动针则停留在最大载荷的刻度上，指示出最大载荷 Pb，则材料的强度极限为: 。试件断列后，将试件的断口对齐，测量出断裂后bb/的标距 l1和断口处的直径 d1 ，则材料的延伸率 和截面收缩率 分别为:式中， , 分别为试验前的标距和横截面面积； , 分别为试验后的标0lA1lA距和断口处的横截面面积。四、实验参数
6、设定1.轧制实验参数的确定（1）试样参数的设定先利用剪切机剪切得到尺寸为 的钢板，再进m0142.总总 LBH行横向剪切得到尺寸为 五块 T5 钢板。50142.（2）轧制参数的设定 压下量的确定：由于轧制时是在干摩擦条件下进行，故可取辊面摩擦系数为 0.15，根据最大的咬入角为farctnmax（1）由式（1）可得， ，再根据式（2）5.8max)os1(maxaxDh（2）可得， 。故本实验可取最大压下量 。43.1axh 7.0h 变形程度 的确定：由于实验所给的钢板厚度大致一样，若要改变变形程度 ，只需改变压下量 。经过上述计算可知取最大压下量 ，实验采用单道次压下，.压下量最大 取用
7、 0.7mm，已知转过 17 个齿，即压下量为 1mm，则当hmm 需转过 12 个齿。现在分配每块钢板试样的压下量，在调整好辊缝7.0的基础上，分别转动齿轮 4 个齿，6 个齿，8 个齿，10 个齿，12 个齿，即 分h别为 0.24mm，0.35mm，0.47mm，0.59mm，0.70mm。具体理论设计数据如表 1 所示。表 1 T5 钢板冷轧变形程度的确定（理论设计）试样编号 1 2 3 4 5轧前厚度H/mm 2.16 2.16 2.22 2.20 2.18压下量 0.24 0.35 0.47 0.59 0.70%0l %010/mmh转过齿数/个 4 6 8 10 12变形程度 /
8、%11.11 16.20 21.17 26.82 32.11注：该表格中数据仅为设计，以后面的试验中所得数据为准。2.拉伸实验参数的确定拉伸实验中参数的设定主要是对试样进行尺寸规格设定，如图 4 所示。根据体积不变定律可估算冷轧后试样 1 的尺寸变为（不考虑宽展的条件下） ，因为存在弹性回复及弹性压扁，m75.1684092.实际厚度大于 1.92mm，实际长度小于 168.75mm。由于试样 1 的变形程度最小，故其轧制后长度最小。查相关资料可得，试样可按图 1 所示形状加工。bhsl3.1.0（3） 由经验公式（3）可得在有效宽度 取 30mm 时，根据两种不同算法可得到有效长度 =87.
9、5mm，取整为 90.0mm。由于设计时要考虑到试样能被夹1l头夹紧而不至于脱离，两端夹住长度分别可取 20mm。故有效长度可取为，则宽度 ，查有关资料可得，圆弧倒角半径可取 4mm，m0.91l m0.3b则经过计算试样总长度 可取 150mm。l五、实验内容（一）轧制实验1.实验仪器及材料（1）实验仪器： 130mm 实验轧机；压力传感器；综合分析测试仪；游标卡尺。（2）实验材料：厚度为 2.2mm 的 T5 钢板一块。2.实验步骤（1）将钢板在剪切机上剪成 为 的试样五块。LB1504（2）将五块 mm 规格的 T5 钢板试样进行编号，分别为 1 号，15042.2 号，3 号，4 号，
10、5 号；（3）将压力传感器安装在轧机上，并将设备间的连续连连接好；5BlbL3.2R图 4 拉伸试样尺寸规格（4）检查好各通路，调节轧制综合参数测试仪至平衡状态，在开扎之前点击“数据采集” 。（5）进行辊缝调节，先将辊缝调整为零，缓慢转动转盘，减小辊缝直至计算机采集图样中曲线出现波动即可停止，说明辊缝已经调整为零。（6）再将辊缝调整 2.20mm，即转过的齿数为 37 个即可。（7）开启轧机，按表 1 调整压下量，先将转盘转过 4 个齿数，即将辊缝减小 0.24mm，点击“采集数据”后，再进行试样 1 轧制，轧完后测出其轧制后轧件厚度 h，并记录于表 2 中。（8）在进行试样 2、3、4、5
11、的轧制时，在上一个试样的的基础上再转动2 个齿数，相当于总的压下量调整为 0.35mm，0.47mm，0.59mm，0.70mm(理论上)，再进行轧制，分别测量每次轧制后轧件的厚度 h， 并记录于表 2 中。（9）轧制完成之后，点击“停止采集” ，选择对应的数据点，点击“数据分布”生成 word 报表，记录轧制力 、 、 与表 2 中。1P2总（二）拉伸实验1.实验仪器及材料（1）实验仪器：液压万能实验机、游标卡尺、划线机、錾子、锯子、锤子、砂纸、圆锉和平锉等。（2）轧制实验后的 5 块试样。2.实验步骤（1）将轧制实验后的 5 块 T5 钢板试样设计和加工成图 7 所示形状及尺寸，备用。（2
