【材料课件】材料成型工程第四讲轧制过程中的纵变形

3轧制过程中的纵变形—前滑和后滑轧制时存在前滑和后滑现象，这种现象使轧件的出辊速度与轧辊的圆周速度不相一致这个速度差在轧制过程中并非始终保持不变的，它受许多因素的影响而变化。连轧机上轧制和周期断面钢材的轧制等都要求确切知道轧件进出轧辊的实际速度那么，轧件的速度与轧辊周速之间存在什么关系呢？这就是本章要讨论的问题。3.1轧制时的前滑与后滑3.1.1前滑与后滑概念的引出及定义1）前滑与后滑概念的引出金属流动分界线说明轧件的延伸是被压下金属向轧辊入口和出口两方向流动的结果（1）后滑：轧件进入轧辊的速度υH小于轧辊在该点处线速度υ的水平分量υcosα,这种现象叫做后滑。（2）前滑：轧件的出口速度υ大于轧辊在该处的线速度υh，这种现象叫做前滑。2）前后值的定义公式后滑值如果将前滑式中的分子和分母各乘以轧制时间t，则得3）前滑值的实验测定如果事先在轧辊表面上刻出距离为LH的两个小坑则轧制后测量Lh即可用实验方法计算出轧制时的前滑值。3.1.2前后滑与有关工艺参数的关系1）体积不变定律按秒流量体积相等的条件2)参数的关系前后滑存在一定关系前后滑是延伸得组成部分当αμ一定，Sh升则SH降。实际应用中只要研究一种现象即可vvFvvFFFHhHHhhhHbhBHLlbhlBHLCOS)1()1(COSV)1(V1COSv1)1(v)1(vsssvssvsvHhhHHhHhH由后滑公式得：由前滑公式得：3.2轧制过程中的变形运动学及中性角3.2.1轧制过程的运动学1）几点假设轧件无宽展变形区内任一截面不同高度变形均匀，水平速度一致。变形区内单位时间秒流量相等2）运动分析注意实际变形不均速度不均COS60nD/hvhvvgxhhjx分析结论轧件变形区存在一截面，轧件的运动速度与该截面对应轧辊线速度水平分量相等，截面为中性面，将变形区划分为两个部分，前滑区和后滑区。中性面与轧件出口面间圆弧对应的圆心角为中性角，用γ表示。前滑区轧件运动速度大于轧辊线速度水平分量,出口处达到最大,金属相对轧辊表面向前滑动。后滑区轧件运动速度小于轧辊线速度水平分量,轧件入口处有最小值。金属相对轧辊表面向后滑在前滑、后滑区内金属相对轧辊表面产生滑动的方向不同，导致摩擦力的方向不同。在前、后滑区内，轧件表面上的摩擦力的方向都指向中性面。3.2.2中性角的确定1)轧制过程中变形区轧件受力分析根据轧件受力平衡条件确定中性面的位置及中性角γ的大小。如右图所示Px—轧件表面上的单位压力值。tx—轧件表面上的单位摩擦力值。不计轧件的宽展，考虑作用在轧件单位宽度上的所有作用力在水平方向上的分力根据力平衡条件，取此水平分力之和为零中性角是决定变形区内金属相对轧辊运动速度的一个参量。0dRbsindRbcos2dRbcos2dRbsindRbcos2dRbcos2:QQpttFQQptt01xx0xxx0xxxxX01xx0xxx0xxxx张力合力：单位压力水平分力：－前滑区摩擦水平分力：后滑区摩擦水平分力单位面积上式积分结果当Q1=Q0或Q1=Q0=0时有2)中性角公式讨论左边式子反映了三个特征角的关系。当α＝β有最大γγ＝β/4不严密，单位不统一教材中）弧度＝有)f21(21)(21(2tg0tgfsin0222cos1sin0180sin022三个特征角的关系当f=0.3f=0.4中性角最大4－6度一定摩擦条件下咬入角越小，中性角越趋于咬入角的一半。3)关于中性角公式的说明实际轧制中PX不为常数接触面不一定全为滑动区，也存在粘着区（热轧）3.3前滑的计算及影响前滑的因素3.3.1前滑的计算方法1）两点假设变形区各横断面秒流量体积不变，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量，得出:(1)忽略宽展对前滑的影响2）公式推导中性面处轧件速度及截面高为：此式即为E.芬克前滑公式，从上式可看出Dγh为影响前滑得主要因素在（1）式两边同乘1/v得3）对芬克公式得讨论不同条件下计算结果4）前滑公式的说明(1)忽略宽展的条件下导出，存在宽展时，用公式计算的结果要乘系数0.9-0.98,宽展小取上限，宽展大取下限。(2)定义公式适用于计算各种条件下的前滑%100vvvShh实验结果3.3.2影响前滑的因素生产实践表明，影响前滑的因素很多。归纳起来主要因素有：辊径摩擦系数压下率轧件厚度和孔型形状等等。1）轧辊直径的影响前滑值公式可以看出，前滑值是随辊径增加而增加的因为在其它条件相同的条件下，辊径增加时咬入角α就要降低，而摩擦角β保持常数，所以稳定阶段的剩余摩擦力就增加，由此将导致金属塑流速度的增加，也就是前滑的增加。