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实验报告四球试验机测试铜轧制油摩擦系数及铜板轧制实验专业材控13学号413300XX姓名2016年4月8日四球试验机测试铜轧制油的摩擦系数一、实验目的1.学习使用四球摩擦磨损试验机测试润滑油的摩擦系数。
2.通过实验总结和分析，加深对摩擦及润滑知识的了解，并能够在进行运用。
二、实验器材主要用到变频器、传感器、放大器、数据采集器和计算机、MR-S10A 型四球摩擦磨损试验机、铜轧制油、四个钢球、清洗剂（石油醚）、脱脂棉、扳手、橡胶手套。
三、实验原理由右图可见，四球机的四个钢球形成一个等边四面体上球对下3球在三个接触点的作用力可由等边四面体来分析。
设加载在顶球的垂直负荷为W，N1=N2=N3=0.4082W由于上球与下面任意一个小球之间的摩擦力F1=F11=F12=F13=μN1，因此，测量出F1就可以得到摩擦系数μ的大小。
四、实验步骤1．打开程序，设定相应的值，把初值调成零点，以避免零点漂移。
2．将4个钢球、由盒、上夹头、夹具以及销子在石油醚中浸泡1min，将试验钢球刚到洁净的玻璃杯中，用吹风机将其吹干。
3．在试验机主轴上夹头中安装一个试验钢球，并用夹具夹紧；在油盒中安装3个洁净的钢球，并用夹具夹紧。
4．把所用的试验油倒入油盒中，事润滑油充满油盒中的空隙，并使润滑油浸没过油盒中3个试验钢球顶部。
5．按照所需要的转速调变频器的相应频率。
6．在试验机上安装油盒，先将销子放进主轴中，然后把装有顶球的上夹头放进销子里，随后把装有3个底球的油盒和止推轴承一次安装。
然后缓慢放平杠杆，缓慢施加试验所需要的载荷，避免冲击，并将传感器与油盒手柄相连，用于测量钢球所受摩擦力。
7．完成上述步骤后，调零点，启动变频器运转按钮将实验机启动，然后按下电脑程序中的存盘按钮，将传感器与油盒手柄断开，轻轻取下载荷并将杠杆支起来，然后取下油盒和上夹头和开口销。
8．向油杯中加入石油醚浸泡一分钟，轻轻摇晃油盒，用洗耳球反复冲洗油盒，倒掉石油醚。
一、设计实验方案1.1实验目标（1）通过对实验轧机进行多参数的综合测试，掌握轧机力能参数综合测试的各个环节，使已学过的测试理论及测试技术在本实验中得到综合应用，为今后的现场实测打下基础。
（2）通过本次综合实验的训练，进一步掌握材料成型过程中的力能参数检测的原理、方法和技术，熟练掌握相关仪器设备的使用和操作技能，巩固传感器的制作、标定与安装，熟悉测试仪器与传感器之间的连接，进而提升自身运用所学专业知识综合分析、解决问题的能力。
使我们对实验设计过程和各科知识的融合使用有了一个更感性的认识。
（3）了解计算机的测试采集系统。
1.2 设计实验参数轧机相关参数：最大轧制力 150KN ，轧机辊径为 130mm，最大轧薄能力 0.4mm，转速20~33r∕min。
轧材相关数据： T5 钢板，尺寸2×40×100mm，屈服强度s =400Mpa=40kg/mm2，轧辊与轧材间摩擦系数f=0.3。
1.2.1 压下规程设计考虑到钢板冷轧中的加工硬化，初步设计轧制 6 道次，道次压下量分配如下：2mm→1.8 mm→ 1.5 mm→ 1.25 mm→ 1.05 mm→ 0.9mm→ 0.8mm 。
分配各道次压下量，计算各道次变形程度，如下表所示 :表 1-1表 1-1 道次压下量的分配及变形程度表道次123456h /mm0.200.300.250.200.150.10i10%16.7%16.7%16.0%14.3%11.1% 10%25%37.5%47.5%55%60%考虑轧机的能力，对上述数据进行预校核：1.2.1.1 咬入角校核由压下量可知，最大压下量为0.3mm，利用公式max arccos（1h maxD），代入数据可得max =5.5°，则tan=0.09﹤f=0.3，故满足咬入条件。
