轧制原理与工艺教材

1、0b0h0l1b1l1h0b0h0l1b1l1h轧制变形区轧制变形区 0h1hxhlABCDER2/hO0b0h0l1b1l1h0h1hxhlABCDER2/hORhcos2RRh)cos1 (212sin22sincos12RhRh2cos1Rh212sin 轧件开始进入轧辊时，轧件与轧辊的最先接触轧件开始进入轧辊时，轧件与轧辊的最先接触点和轧辊中心的连线与两轧辊中心连线所构成的点和轧辊中心的连线与两轧辊中心连线所构成的圆心角，称为咬入角。稳定轧制时，咬入角即为圆心角，称为咬入角。稳定轧制时，咬入角即为轧件与轧辊相接触的圆弧所对应的圆心角。轧件与轧辊相接触的圆弧所对应的圆心角。 0h1hxh

2、lABCDER2/hOhRl222)2(hRRl42hhRl111000lbhlbh1111000lbhlbh0b0h0l1b1l1h 对于消除了铸态组织的已变形金属，塑性加工时对于消除了铸态组织的已变形金属，塑性加工时金属的密度变化很小或者不变。金属的密度变化很小或者不变。 冷加工时，由于加工硬化和微裂纹的产生，金属冷加工时，由于加工硬化和微裂纹的产生，金属密度略有减小，但是各种金属和合金冷加工时密度通密度略有减小，但是各种金属和合金冷加工时密度通常只减小常只减小0.10.2%，当进行中间退火和最终退火时，当进行中间退火和最终退火时，由于产生再结晶，密度将增加到接近加工前的数值。由于产生再结

3、晶，密度将增加到接近加工前的数值。 热加工过程中，加工硬化和再结晶同时或依次产热加工过程中，加工硬化和再结晶同时或依次产生，变形金属的密度及体积在加工过程中可以认为是生，变形金属的密度及体积在加工过程中可以认为是不变的。不变的。 因此，无论冷加工还是热加工，变形金属的密度因此，无论冷加工还是热加工，变形金属的密度和体积的改变都是很小的，可以忽略这些变化而认为和体积的改变都是很小的，可以忽略这些变化而认为塑性变形前后金属的体积是保持不变的，这就是体积塑性变形前后金属的体积是保持不变的，这就是体积不变条件。不变条件。 010110lllbbbhhh%100%100%100001l001b010hl

4、llrbbbrhhhr010110lnlnln)(101010llldlbbbdbhhhdhlllbbbhhh010101llbbhh 轧件在高度、宽度和长度三个方向的变形分别称为：轧件在高度、宽度和长度三个方向的变形分别称为：压下、宽展和延伸。压下、宽展和延伸。)(1sdtdxyxxxxhvdtdhhdthdhdtd21/thhh010vRt)(10010hhRvhhhRhNTxNxTxxTNcossinTNcossinNfNtantan fxxTNcossinTNcossinNfNtantanfNTxNxT稳定轧制时，稳定轧制时，/22咬入过程中，咬入过程中， 满足咬入条件，是顺利实现轧制

5、过程的基本保证，而改满足咬入条件，是顺利实现轧制过程的基本保证，而改善咬入条件，是增加压下量、提高生产率的有力措施。善咬入条件，是增加压下量、提高生产率的有力措施。发挥稳定轧制阶段咬入潜力发挥稳定轧制阶段咬入潜力 （1）小头进钢）小头进钢 （2）带钢压下）带钢压下 （3）强迫喂钢）强迫喂钢提高提高角角 （1）改变轧件或轧辊的表面状态）改变轧件或轧辊的表面状态 （2）合理调节轧制速度合理调节轧制速度 0b1ln/b1ln/ l 变形区长度变形区长度l l0 01 1时，时，宽展量宽展量b b、延伸量、延伸量l l与变形区宽度与变形区宽度b b0 0的关系的关系NTxNxT圆柱体镦粗时摩擦力对变形

