铜轧制油性能测试及轧制试验.docx
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铜轧制油性能测试及轧制试验
铜轧制油性能测试及轧制试验
一.实验目的:
1.通过四球摩擦磨损实验测量铜轧制油的油膜强度。
2.通过铜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,得出润滑油对铜板轧制的影响。
3.用金相显微镜观察铜板轧后的表面组织,分析工艺润滑对表面粗糙度的影响。
二.实验原理:
1.摩擦磨损实验原理
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。
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。
在简单轧制情况下,驱动两辊的轧制力矩:
3.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)铜及铜合金的润滑剂:
铜及铜合金轧制要求所用轧制油必须具有优良的润滑性、抗磨性、冷却性、退火清净性及氧化安定性等
三.实验材料及实验仪器:
1.实验材料:
钢球、厚度差别不大的铜板3片、1号润滑油、2号润滑油、石油醚
2.实验仪器:
四球摩擦磨损试验机、二辊轧机、千分尺、金相实验显微镜。
四.实验容及操作步骤:
1.四球机测定PB值
准备工作:
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;
实验步骤:
用镊子将三个钢球放入油盒,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。
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
当试验力读数接近+00N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。
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
若小于0.36mm,则继续加载,卸掉上球,试验过程同上。
2.铜板轧制实验
1)用丙酮清洗剂清洗铜板表面和轧辊,调节上轧辊高度,使辊缝为0,测量三块铜板的厚度并记录。
2)分别对三块铜片编号,1号用于干扎,2号在用1号润滑油润滑,3号在用2号润滑油润滑。
3)根据测量到的铜板厚度数据,前四道次压下量为20%,后两道次压下量为10%进行轧制,每次轧制前后用千分尺测量铜板厚度并记录,同时用计算机配合轧机进行数据测量与记录。
4)实验结束后,关闭轧机,并用丙酮清洗剂清洗轧辊。
5)将最终得到的铜条剪下一小片,压平后在金相实验显微镜下观察并记录照片。
6)对扎后表面进行观察与分析。
五.数据处理:
1.四球机测定PB值
铜轧制油理化性能:
性能
1#
密度29.5℃,g•cm-3
0.812
运动粘度40℃,mm2•s-1
4.27
倾点,℃
<-12.0
闪点,开口,℃
154
馏程围,℃
261~388
铜片腐蚀100℃,3h,级
1a
旋转氧弹,150摄氏度,加水,min
1348
皂化值,mgKOH•g-1
15.21
将原始数据作图可得:
PB=559NWSD=0.44mm
平均摩擦系数:
0.0877
2.铜板轧制实验
铜板轧制试验数据记录表(单位:
mm)
干轧
1号油
2号油
道次
轧前H
轧后h
压下量
道次
轧前H
轧后h
压下量
道次
轧前H
轧后h
压下量
1
1.52
1.345
0.175
1
1.512
1.334
0.178
1
1.545
1.375
0.17
2
1.345
1.149
0.196
2
1.334
1.142
0.192
2
1.375
1.174
0.201
3
1.149
0.864
0.285
3
1.142
0.891
0.251
3
1.174
0.911
0.263
4
0.864
0.587
0.277
4
0.891
0.621
0.27
4
0.911
0.611
0.3
5
0.587
0.395
0.192
5
0.621
0.439
0.182
5
0.611
0.494
0.117
6
0.395
0.305
0.09
6
0.439
0.322
0.117
6
0.494
0.319
0.175
铜板轧制压力数据记录
道次
干扎
1号油
2号油
压力1
压力2
平均值
压力1
压力2
平均值
压力1
压力2
平均值
1
34.07
27.49
30.78
35.4
29.87
32.65
33.12
29.6
31.34
2
47.66
30.42
39.04
42.4
37.17
39.79
43.02
33.4
38.225
3
59.07
40.98
50.025
54.4
44.23
49.33
60.17
43.5
51.815
4
72.91
47.34
60.125
62
57.58
59.78
67.11
55.5
61.305
5
69.55
45.84
57.695
59.4
53.05
56.24
1.04
6.24
3.64
6
7.09
15
11.045
6.48
13.61
10.05
5.92
12.6
9.235
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。
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。
六.实验结果分析及讨论:
1.四球机测定PB值
摩擦系数与时间关系图变化原因分析:
刚启动时,钢球的转速是逐步上升的,摩擦系数曲线逐步上升,达到一定速度后,钢球啮合充分,摩擦系数处于基本不变状态,所以出现在一定区间波动。
2.轧制实验
1)查阅相关资料可知:
在辊缝宽度一定的条件下,理论上工艺润滑润滑可以减小摩擦系数,轧制的压下量应该大于干轧情况下的压下量。
实际实验结果除了第3道次和第5道次与理论不符外,其他道次都能较好符合。
这可能是由于实验过程中轧机运行不是很稳定,加上铜板轧制后会出现弯曲,对实验结果产生影响。
2)摩擦系数的减少不仅可以降低轧制压力,减少轧辊磨损,轧机的最小厚度在其他条件一定的情况下,只与轧制时的压力有关,其中摩擦系数越小,轧制最终轧的越薄。
或者说在轧机辊缝一定的条件下,摩擦系数越小,道次压下量越大。
但是在本试验结果与理论基本相符,可以证明润滑油对轧制过程的润滑效果。
3)通过对各道次平均轧制压力的分析,可以发现部分道次有润滑时的轧制压力反而大于干扎时的轧制压力,说明本次实验得到的数据有问题,造成这种情况的原因可能是多方面的。
以下是我们经过小组讨论得到的几种可能猜想:
1)润滑油的润滑效果不是很好,摩擦系数较大。
2)由于二辊轧机辊缝变化可能不是很精确,导致压下量产生一定误差。
3)连接在轧机上的传感器不能很好地将数据反应给记录数据的电脑,导致轧制压力的测量差生误差。
4)铜板表面每道次所涂润滑油的量不均匀,导致数据波动较大。
5)轧后铜板产生弯曲,从而受力不均匀,导致实验结果产生误差。
6)具体原因须进一步研究才能得出。
七.铜板扎后表面情况观察与分析:
取轧后剪下的铜片,然后分别在电子显微镜下观察轧后的金相显微组织形态,分析表面粗糙度和划痕。
显微镜放大倍数为100倍。
试样
干扎
1号油
2号油
试样厚度/mm
0.305
0.322
0.319
表
面
形
貌
通过以上图片观察和对比可知:
铜板在经干扎之后,表面可以看见很多的明显划痕,且划痕大小粗细不一,表面质量较差。
由于没有润滑,轧辊与铝板表面直接接触,导致轧辊粘铜,从而铜板表面由于被轧辊粘附而被撕裂,表面质量严重恶化,以至于正常的轧制痕都不那么明显了。
相反,观察其他照片,由于使用了轧制油,轧辊与铝板之间均能形成一层油膜,表面质量得到了有效的改善,轧制痕迹整齐,清晰,表面质量明显较好。
因此,使用轧制油可以有效的改善铜板的表面质量。
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- 轧制 油性 测试 试验