1.2.1.2 确定轧制速度因为轧机的转速范围为 20~33r/min，则选取 n=25r/min1.2.1.3 轧制力校核利用斯通公式对轧制力进行初步计算。
铜轧制油注意事项
嘿呀！以下就是关于铜轧制油的注意事项啦！
1. 哎呀呀，首先要注意铜轧制油的储存环境呢！得放在阴凉、干燥、通风良好的地方呀！可不能让它受潮或者被太阳暴晒啦，不然会影响油品质量的哟！
2. 哇塞，使用前一定要检查油品的外观和气味呀！要是发现有浑浊、异味啥的，可千万不能用哦！
3. 嘿，在添加铜轧制油的时候，要注意量的控制呢！不能加太多，也不能加太少啦，不然都会影响轧制效果的呀！
4. 哎呀呀，不同型号和批次的铜轧制油可不能随便混合使用哟！这会导致性能不稳定的呢！
5. 哇，要定期对铜轧制油进行检测呀！看看它的各项指标是不是还符合要求呢？
6. 嘿呀，使用过程中要注意防止杂质混入油品中哦！像灰尘、金属碎屑之类的，一旦进去可就麻烦啦！
7. 哎呀，铜轧制油的温度控制也很重要呢！过高或者过低的温度都会影响其性能发挥哟！
8. 哇哦，更换铜轧制油的时候，一定要把设备清洗干净呀！不然残留的旧油会影响新油的效果呢！
9. 嘿，操作人员在接触铜轧制油的时候，要做好防护措施呀！避免皮肤直接接触，以免造成伤害哟！
10. 哎呀呀，要按照设备厂家的建议和操作规范来使用铜轧制油
哦！可不能随心所欲地来呀！
总之呢，这些注意事项一定要牢记在心呀！只有这样，才能保证铜轧制油发挥出最佳的效果，让我们的轧制工作顺利进行哟！。
3、主要技术指标见下表：项目要求外观：目测Clear and bright运动粘度，40 ℃mm2 /S7.0—8.0灰分% （质量）＜0.01铜带腐蚀试验3h，100 ℃La闪点℃＞150倾点℃＜-15残碳%（质量）＜0.01总酸值mg KOH/g＜0.04油膜强度PB值kg≥ 40馏程℃厂家报出洁净度Na s 厂家报出皂化值mg KOH/g 厂家报出抗氧化性能厂家报出储存期硫含量%油品族组成：饱和烃%芳烃%胶质%4、使用条件用于四辊轧机工艺润滑及被衬轴承润滑入口厚度：max.2.5mm出口厚度：min.0.1 mm最大轧制力：3000KN最大轧制速度：480 m / min使用温度：42 ℃流量：2000L/min流量润滑温度：38 ℃过滤器形式：板带式过滤器过滤介质：硅藻土加活性土5、基本要求①能充分满足铜冷精轧轧制对润滑和冷却的要求，满足高速轧制，良好板型、尺寸精度和表面光亮的要求。
提升精轧机加工率。
②减少轧辊磨损，延长轧辊使用寿命。
③保证退火过程中油品完全挥发，保证表面光泽无污斑。
④具备优异的抗腐蚀性能，有效的抑制过程中铜腐蚀的发生。
⑤使用过程性能稳定，并具有优良的氧化稳定性和长的使用寿命。
⑥在存放阶段，油箱下部不允许有沉淀物。
⑦轧终带材表面的残油量少。
⑧轧终带材的表面温度低。
⑨交货时提供包括主要技术要求的质量保证单。
6、服务与培训①在调试时，派技术人员到现场提供技术支持。
日常生活中，如出现问题，需要服务工程师到现场，应48小时到达使用现场，提供持续的技术支持。
②根据需要，协助建立常规的检测，提供相应的试验方法，进行预防性维护，稳定轧制质量。
③对使用方暂不具备检测手段的一些项目，寄往卖方公司进行免费检测，并根据检测结果，提出相应技术建议。
④对与轧制油有关的管理、维护和检测人员进行专门的技术培训和支持，使他们掌握有关轧制油使用和维护的知识。