轧辊直径对前滑的影响实验如图所示。辊径D＜400毫米时，前滑值增加的较快；辊径D＞400毫米时，前滑值增加的较慢.这是由于辊径增大时，伴随着轧辊线速度的增加，摩擦系数相应降低，所以剩余摩擦力的数值有所减少；另外，当辊径增大时，ΔB增大，延伸相应地也减少。这两个因素的共同作用，使前滑值增加的较为缓慢。2）摩擦系数的影响实验证明，f越大，在压下率相同的条件下，其前滑越大。这是由于f增大，剩余摩擦力增加，因而前滑增大。利用前滑公式可知，f增加导致中性角γ增加，因此前滑也增加如图所示轧制温度对前滑的影响凡是影响摩擦系数的因素（如轧辊材质、轧件化学成分、轧制温度和轧制速度等）均能影响前滑的大小3）压下率的影响由实验曲线可见，前滑随压下率的增而增，其原因是由于压下率增加，延伸系数增加。当Δh＝常数时，前滑增加非常显著。咬入角不变，故前滑有显著增加。当h＝常数时或H＝常数时，压下率的增加，延伸必然增加，但这是因Δh增加，所以咬入角增大，故剩余摩擦力减小，两个因素的联合作用，使前滑虽有所增加，但没有Δh＝常数时增加的显著。4）轧件厚度的影响终轧厚度h减小，前滑增加。当Δh＝常数，增加的比H＝常数时为快。其理由与压下率对前滑的影响相同。5）轧件宽度的影响宽度小于一定值时（在此情况下为小于40毫米时），宽度增加前滑增加；大于一定值时，宽度再增加，则前滑为一定值。因为宽度小时，增加宽度其宽展减小，故延伸增加。当大于一定值时，宽度再增加，宽展为一定值，故延伸也为定值，所以前滑值不变。6）张力对前滑的影响前张力增加时，则使金属向前流动的阻力减少，增加前滑区，使前滑增加。反之，后张力增加时，则后滑区增加。如图实验结果完全证实了上述分析的正确性。在辊径D＝200毫米的轧机上，轧制铝试件，采用不同的h值，用Δh＝0.44毫米，带张力和不带张力试验的结果。有张力时，使前滑显著地增加。7）孔型轧制时的前滑特点沿孔型周边各点轧辊的线速度不同，金属的整体性和外端的作用使轧件横断面上各点又必须以同一速度出辊。引起孔型周边各点的前滑值不一样。那么孔型中轧制时如何来确定轧件的出辊速度呢？随着连轧型钢的发展迫切要解决这个问题。但是到目前为止此问题还没有很好解决。目前解决的办法为粗略估计孔型轧制时轧件的出辊速度，目前许多人是用平均高度法把孔型和来料化为矩形断面，然后确定轧辊的平均线速度和平均前滑。也有的人把异型孔型和轧件画成几个矩形断面区域，分别计算各区的轧辊线速度、前滑和轧件出辊速度，然后考虑各区占的比重来确定轧件平均出辊速度。应指出，孔型轧制时确定轧件出辊速度的这些方法是很不精确的。这方面还有待于深入研究。3.4连续轧制中的前滑及有关工艺参数的确定连续轧制在轧钢生产中所占的比重日益增大，下面就连轧工艺设计方面所必要的参数进行一定的探讨。3·4·1连轧关系和连轧常数连轧：轧机顺序排列，轧制线上每一机架的秒流量保持相等，轧件同时通过两架或两架以上轧机的轧制方式称为连轧。•连轧在轧制的变形条件、运动学条件和力学条件等都具有一系列的特点。连轧关系连轧关系续•轧件在各机架轧制时的秒流相等即为一个常数，这个常数称为连轧常数。以C代表连轧常数时，则C1=C2=C3…..=Cn=C3.4.2前滑系数和前滑值前滑的大小以前滑系数和前滑值来表示，其计算式如下：孔型轧制时前滑3.4.3堆拉系数和堆拉率：在连续轧制时，实际上保持理论上的秒流量相等使连轧常数恒定是相当困难的，甚至是办不到。为了使轧制过程能够顺利进行，常有意识地采用堆钢或拉钢的操作技术。例如一般对线材在连续轧机上机组与机组之间采用堆钢轧制机组内的机架与机架之间采用拉钢轧制。拉钢轧制有利也有弊，利是不会出现因堆钢而产生的事故。弊是轧件头、中、尾尺寸不均匀，特别是精轧机组内机架间拉钢轧制不适当时，直接影响成品质量使轧材的头尾尺寸超出公差。一般头尾尺寸超出公差量与最末几个机架间的距离有关。因此，为减少头尾尺寸超出公差，除采用微拉钢(微张力轧制)外，还应当尽可能缩小机架间的距。1）堆拉系数:堆钢或拉钢的一种表示方法2）堆拉率堆钢或拉钢的另一种表示方法为堆钢轧制值为正拉钢轧制，反之各机架堆拉率。n211n1n1n1nnnn33332222222111scscscscscscscscsc100100本章重点基本概念前滑现象，后滑，前滑值，中性面，中性角，连轧，连轧条件问题前滑与后滑区金属流动特点？为什么会存在前后滑区？影响前滑区大小的因素有那些。会推倒中性角公式并分析之。