6、及应力分布的影响高件镦粗时不同应力状态分区示意图外端对变形的影响01bbb(b)轧后轧件侧边形状轧后轧件侧边形状a双鼓形；双鼓形；b单鼓形；单鼓形；c平直形平直形(a)(b)(c)hl/宽展沿轧件横断面分布宽展沿轧件横断面分布0b101bbb311bbb 211bbb 1b0h1h 计算宽展时，轧件轧后宽度应采计算宽展时，轧件轧后宽度应采用平均宽度，平均宽度可采用与轧用平均宽度，平均宽度可采用与轧后轧件横断面等面积同厚度矩形的后轧件横断面等面积同厚度矩形的宽度，也可采用下式计算。宽度，也可采用下式计算。 )( 1 1 11bbabb根据侧面凸出程度的不同系数根据侧面凸出程度的不同系数a可取可取

7、1/21/22/32/3。 hCbhRhhCb000)2)(1 (hhhhRfhhb侧压后平轧宽展的组成侧压后平轧宽展的组成ebfb2/sb2/bb) 1)(f00sahhbb)b1 (0sebbbdbbsbbbf0eeffbbbdd%100%100e0f0eeffbbbbdd侧压后平轧宽展的组成侧压后平轧宽展的组成ebfb2/sb2/bb0b1b轧制前轧件的平均高度：轧制前轧件的平均高度： 000bFh 111bFh 10hhh11010bFDhDDp轧制后轧件的平均高度：轧制后轧件的平均高度： 平均压下量：平均压下量：轧辊工作直径：轧辊工作直径：%100hhvvvS%100coscosHH

8、vvvScos)1 (1cos1hHHvSvvvS)1 (hhSvvhH1Svv1hhvhv1hhhvv cosvv )cos1 (1Dhhcos)cos1 (cos111hDhhhvvh1hhhvvvvvS11h)cos)(cos1 (hhDS按秒流量体积不变条件，变形区出口断面按秒流量体积不变条件，变形区出口断面金属的秒流量应等于中性面处金属的秒流金属的秒流量应等于中性面处金属的秒流量。量。 22sin2cos1221cos 11h)cos)(cos1 (hhDS) 1(212hhDSRhhDSh1212211hD)21 (2fHh041)21 (2QQRfpBf)(hhSvvvhS h0

9、hhqaSSpft mkt 2Kkthvt轧辊轧辊最大咬入角最大咬入角 （）咬入摩擦系数咬入摩擦系数光滑磨削辊光滑磨削辊12150.2120.268厚板轧机轧辊厚板轧机轧辊15220.2680.404小型轧机光滑辊小型轧机光滑辊22240.4040.445扁槽孔型轧辊扁槽孔型轧辊24250.4450.466箱形孔型轧辊箱形孔型轧辊28300.5320.577刻痕箱形孔型轧辊刻痕箱形孔型轧辊28340.5320.675温度温度 （）轧制速度轧制速度 （m/s）0.20.30.50.51.01.01.51.52.58000.530.560.440.490.340.390.290.330.170.2

10、09000.500.570.380.460.320.370.240.320.170.2410000.450.540.370.440.280.340.250.290.170.2311000.410.490.330.380.260.340.260.290.180.2312000.400.430.320.380.300.340.220.270.180.21轧辊及润滑轧辊及润滑最大咬入角，最大咬入角，咬入摩擦系数咬入摩擦系数光滑研磨辊，矿物油光滑研磨辊，矿物油340.0520.07铬钢辊，中等研磨，矿物油铬钢辊，中等研磨，矿物油670.1050.12无润滑粗糙辊无润滑粗糙辊80.150润滑剂润滑剂道次

11、道次道次压下率道次压下率 （）（）摩擦系数摩擦系数f无润滑（轧辊和轧件无润滑（轧辊和轧件表明清洁干燥）表明清洁干燥）115.00.085煤油煤油116.50.080煤油煤油322.00.060煤油煤油5硬脂酸铜硬脂酸铜216.80.063煤油煤油5硬脂酸钠硬脂酸钠324.00.060煤油煤油5硬脂酸铅硬脂酸铅217.30.058煤油煤油1月硅酸月硅酸324.30.053煤油煤油1棕榈酸棕榈酸322.00.043石墨石墨68/615加油加油115.50.072石墨石墨615加油加油424.50.047橄榄油橄榄油218.10.057蓖麻油蓖麻油423.00.045羊毛油羊毛油427.50.041

