金属塑性加工——轧制理论与工艺思考题

轧制理论部分思考题1.简单轧制过程的条件，变形区及主要参数有哪些？答：简单轧制过程：轧制过程上下辊直径相等，转速相同，且均为主动辊、轧制过程对两个轧辊完全对称、轧辊为刚性、轧件除受轧辊作用外，不受其他任何外力作用、轧件在入辊处和出辊处速度均匀、轧件本身的力学性质均匀。变形区：（1）几何变形区：入口和出口截面之间的区域；（2）物理变形区：发生塑性变形的区域。变形区参数：（1）咬入弧：轧件与轧辊相接触的圆弧。（2）咬入角α：咬入弧所对应的圆心角称为咬入角。（3）变形区长：咬入弧的水平投影。（4）轧辊半径R。（5）轧件轧前、后的厚度H、h。（6）平均厚度。（7）轧件轧前、后宽度B、b。（8）平均宽度。（9）压下量。2.改善咬入条件的途径。答：由α≤β应使α↓,β↑：1.减小α方法：由α=arccos(1-△h/D)：1）减小压下量；2）增大D；生产中常用方法：3）采用开始小压下或采用带有楔形端的钢坯进行轧制的方法。2.提高β的方法：轧制中摩擦系数主要与轧辊和轧件的表面状态、轧制时轧件对轧辊的变形抗力以及轧辊线速度的大小有关：1）改变表面状态，如清除氧化皮；2）合理调节轧制速度，随轧制速度提高摩擦系数降低，采取低速咬入；3）改变润滑情况等。3.宽展的组成及分类。答：组成：滑动宽展△B1、翻平宽展△B2、鼓形宽展△B3；分类：自由宽展、限制宽展、强制宽展。4.前后滑区、中性角的定义。答：（1）前滑区：摩擦力方向与带钢运行方向相反，在变形区出口处，金属速度大于轧辊圆周速度，相对轧辊向前运动。（2）后滑区：摩擦力方向与带钢运行方向相同，在变形区入口处，金属速度小于轧辊圆周速度，相对轧辊向后运动。（3）中性角：前滑区与后滑区的分界面对应的圆心角叫中性角，金属速度与轧辊圆周速度相等，相对轧辊没有运动。5.确定平均单位压力的方法，说明。答：（1）理论计算法：它是建立在理论分析基础上，用计算公式确定单位压力。通常，都要首先确定变形区内单位压力分布形式及大小，然后再计算平均单位压力。（2）实测法：即在轧钢机上放置专门设计的压力传感器，将压力信号转换成电信号，通过放大或直接送往测量仪表将其记录下来，获得实测的轧制压力资料。用实测的轧制压力除以接触面积，便求出平均单位压力。（3）经验公式和图表法：根据大量的实测统计资料，进行一定的数学处理，抓住一些主要影响因素，建立经验公式或图表。6.卡尔曼微分方程：条件、作图、推到建立，M.D斯通公式轧制力、轧制力矩计算。(P50)7.轧材按断面形状特征的分类及主要用途。答：根据轧材的断面形状的特征，分为型材、线材、板材、带材、管材和特殊类型等。根据加工方式，轧制产品分为热轧材和冷轧材两大类。（1）型材中的工字钢、槽钢、角钢广泛应用于工业建筑和金属结构，扁钢主要用作桥梁、房架、栅栏、输电、船舶、车辆等。圆钢、方钢用作各种机械零件、农机配件、工具等。（2）线材主要用作钢筋混凝土的配筋和焊接结构件或再加工（如拔丝，制钉等）原料。（3）板材通常做成标准大小的扁平矩形建筑材料板，作墙壁、天花板或地板的构件。（4）带材可以看做是宽度小于板材的钢材，其用途与板材基本相同。（5）管材就是用于做管件的材料。常用的有给水管、排水管、煤气管、暖气管、电线导管、雨水管等。8.轧材产品标准包括那几个方面？答：轧材的产品标准一般包括有品种（规格）标准、技术条件、试验标准及交货标准等方面内容。9.制定工艺过程总的目的是什么？轧钢工序的任务？轧材的基本工序？答：总目标：优质、高产、低成本地生产出合乎技术要求的轧材；两大任务：精确成型、改善组织和性能；基本工序：原料的清理准备——加热——轧制——冷却——精整——质量检查。10.金属压力加工的五大加工方法有哪几种？11.变速轧制（初轧）的速度制定计算。12.板带材主要技术要求。答：（1）尺寸精度要求高：主要是厚度精度，因为它不仅影响到使用性能及连续自动冲压后步工序，而且在生产中难度最大。（2）板型要好：板型要平坦，无浪形瓢曲。