12、）熟悉万能试验机的操作规程，估计拉伸试验所需的最大载荷 Fb，并根据 Fb值选定试验机的测力度盘（F b值在测力度盘 40% -80%范围内较宜）。调整测力指针对准零点，并使从动针与之靠拢，同时调整好自动绘图装置。（3）将 5 块试样按原先的 15 编号进行拉伸实验，测量出拉伸试样的中间长度 和宽度 分别填入表 3 中。1l（4）将 1 号 T5 钢板试样两端夹紧在夹头上，记录时拉伸开始时，记录下刻度尺上的示数 填入表 3 中。2l（5）缓慢加载，每隔一段时间记录下，加载载荷读数以及刻度尺上的读数于表 3，直至断裂，停止试验，取下断裂后的试样用游标卡尺测出试样端口厚度，记录数据于表 3。（6）
13、将万能试验机表盘上示数置零。重复步骤（4）(5)分别对试样编号2、3、4、5 进行拉伸，分别记录数据于表 4、表 5、表 6、表 7 中。6、实验结果与分析1.轧制实验结果表 2 变形程度对轧制力的影响试样编号 轧制前H/m轧制后h/变形程度 /%轧辊一端 KN/1P轧辊另一端 /2总轧制力 KN/总P1 2.16 2.12 1.85 10.27 8.97 19.252 2.16 2.06 4.63 19.32 18.48 37.803 2.22 2.02 9.01 27.03 30.89 57.924 2.20 1.94 11.82 43.27 41.24 84.525 2.18 1.88
14、13.76 51.48 48.00 99.482.拉伸实验结果表 3 试样编号 1 数据读数次数载荷P/KN刻度尺读数/mm2l拉伸前试样宽度 b/mm拉伸前厚度h/mm截面面积S/mm试样拉伸断裂厚度h1/mm2断裂后试样宽度b1/mm延伸率/%拉伸应力/Mpa1 0 8.0 63.60 0 02 5.0 8.6 63.09 0.6 79.253 10.0 9.4 62.90 1.4 158.984 14.0 10.8 62.35 2.8 224.545 16.0 12.0 62.05 4.0 257.866 17.5 13.2 61.15 5.2 286.187 19.5 14.00 60
15、.46 6.0 322.538 20.0 15.2 59.72 7.2 334.99 20.5 16.630 2.1258.891.48 23.588.6 348.1图 5 各变形程度下轧制力 P1（上图）和 P2（下图）10 21.5 18.8 57.71 10.8 372.5511 22.2 23.6 56.28 15.6 394.4612 22.5 44.0 34.81 36.0 646.37表 4 试样编号 2 数据读数次数载荷P/KN刻度尺读数/mm2l拉伸前试样宽度b/mm拉伸前厚度h/mm截面面积S/mm试样拉伸断裂厚度h1/mm2断裂后试样宽度b1/mm延伸率/%拉伸应力/Mp
16、a1 0 3.0 61.80 0 02 6.0 3.8 61.31 0.8 97.863 10.0 4.1 61.13 1.1 163.594 14.0 5.0 60.59 2.0 231.065 16.0 5.5 60.29 2.5 265.386 18.0 7.0 59.42 4.0 302.937 19.0 8.2 58.74 5.2 323.468 20.0 9.5 58.03 6.5 344.659 21.0 11.0 57.22 8.0 367.0010 22.0 13.2 56.10 10.2 392.1611 22.5 16.0 54.69 13.0 411.4112 23.0
17、 16.8 54.30 13.8 423.5713 23.8 36.830 2.0633.961.40 24.2633.8 700.82表 5 试样编号 3 数据读数次数载荷P/KN刻度尺读数/mm2l拉伸前试样宽度b/mm拉伸前厚度h/mm截面面积S/mm试样拉伸断裂厚度h1/mm2断裂后试样宽度b1/mm延伸率/%拉伸应力/Mpa1 0 3.0 60.60 0 02 6.0 3.5 60.30 0.5 99.503 11.0 4.0 60.00 1.0 183.334 15.0 4.8 59.53 1.8 251.975 18.5 6.2 58.72 3.2 325.056 21.0 7.
