材料成型工程学 (轧制理论)第二讲

1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过，并在其间产生塑性变形的过程。•横轧: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根据金属状态分:热轧冷轧.其他分类根据外部介质分类:空气,真空,惰性气体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。送料辊支承辊工作辊平整辊图1星行轧机3)简单轧制过程图示Δb/2αΔh/2ABCD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）轧辊为刚性的4)轧制时绝对变形量（压下，延伸，宽展）表示•Δh＝H－h•ΔL＝Lh－LH•ΔB＝Bh－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ln1/η＋lnω＋lnμ=0式中μ=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lnln1ln5)变形区参数•（1）咬入角：α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心线所构成的圆心角。Δb/2αΔh/2ABCD咬入角α与轧辊直径D和压下量Δh之间的关系Δb/2αΔh/2ABCD)1()1(2COSDCOSRhHh(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•根据几何关系，接触弧长s为：s＝Rα•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①等径Δb/2αΔh/2ABCD②不等径hLhRRRhhRhRhRhRhhhLLhDLh2hRh2R2RLhDLh1hRh1R1RLRRRR2LL121221221221122221121212222222222211121122121因假定△△h2③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•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条件，具有非常重要的实际意义．•1.2.1咬入条件•1)咬入: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)咬入条件的确定(分析金属刚被咬入时的受力)αpαα轧件受力分析轧辊受力分析受力分析αpαα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)(cossintgftgPT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.•tgβ=f•则tgβ≥tgα•β≥α•轧制过程中的咬入条件为摩擦角大于咬入角,Β=α为临界条件咬入的几何意义αβαβα＝β:临界态β＞α咬入αββ＜α不能咬入当R方向向轧制方向倾斜,实现自然咬入;反之不能咬入.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.ααψδαψ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)咬入过程中ψδ变化)(0::kx此时完全被咬入2)稳定轧制条件•实现轧制要求:PXTX•PX=Psinψ•TX=Tcosψ=Pfycosψ•fy≥tgψ(tgβy=fy)•将ψ=αy/kx代入上式得:fy≥tg(αy/kx)•为稳定轧制条件.(βy=αy/kx)•fyβy—稳定轧制阶段摩擦系数和摩擦角•αy—稳定轧制阶段咬入角(根据此角可以预测可能的最大压下量)1.2.3咬入阶段与稳定轧制阶段的咬入条件比较•极限咬入条件α=β•极限稳定咬入条件αy=βykx•令K=αy/α=kxβy/β•αy=αkxβy/β•上式说明αy与α差别取决于kx及βy/β1)合力作用点的位置kx对αy的影响•合力作用点一定在咬入弧上kx1•在其他条件不变的情况下:•Kx大βy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.2)冷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.•Βy≈βαy=kx*α=(2—2.4)α•(2)热轧•轧件端部在轧制中温度氧化铁皮对摩擦影响:端部温度温降快,温度低使摩擦系数增大,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,露出金属表面使摩擦系数增大,而其他部分摩擦系数较低.二者作用的结果使kx项数值较小αy=kx*α=(1.5—1.7)α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温度变化所致.1.2.4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α≤β可知:•凡是使α降低及β增加的因素,均有利于咬入•(1)降低α.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,实现咬入.•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,相当于楔形外端降低压下量,有利于咬入.2)提高β的方法•(1)改善轧辊或轧件表面状态,以使β升高•初轧粗轧在轧辊刻槽焊点滚花等目的均使f升,β升.•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,使f升,β升.•(2)合理调节轧制速度•利用稳定轧制条件下的剩余摩擦力,采用低速咬入,高速轧制.计算举例•已知D=850钢锭尺寸550*550/480*480/1200•采用热轧试问?•1)当咬入角为30°,采用小头进钢轧制,能否实现轧制过程.•2)当压下量为120时,能否实现自然咬入(假定咬入条件于前面一致)•3)求压下量为50时的α及L.计算举例•解;1)△h=D(1-Cosα)=850(1-Cos30°)=114•则小头轧制后高h=480-114=366•小头轧制后压下△h=550-366=184•又知热轧αy=(1.5-1.7)α=45°-51°•△hmax=850(1-COSαY)=850(1-COS51°)•=315•因△h小于△hmax故可实现轧制,说明稳定轧制咬入时最大压下大数倍.•2)△h=120时不能实现自然咬入•3)△h=50时•)850501(arcCOS50*425hRL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•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)•2)外端作用变形区极长时,外端对延伸宽展无重大影响.如线棒材生产,变形区长与宽的比远大于1宽与变形区长的比增加;外端使延伸增加,宽展减小.如板带生产.宽与变形区长的比远大于1:外端使宽展不存在,外端使变形区内压应力状态增,单位轧制压力增加.1.3.2轧制过程三阶段理论•该理论认为轧制过程可分为三个阶段: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.咬入阶段建成阶段抛出阶段本章主要内容•1基本概念•轧制过程变形区不均匀变形理论咬入角•接触弧长•2会推导咬入角及接触弧长公式.•3咬入条件分析,会分析咬入阶段和稳定轧制阶段的区别与共同点.•4改善咬入的理论方法,实际可行的具体办法.•5会用不均匀变形理论,外端理论等解释轧制变形.