【材料课件】材料成型工程学（轧制理论）第二讲

1、1轧制变形区的概念及轧制变形基本理论轧制变形区的概念及轧制变形基本理论 1.1轧制过程及分类: 1)轧制过程轧制过程: 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。 2) 分类轧制方式按轧件运动分：有纵轧、横轧、斜轧。纵轧过程就是金属在两个旋转方向相反的轧辊之间通纵轧过程就是金属在两个旋转方向相反的轧辊之间通过，并在其间产生塑性变形的过程。过，并在其间产生塑性变形的过程。 横轧横轧 :轧件变形后运动方向与轧辊轴线方向一致轧件变形后运动方向与轧辊轴线方向一致 斜轧：轧件作螺旋运动，轧件与轧辊轴线非特角斜轧：轧件作螺旋运动，轧件与轧辊轴线非特角

2、 根据金属状态分根据金属状态分: 热轧热轧 冷轧冷轧.其他分类其他分类v 根据外部介质分类: 空气,真空, 惰性气体v轧机工作制度: 可逆 连轧 等2）轧制过程中发生的基本现象和建立轧制过程的条件在生产实践中遇到不同的轧辊组合方式，但实际上金属承受压下而产生塑性变形是在一对工作轧辊中进行的。除了一些特殊辊系结构（如行星轧机，Y型轧机）外，均在一对轧辊间轧制的简单情况。一般都以二辊作为研究轧制过程的开端。送料支承工作平整图 1 星 行 轧 机 3)简单轧制过程图示 b/2 h/2 ABCD简单轧制过程：（1）上下轧辊直径相同（2）转速相等（3）轧辊无切槽（3）均为传动辊（4）无外力或推力（5）轧

3、辊为刚性的 4)轧制时绝对变形量（压下，延伸，宽展）表示轧制时绝对变形量（压下，延伸，宽展）表示 hHh LLh LH BBh BH 式中 h ，H 轧件轧后、轧前高度； Lh，LH 轧件轧后、轧前长度； Bh，BH 轧件轧后、轧前宽度；轧制时表示各向变形系数的关系式 11 或 ln 1/ lnln=0 式中 =Ll延伸系数 Bb.宽展系数 hH压下系数 相对变形量的表示法变形方向 相对量 变形系数 对数变形系数 压下 宽展 延伸 %HhHhH %BBBHHh hH Bb Ll lnln1ln 5)变形区参数 （1）咬入角： 是指轧件开始轧入轧辊时,轧件和轧辊最先接触的点和轧辊中心连线与轧辊中

4、心线所构成的圆心角。 b/2 h/2 ABCD咬入角与轧辊直径 D和压下量h 之间的关系 b/2 h/2 ABCD)1 ()1 (2COSDCOSRhHh (1-5) 式中 R - 轧辊半径。 适用上式在151000R)Dh1 (arCos)COS1 (DhRCosR2h(2)接触弧长与变形区长接触弧长与变形区长 根据几何关系，接触弧长s为： sR 接触弧之水平投影叫做变形区长度 变形区长度的确定(接触弧长与轧制条件有关可分为三种情况)hRhRL:)2h(2hRRL2222得由几何关系等径b/2 h/2 ABCD 不等径hLhRRRhhRhRhRhRhhhLLhDLh2hRh2R2RLhDLh

5、1hRh1R1RLRRRR2LL121221221221122221121212222222222211121122121因假定h2 轧辊与轧件产生弹性压缩时接触弧长轧辊与轧件产生弹性压缩时接触弧长 自学 参见教材 要求; 1)理解弹性压扁组成是轧辊与轧件两部分 2) 看明白公式推导 3) 弹性压扁产生的条件1.2 实现轧制过程的条件实现轧制过程的条件 轧制过程是否能建立，决定于轧件能否被旋转轧制过程是否能建立，决定于轧件能否被旋转的轧辊咬入因此，研究分析轧辊咬入轧件的的轧辊咬入因此，研究分析轧辊咬入轧件的条件，具有非常重要的实际意义条件，具有非常重要的实际意义 1.2.1 咬入条件 1) 咬

6、入:依靠回转的轧辊与轧件之间的摩擦力,轧辊将轧件拖入轧辊之间的现象.2) 2) 咬入条件的确定咬入条件的确定(分析金属刚被咬入时的受力)p轧件受力分析轧辊受力分析受力分析受力分析p轧件受力分析轧辊受力分析.,0sincos:)(cossin)(:完成轧制轧件才可能被咬入当水平合力使轧件受压变形轧件受垂直合力FFFxxypTPfTpT结论系数轧件与轧辊之间的摩擦说明咬入角的正切等于咬入条件)(cossintgftgPT物理概念 根据物理概念: 摩擦系数可用摩擦角表示.即摩擦角的正切就是摩擦系数f. tg=f 则 tgtg 轧制过程中的咬入条件为摩擦角大于咬入角, =为临界条件咬入的几何意义:临界

7、态 咬入不能咬入当当R方向向轧制方向倾斜方向向轧制方向倾斜,实现自然咬入实现自然咬入;反之反之不能咬入不能咬入.1.2.2 稳定轧制条件 在轧件被咬入后,轧辊给轧件压力P合力作用点与摩擦力T已不作用于开始接触点处,而是向变形区出口方向移动.开始咬入阶段轧件充填辊缝的过程稳定轧制阶段)(yyxK虚拟的可能值稳定轧制条件下咬入角合力作用点系数线夹角轧件前端与轧辊轴心连合力作用点中心角1)1)咬入过程中咬入过程中变化变化)(0:kx此时完全被咬入2)2)稳定轧制条件稳定轧制条件 实现轧制要求:PX1 在其他条件不变的情况下: Kx大 y 也大,稳定轧制阶段的咬入角也大 初轧 带钢轧制等均利用此特性.