12、dtTTcVFdT)(404式中，式中，实际物体的黑度，实际物体的黑度， 绝对黑体的辐射系数，绝对黑体的辐射系数， F散热面积散热面积 ，物体的密度，物体的密度， c物体的质量热容，物体的质量热容， V物体的体积，物体的体积，T、 T0物体与环境的绝对温度（物体与环境的绝对温度（K） dtcVFttdT)(0式中，式中，对流传热系数，对流传热系数， t、t0物体与介质温度（物体与介质温度（ ）)()(222222222222zTyTxTzTyTxTctT式中，式中，导温系数。导温系数。10lnhhcpTmm式中，式中，p平均单位压力，平均单位压力， m转换效率，转换效率， h0、h1轧前、轧后

13、轧件厚度。轧前、轧后轧件厚度。FPPsFPssFPpsppP变形抗力变形抗力一定的变形温度、变形速度和变形程度一定的变形温度、变形速度和变形程度 下，理想单向压缩时、单位面积的变形力。下，理想单向压缩时、单位面积的变形力。 记为记为s。snp0FnFpPs0spp15. 1sK15. 1KFFpP平面变形抗力平面变形抗力理想平面应变压缩时、单位面积的变形力。理想平面应变压缩时、单位面积的变形力。 记为记为K，K1.15 s 。KnpKFnFpP轧制力是轧制过程中使轧件产生塑性变形所需的变形力，即轧制过程轧制力是轧制过程中使轧件产生塑性变形所需的变形力，即轧制过程中轧辊给轧件的作用力。当轧件不受

14、张力作用、或承受相等的前后张中轧辊给轧件的作用力。当轧件不受张力作用、或承受相等的前后张力作用时，根据轧件在水平方向的受力平衡条件，轧制力将垂直指向力作用时，根据轧件在水平方向的受力平衡条件，轧制力将垂直指向轧件。当轧件受不相等的前后张力作用时，轧制力将向较小张力的方轧件。当轧件受不相等的前后张力作用时，轧制力将向较小张力的方向倾斜，以保持轧件在水平方向的受力平衡，但是这种倾斜很小，因向倾斜，以保持轧件在水平方向的受力平衡，但是这种倾斜很小，因此工程上可以认为：无论哪种情况，轧制力都是垂直指向轧件的。此工程上可以认为：无论哪种情况，轧制力都是垂直指向轧件的。轧制时轧件将给轧辊以反作用力，其大小

15、等于轧制力。它通过轧辊轴轧制时轧件将给轧辊以反作用力，其大小等于轧制力。它通过轧辊轴承传递给压下螺丝，因此轧制力可以通过安装在轧机压下螺丝下的力承传递给压下螺丝，因此轧制力可以通过安装在轧机压下螺丝下的力传感器测量。传感器测量。0Q1QPP变形区后滑区内任意微分体上受力情况变形区后滑区内任意微分体上受力情况sincossincoscoscos00lllldxb tdxb tdxbpPllpdxbdxbpP00coscosFplbpdxbpPl0FnKFnFpPs15. 1)exp(mnsTAk-13s1011ln121ln14)1(tan12),(1hRhhhRhRfn35. 0143. 043. 014. 0hllhhln35. 014. 05 . 16 . 1hllhhln02. 179. 108. 10hRfn)1 (hbcPRREc)1 (162KqaaqnhHq)1 (1式中， qh 、 qH前后张应力；前后张应力； a加权系数；加权系数； K平面变形抗力。平面变形抗力。 2n道次n-1道次实质应变间隙时间时间iisi1 - i1 - ii1 -siiii321i1 - i2- ii1 - iii1 - i2- i