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：
后滑区
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
在简单轧制情况下，驱动两辊的轧制力矩：
3. 摩擦与润滑
2
1M M M +=
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．实验内容及操作步骤：
1.四球机测定P B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。
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P B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P B值
铜轧制油理化性能：
将原始数据作图可得：
P B=559N WSD=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)
铜板轧制压力数据记录
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P B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。
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。