18、5 57.99 4.5 362.137 23.0 9.5 56.90 6.5 404.228 23.5 11.0 56.11 8.0 418.829 24.0 14.530.0 2.0254.351.28 24.7611.5 441.5810 24.2 31.0 31.69 28.0 763.64表 6 试样编号 4 数据读数次数载荷P/KN刻度尺读数/mm2l拉伸前试样宽度b/mm拉伸前厚度h/mm截面面积S/mm试样拉伸断裂厚度h1/mm2断裂后试样宽度b1/mm延伸率/%拉伸应力/Mpa1 0 3.0 58.20 0 02 5.0 3.5 57.91 0.5 86.343 10.0 4.
19、0 57.62 1.0 173.554 15.0 4.5 57.34 1.5 261.605 20.0 5.0 57.06 2.0 350.516 21.5 5.5 56.78 2.5 378.657 22.5 6.0 56.50 3.0 398.238 23.0 6.5 56.23 3.5 409.039 23.5 7.5 55.69 4.5 421.9810 24.0 9.0 54.90 6.0 437.1611 24.6 12.0 53.39 9.0 460.7612 25.0 21.0 49.32 18.0 506.8913 25.5 27.030.0 1.9429.741.18 25
20、.2024.0 857.43表 7 试样编号 5 数据读数次数载荷P/KN刻度尺读数/mm2l拉伸前试样宽度b/mm拉伸前厚度h/mm截面面积S/mm试样拉伸断裂厚度h1/mm2断裂后试样宽度b1/mm延伸率/%拉伸应力/Mpa1 0 3.0 56.40 0 02 10.0 4.5 55.57 1.5 179.953 15.5 5.5 55.02 2.5 281.724 18.0 6.0 54.76 3.0 328.705 19.5 6.8 54.34 3.8 358.856 22.0 7.8 53.82 4.8 408.777 23.5 9.530.0 1.8852.961.12 26.02
21、6.5 443.738 25.0 12.5 51.51 9.5 485.349 26.0 17.0 49.47 14.0 525.5710 26.5 26.0 29.14 23.0 909.403.分析与讨论（1）轧制实验由图 5 可得，轧辊两端的轧制力都是随变形程度的增大而增大的。在图中每个波峰处去一点，导出所对应的轧制力，两端轧制力之和即为总的轧制力。将变形程度和总的轧制力输入 SPSS 统计软件。首先，对变形程度和总的轧制力作散点图，观察两者的大致关系。具体操作步骤：在 Graphs 图形菜单中点击 Scatter 选项，打开 Scatter/Dot 对话框，选择简单散点图项 Simpl
22、e Scatter，单击 Define 按钮，弹出 Simple Scatterplot 对话框，设置 X-axis 框为变形程度和Y-axis 框为总轧制力，单击 OK 按钮，生成变形程度和总轧制力关系的散点图，如图 6 所示由图 6 可得，变形程度和总的轧制力关系大致呈非线性关系，所以采用曲线拟合的方法对其进行回归分析。通过 Analyze|Regression|Curve Estimation 操作打开曲线回归对话框，Dependent 选总轧制力，Independent 选变形程度，在Models 复选框内选择线性（Linear）模型,二次项（ Quadratic）模型,三次项（Cub
23、ic ）模型,单击 OK 按钮，生成结果，各模型的相关参数见表 8，拟合曲线见图 7。表 8 模拟结果数据方程系数参数模型判定系数R2 常数项 一次项系数 b1二次项系数b2三次项系数b3变形程度 h/%总轧制力P总/MPa图 6 变形程度和总轧制力关系的散点图变形程度 h/%总轧制力P总/MPa图 7 不同方法拟合变形程度与总轧制力的关系图线性模型 0.989 2.970 6.845二次项模型 0.989 3.699 6.380 0.034三次项模型 0.997 0.598 11.126 -0.901 0.045自变量为：变形程度因变量为：总轧制力由表 8 可得，三次项的判定系数 为 0.997，其值相对较靠近 1，本设计选2R用三次项模型曲线作为变形程度和总的轧制力之间的关系曲线，将其单独画在图中 8。由表 8 还可以看出，具体的回归方程为式（4） 。（4） 3h2hh045.91.6.1598.0总F 实测值 线性模型 二次项模型 三次项模型变形程度 h/%图 8 变形程度和总轧制力之间的关系曲线 实测值 三次项模型