⑤调试结束后，根据现场情况提供操作和维护规程。
7、技术交流时提供2000年以来国内外铜行业的业绩，同时提供参考助滤剂的技术指标及生产厂家。
3、主要技术指标见下表：项目要求外观：目测Clear and bright运动粘度，40 ℃mm2 /S7.0—8.0灰分% （质量）＜0.01铜带腐蚀试验3h，100 ℃La闪点℃＞150倾点℃＜-15残碳%（质量）＜0.01总酸值mg KOH/g＜0.04油膜强度PB值kg≥ 40馏程℃厂家报出洁净度Na s 厂家报出皂化值mg KOH/g 厂家报出抗氧化性能厂家报出储存期硫含量%油品族组成：饱和烃%芳烃%胶质%4、使用条件用于四辊轧机工艺润滑及被衬轴承润滑入口厚度：max.2.5mm出口厚度：min.0.1 mm最大轧制力：3000KN最大轧制速度：480 m / min使用温度：42 ℃流量：2000L/min流量润滑温度：38 ℃过滤器形式：板带式过滤器过滤介质：硅藻土加活性土5、基本要求①能充分满足铜冷精轧轧制对润滑和冷却的要求，满足高速轧制，良好板型、尺寸精度和表面光亮的要求。
提升精轧机加工率。
②减少轧辊磨损，延长轧辊使用寿命。
③保证退火过程中油品完全挥发，保证表面光泽无污斑。
④具备优异的抗腐蚀性能，有效的抑制过程中铜腐蚀的发生。
⑤使用过程性能稳定，并具有优良的氧化稳定性和长的使用寿命。
⑥在存放阶段，油箱下部不允许有沉淀物。
⑦轧终带材表面的残油量少。
⑧轧终带材的表面温度低。
⑨交货时提供包括主要技术要求的质量保证单。
6、服务与培训①在调试时，派技术人员到现场提供技术支持。
日常生活中，如出现问题，需要服务工程师到现场，应48小时到达使用现场，提供持续的技术支持。
②根据需要，协助建立常规的检测，提供相应的试验方法，进行预防性维护，稳定轧制质量。
③对使用方暂不具备检测手段的一些项目，寄往卖方公司进行免费检测，并根据检测结果，提出相应技术建议。
④对与轧制油有关的管理、维护和检测人员进行专门的技术培训和支持，使他们掌握有关轧制油使用和维护的知识。
⑤调试结束后，根据现场情况提供操作和维护规程。
7、技术交流时提供2000年以来国内外铜行业的业绩，同时提供参考助滤剂的技术指标及生产厂家。
一、目的：检测冷轧轧制油性能二、范围：冷轧轧制油三、职责：四、内容：（一）运动粘度（参照GB/T265）1.1 仪器1.1.1 毛细管粘度计，定期检定并确定系数每次试验时，根据样品粘度范围选择不同毛细管内径的粘度计。
被测样品在选用的粘度计里流出时间不得少于200s1.1.2 恒温浴：附设自动搅拌装置和能够准确调节温度的热电装置（温控精度0.1℃）1.1.3 玻璃水银温度计，分度为0.1℃（定期检定）1.1.4 秒表，分度为0.1s，（定期检定）1.2试剂及溶液1.2.1石油醚，60~90℃，分析纯1.2.2无水乙醇，化学纯1.2.3铬酸洗液1.3试验准备1.3.1对油品来说，若试样含有水或机械杂质时。
在试验前必须经过脱水处理，并过滤机械杂质1.3.2对水基样品，若试样有杂质也需过滤1.3.3 粘度计必须清洁干燥。
若沾有污垢，则用石油醚（水基样品不用）、铬酸洗液、水、乙醇依次洗涤，烘干或倒置自然晾干1.3.4 开启恒温浴，将温度设定至测量所需的温度。
同时选择适宜量程并校准的温度计浸入恒温浴中，用夹子固定在支架上，试验的温度必须保持恒定到±0.1℃。
1.4试验步骤1.4.1 装样：在内径符合要求且清洁干燥的毛细管粘度计内装入试样，装样时，将橡皮管套在粗管的小玻璃支管上，并用食指堵住粗管口，将粘度计倒置，把毛细管的长玻璃管伸入样品内，用吸耳球通过橡皮管将样品吸到第二个刻度（注意不要使管身、扩张部分的液体发生气泡和裂隙）提起粘度计正放，擦干净外壁所附着的样品，并从支管上取下橡皮管套在有毛细管的长玻璃管口。