（3）表面质量要好：板带钢是单位面积最大的一种钢材，又多用作外围构件，故必须保证表面的质量。（4）性能要好：主要包括机械性能、工艺性能和某些钢板的特殊物理或化学性能。13.板带材轧制技术发展的主要矛盾是什么？解决途径有哪些？答：（1）轧件变形难，轧件变形及其影响大。（2）使轧制易于变形的途径：①降低板带钢本身的变形抗力（内阻）。措施：加热，在轧制过程中保温、抢温使轧件具有较高且均匀的轧制温度。②设法改变轧件变形时的应力状态，减少外摩擦对金属变形的阻力（外阻）。措施：带张力轧制、润滑、减小工作辊直径。控制轧机变形措施：①增强和控制机架和辊身的刚性。②控制和利用轧辊变形。14.从结构来分中厚板轧机可分几类，名称是什么？答：按机架机构分类，可分为二辊可逆式、三辊劳特式、四辊可逆式、复合式和万能式几种。按机架布置分类，可分为单机架、并列式和顺列式等几种。15.中厚板轧制方法主要有哪几种？答：（1）全纵轧法：钢板延伸方向和原料的纵轴方向重合。（2）横轧—纵轧法（综合轧法）：适合连铸坯。横轧：钢板的延伸方向和原料的纵轴方向垂直。横—纵轧法是先横轧将板坯展宽到所要求的宽度，再转90°纵轧。（3）全横轧法：用连铸坯为原料是，全横轧与纵轧法一样，产生各向性能异性。（4）角轧—纵轧法：轧件的轴线与轧辊的轴线成一定角度，送入角δ一般为15°—45°，每对角线轧一、二道后换成另一对角线轧制。角轧要注意使轧件能迅速宽展到所要求的宽度，而形状又不发生歪斜。（5）平面形状控制轧法：首先纵轧1—2道次，以整板形，称整形轧制，然后90°横轧宽展，再转90°纵轧成材。16.在连轧机前要切头尾，其目的是什么？原因何在？答：切头的目的是为了出去温度过低的头部以免损伤辊面，并防止“舌头”、“鱼尾”卡在机架间的导卫装置或辊道缝隙中。切尾以防后端的“鱼尾”或“舌头”给卷取及其后的精整工序带来困难。17.热连轧中为保持终扎温度一定，最重要最活跃最有效的手段是什么？具体数值如何？18.在热连轧中，输出辊道速度如何调节？19.活套支持器的作用是什么及基本工艺要求？答：其作用，一是缓冲金属流量的变化，给控制调整以时间，并防止成叠进钢，造成事故；二是调节各架的轧制速度以保持连轧常数，当各种工艺参数产生波动时发出信号和命令，以便快速进行调整；三是带钢能在一定范围内保持恒定的小张力，防止因张力过大引起带钢拉缩，造成宽度不均甚至拉断。最后几个精轧机架间的活套支持器，还可以调节张力，以控制带钢厚度。基本要求：动作反应要快，而且自动进行控制，并能在活套变化时始终保持恒张力。20.为什么冷轧中采用工艺润滑和张力轧制？答：冷轧采用工艺润滑主要作用是减小金属的变形抗力，这不但有利于保证在已有的设备能力条件下实现更大的压下，而且还可以使轧机能够经济可行地生产厚度更小的产品。此外，采用有效的工艺润滑也直接对冷轧过程的发热率以及轧辊的温升起到良好影响。在轧制某些品种时，采用工艺润滑还可以起到防止金属粘辊的作用。轧制带材时在张力作用下，若轧件出现不均匀延伸，则沿轧件宽向上的张力分布将会发生相应的变化，而延伸较小的一侧则张力增大，结果便自动地起到纠正跑偏的作用。有利于轧制更精确的产品，并可简化操作。张力轧制的作用有：1）防止带材在轧制过程中跑偏；2）使所轧带材保持平直和良好多的板形；3）降低金属变形抗力，便于轧制更薄的产品；4）可以适当调整轧机主电机负荷的作用。21.冷轧中张力的作用主要有哪几个？其内容是什么？答：张力的主要作用包括：（1）防止带钢在冷轧过程中跑偏.（2）使带钢保持良好板形,横向延伸均匀.（3）降低金属变形抗力.内容：22.冷轧板带钢中三大典型产品是什么？答：金属镀层薄板（包括镀锡板与镀锌板等）、深冲钢板（以汽车板为典型）、电工用硅钢板与不锈钢板等23.冷轧中平整工序的作用是什么？答：（1）供冲压用的板带钢事先经过小压下率的平整，就可以在冲压时不出现“滑移线”，以一定的压下率进行平整后，钢的应力-应变曲线即可不出现“屈服台阶”，而理论与实验研究证明，吕德斯线的出现正是与此屈服台阶有关。