轧辊是钢铁厂轧制钢板的重要工具,也是轧制生产中的主要消耗备件之一。轧辊的摩擦磨损和接触疲劳是导致其失效的主要原因。轧辊的选材和表面状态及轧制工艺不仅关系到用于轧制的大型工具的消耗量及生产成本,同时,由于轧辊的摩擦磨损和疲劳剥落破坏了工作辊的初始辊型,恶化了辊面的质量,给产品的质量控制带来了很大的困难。因此对轧辊磨损机理和接触疲劳的系统分析,研究其接触应力和磨损规律,对于控制轧件的几何精度、板形和表面质量,延长轧辊使用寿命等有着重要的意义。 本文参考Hertz理论,在两个平行轴圆柱接触问题的理论基础上,修正了部分理论模型,考虑了摩擦力对轧辊内部应力的影响,分别得到了只有竖向荷载作用时的应力分布和只考虑摩擦力作用时的应力分布,按照弹性力学叠加原理,得到接触压力和摩擦力共同作用的应力分布,修正了摩擦学研究中的部分理论,为摩擦磨损和轧辊的研究与改进提供了理论依据。 本文以武钢提供的材料制成的、进行了不同表面处理的三组轧辊试样为试验对象,在相同载荷、转速以及环境条件下,进行磨损对比实验和摩擦磨损疲劳剥落实验,综合评定各组抗疲劳磨损级别,筛选出最佳的试样表面激光处理工艺。通过摩擦磨损试验和疲劳剥落试验,得到了各组试样不同时间的磨损质量,拟合得到了磨损质量一时间曲线。电镜拍摄典型磨损、剥落程度的照片,以此确定最耐磨试样表面处理工艺样本。 在工程实际中,一般采用Hertz公式求得最大接触应力,很显然它有着局限性,尤其对轧辊这种零件而言,轧辊和轧制材料之间不但有法向接触力作用同时他们之间的切向摩擦力也不容忽视。本文的成果在于应用弹性力学知识,考虑了摩擦力对接触应力的影响,修正了Hertz接触应力公式,为轧辊的研究与改进提供了理论依据。同时本文结合实际工程试验,得到了最优的轧辊表面处理工艺,此项有较强的实际指导意义。论文最后对所做的研究工作进行了终结,得出了其它一些有参考价值的结论,并指出进一步研究中亟待解决的问题。