1.4.2 恒温：将装有试样的粘度计浸入事先准备妥当的恒温浴中，并用夹子将粘度计固定在支架上，将粘度计调整成为垂直状态。
试验温度保持恒定在±0.1℃，恒温样品约15min。
1.4.3 测量：将样品吸至粘度计扩张球内，使试样液面稍高于刻度标线，注意不要让毛细管粘度计和扩张球内产生气泡或裂隙，计下试样从第一刻度标线到第二刻度标线间的流出时间。
轧制油、轧制乳液分析方法一. 酸值 (QTN A 005)1. 步骤1.1 取乳化液500ml,破乳萃取油样。
1.2 在150 ml 三角烧瓶中称2~3 g 样品，精确到0.01g （注3）。
1.3 加25 ml 二甲苯并搅拌直到样品完全溶解。
1.4 加50 ml 异丙醇并搅拌直到样品完全均匀。
1.5 如有必要,利用加热促使样品溶解，要避免样品受到不利影响；在滴定前样品要冷到室温，假如冷却有物质分离，则必须选择更好的试验方法。
1.6 加5 ~ 10 滴指示剂。
1.7 立刻用0.1或0.5M 氢氧化钾溶液滴定，应该和缓地摇匀溶液以避免CO 2从空气中溶解到溶液中；溶液颜色从无色到红色表示到达到达终点。
1.8 控制终点保持15秒钟不变色。
1.9 用25ml 二甲苯加50ml 异丙醇作一个空白滴定但对于常规分析空白滴定可以省略。
注3： 滴定溶液的体积大于25 ml （每100 ml 样品）则指示剂的拐点会改变，从PH = 11 降到PH = 9（指示剂的拐点取决于溶剂成分）。
2. 计算2.1 计算样品酸值如下：这里A - 滴定样品消耗的氢氧化钾溶液的毫升数（ml ）B-滴定空白消耗的氢氧化钾溶液的毫升数（ml ）（对于常规分析， B 为0）C - 氢氧化钾溶液的摩尔浓度（mol/L ）D - 样品重量（g ）56.1 = 氢氧化钾的分子量2.2 允许误差1.0 mgKOH/g酸值 = (A-B) x C x 56.11D mgKOH/g二.皂化值( QTN C 012)1.步骤1.1取乳化液500ml,破乳萃取油样。
1.2取2个磨口三角烧瓶，在其中一个烧瓶中称大约2克样品，精确到0.01 g 。
1.3加 2 - 3粒玻璃珠或沸石到每个烧瓶避免暴沸。
1.4假如氢氧化钾乙醇溶液不干净，在使用前用滤纸过滤，过滤足够的量以满足样品和空白试验。
1.5分别用移液管加25 ml 的氢氧化钾乙醇溶液到每个烧瓶，用少量异丙醇冲洗磨口烧瓶内壁，避免氢氧化钾成分残留在壁上。
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
中性面
轧辊入口 轧辊出口
后滑区
前滑区
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：
⎰⎰=≈ααθθ00cos cos pdx B dx p B P F
p P =⎪⎪
⎩⎪⎪⎨⎧∆ψ=∆+===h
R a h R b b p F p P Pa
M 2)
(10ψ∆+=h R b b p M 2)(102
1M M M +=)
(10b b h R p M +ψ∆=
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
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)
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。