（2）冷轧板、带材在退火后再经平整，可以使板材的平直度与板面的光洁度有所改善。（3）改变平整的压下率，可以使钢板的力学性能在一定的幅度内变化，这可以适应不同用途的镀锡板对硬度和塑性所提出的不同要求。除此之外，经过双机平整或三机平整还可以实现较大的冷轧压下率，以便生产超薄的镀锡板。24.什么叫最小可轧厚度？怎样使轧机轧出更薄的产品？答：（1）在同一轧机上轧制板带材时，随着轧件变薄，变形抗力在增大，使压下越来越困难，当厚度薄到某一限度时，不管如何加大压力和反复轧制多少次，也不可能使产品轧薄，这一极限厚度称为轧机最小可轧厚度。（2）大力减小工作辊直径，采用多辊轧机；采用大的张力轧制；采用高效率的工艺润滑剂以降低摩擦系数；适当对带材进行退火软化处理，减小金属变形抗力；增加轧辊的刚性；采用高刚度的轧机。25.什么是轧机弹跳方程？答：P278（2）h=S0’+P/K26.用简化的P.H图，推倒预控AGC模型，推倒辊缝传递函数。推倒P.A的计算公式。27.板型是指什么？答：（3）板形是指板带材的平直度，即是指浪形，瓢曲或旁弯的有无及程度而言。28.一个完整的板带轧制制度应包括哪些内容，它们的关系如何？答：主要制度包括：压下、速度、温度、张力及辊型制度等。29.热连轧机制定压下规程时，分配各架压下量的原则是什么？习惯上如何分配？30.设计冷轧板带钢轧制规程常用的设计方法是什么？31.热连轧粗轧机布置形式及特点？答：（1）￡半连续式：粗轧机组由2架可逆式轧机组成特点：粗轧阶段道次可灵活调整，扎线短，设备和投资较少，适于产品要求不太高，品种范围又广的情况，生产能力强，产量高。（2）￡全连续式：粗轧机组由6架轧机组成，每架轧制一道，全部为不可逆式，后两架可（也可不）实现连轧特点：适合大批量单一品种的生产，操作简单，维护方便，设备多，投资大，轧制流程线或厂房长。但可采用便宜的交流电动机。（3）￡3/4连续式：粗轧机组由一架可逆式轧机和三架不可逆式轧机所组成,最后两个机架用近距离布置使轧件形成连轧。特点：设备较全连续式少，投资省；厂房短，生产灵活性大,能适应多品种和不同规格产品的生产；粗轧机组轧出带坯的头尾温差较全连续式和半连续式小，；但轧辊寿命短；操作和维护较复杂，耗电量也较大。32.变形的表示方法有哪些？33.轧制过程的传动力矩的组成。答：Mz—轧制力矩，用于使轧件塑性变形所需之力矩。Mm—克服轧制时发生在轧辊轴承，传动机构等的附加摩擦力矩MK—空转力矩，即克服空转时的摩擦力矩。Md—动力矩，此力矩为克服轧辊不均速运动时产生的惯性力所必需的前三者为静力矩。34.什么叫过热、过烧？它们的关系？答：（1）过热就是当加热温度超过Ac3继续加热达到一定温度时，钢的晶粒过度长大，从而引起晶粒间的结合力减弱，模具钢材的力学性能恶化的现象。（2）过烧就是当钢在高温下，在强烈氧化介质中加热时，氧渗透到钢内杂质集中的晶粒边界，使晶界开始氧化和部分熔化，形成脆壳，严重破坏晶粒间的连结的现象。（3）产生过热的原因有：1)钢在加热段的温度过高，在均热段的保温时间过长；2)钢的化学成分影响钢的过热敏感性，如锰元素使钢的过热倾向增大：铝元素增加钢的过热敏感性尤为突出；钨、钼元素促使钢的晶粒长大；而硅的作用相反，促使晶粒细化。（4）产生过烧的原因有：1)钢的加热温度过高，加热时间过长；2）氧化性炉气中加热易产生过烧。炉气的氧化性越强，过烧越剧烈；3)钢的化学成分对过烧也有影响。低碳钢及中碳钢过烧的可能性小，合金钢特别是合金工具钢、各种高碳钢都有较大的过烧危险性，其中又以含铜钢最易过烧。（5）如何防止：检查材料是否正确，为了使钢锭或钢坯在热加工过程中防止过热或过烧，应根据钢材的化学成分和尺寸制定正确合理的加热规范，并严格执行。选择合理的炉型并采用微机控制是提高加热质量的重要的保证。尽量减少炉内的过剩空气量，高温下应调节成弱氧化性气氛；在火焰炉内加热时，钢料应离开烧嘴一定的距离，避免钢料与火焰直接接触，