8、2)2)冷冷 热轧条件摩擦系数变化热轧条件摩擦系数变化 (1)冷轧 温度变化小 ,氧化铁皮性质不变. y y =kx*=(22.4) (2)热轧 轧件端部在轧制中温度氧化铁皮对摩擦影响轧件端部在轧制中温度氧化铁皮对摩擦影响:端部温度温降端部温度温降快快,温度低使摩擦系数增大温度低使摩擦系数增大,其他部分温度较高摩擦系数小其他部分温度较高摩擦系数小. 氧化铁皮在咬入时端部与轧辊冲击易脱落氧化铁皮在咬入时端部与轧辊冲击易脱落,露出金属表面使露出金属表面使摩擦系数增大摩擦系数增大,而其他部分摩擦系数较低而其他部分摩擦系数较低.二者作用的结果使二者作用的结果使 kx项项数值较小数值较小 y y = =

9、k kx x* *=(1.51.7)=(1.51.7)实际生产中端部咬入出现打滑现象不能建立稳定轧制实际生产中端部咬入出现打滑现象不能建立稳定轧制原因是氧化铁皮原因是氧化铁皮 温度变化所致温度变化所致. ..4改善咬入的途径改善咬入的途径 1)重要性 改善咬入条件是顺利操作增加压下提高生产效率的有效措施. 2)具体办法 由咬入条件 可知: 凡是使凡是使降低及降低及增加的因素增加的因素,均有利于咬入均有利于咬入 (1) 降低降低.hD,DhDh1arcCos降降一定降增加一定实际生产中以带有楔形端咬入后利用稳定轧制阶段剩余摩擦力实际生产中以带有楔形端咬入后利用稳定轧制阶段剩余摩擦

10、力,实现咬入实现咬入.利用外推力将轧件强制推入轧辊中利用外推力将轧件强制推入轧辊中,外力作用使轧件前端被压扁外力作用使轧件前端被压扁,相当于楔形外相当于楔形外端降低压下量端降低压下量,有利于咬入有利于咬入.2)提高的方法 (1) 改善轧辊或轧件表面状态改善轧辊或轧件表面状态,以使以使升高升高 初轧粗轧在轧辊刻槽焊点滚花等目的均使初轧粗轧在轧辊刻槽焊点滚花等目的均使f升升, 升升. 精轧通过立轧高压水去除氧化皮等办法改善轧精轧通过立轧高压水去除氧化皮等办法改善轧件表面状态件表面状态,使使f升升, 升升. (2) 合理调节轧制速度合理调节轧制速度 利用稳定轧制条件下的剩余摩擦力利用稳定轧制条件下的

11、剩余摩擦力,采用低速采用低速咬入咬入,高速轧制高速轧制.计算举例计算举例 已知已知 D=850 钢锭尺寸钢锭尺寸 550*550/480*480/1200 采用热轧采用热轧 试问试问? 1)当咬入角为当咬入角为30,采用小头进钢轧制采用小头进钢轧制,能否实能否实现轧制过程现轧制过程. 2)当压下量为当压下量为120时时,能否实现自然咬入能否实现自然咬入(假定咬假定咬入条件于前面一致入条件于前面一致) 3) 求压下量为求压下量为50时的时的及及L.计算举例计算举例 解解; 1) h=D(1-Cos)=850(1-Cos30)=114 则小头轧制后高则小头轧制后高 h=480-114=366 小头

12、轧制后压下小头轧制后压下h=550-366=184 又知又知热轧热轧y=(1.5-1.7)=45 -51 hmax=850(1-COSY)=850(1-COS 51 ) =315 因因 h小于小于hmax 故可故可实现轧制实现轧制,说明稳定轧制咬入时说明稳定轧制咬入时最大压下大数倍最大压下大数倍. 2) h=120 时时不能实现自然咬入不能实现自然咬入 3) h=50时时 )850501 (arcCOS50*425hRL作业作业 已知 某1150轧机钢锭尺寸880*880/635*635*1400 热轧,该条件下允许咬入角28问: 1)从理论讲,改钢锭如何轧制可使轧件轧一道次厚度最小,轧后厚度

13、为多大. 2)求该轧制条件下的最大咬入角和接触弧长.1.3 轧制变形的基本理论轧制变形的基本理论 1 .3.1 外端理论 1) 外端是指在变形过程中某一瞬间不直接承受工具作用而处于变形区以外的部分.(外端主要限制横向变形外端主要限制横向变形) 2) 外端作用 变形区极长时变形区极长时 ,外端对延伸宽展无重大影响外端对延伸宽展无重大影响. 如线棒材如线棒材生产生产 ,变形区长与宽的比远大于变形区长与宽的比远大于1 宽与变形区长的比宽与变形区长的比 增加增加 ;外端使延伸增加外端使延伸增加,宽展减小宽展减小.如如板带生产板带生产. 宽与变形区长的比远大于宽与变形区长的比远大于1: 外端使宽展不存在外端使宽展不存在, 外端使变形区内压应力状态增外端使变形区内压应力状态增,单位轧制压力增加单位轧制压力增加.1.3.2轧制过程三阶段理论轧制过程三阶段理论 该该理论认为轧制过程可分为三个阶段理论认为轧制过程可分为三个阶段:咬入、形成、抛出咬入、形成、抛出.此三阶段有各自特点又相互联系构成一个完整轧制过程此三阶段有各自特点又相互联系构成一个完整轧制过程.咬入阶段建成阶段抛出阶段本章主要内容 1 基本概念基本概念 轧制过程轧