【材料課件】材料成型工程學（軋制理論）第二講

1、1軋制變形區(qū)的概念及軋制變形基本理論軋制變形區(qū)的概念及軋制變形基本理論 1.1軋制過程及分類: 1)軋制過程軋制過程: 軋件由摩擦力拉進旋轉(zhuǎn)軋輥之間，受到壓縮進行塑性變形的過程，通過軋制使金屬具有一定尺寸、形狀和性能。 2) 分類軋制方式按軋件運動分：有縱軋、橫軋、斜軋?？v軋過程就是金屬在兩個旋轉(zhuǎn)方向相反的軋輥之間通縱軋過程就是金屬在兩個旋轉(zhuǎn)方向相反的軋輥之間通過，并在其間產(chǎn)生塑性變形的過程。過，并在其間產(chǎn)生塑性變形的過程。 橫軋橫軋 :軋件變形后運動方向與軋輥軸線方向一致軋件變形后運動方向與軋輥軸線方向一致 斜軋：軋件作螺旋運動，軋件與軋輥軸線非特角斜軋：軋件作螺旋運動，軋件與軋輥軸線非特角

2、 根據(jù)金屬狀態(tài)分根據(jù)金屬狀態(tài)分: 熱軋熱軋 冷軋冷軋.其他分類其他分類v 根據(jù)外部介質(zhì)分類: 空氣,真空, 惰性氣體v軋機工作制度: 可逆 連軋 等2）軋制過程中發(fā)生的基本現(xiàn)象和建立軋制過程的條件在生產(chǎn)實踐中遇到不同的軋輥組合方式，但實際上金屬承受壓下而產(chǎn)生塑性變形是在一對工作軋輥中進行的。除了一些特殊輥系結(jié)構(gòu)（如行星軋機，Y型軋機）外，均在一對軋輥間軋制的簡單情況。一般都以二輥作為研究軋制過程的開端。送料支承工作平整圖 1 星 行 軋 機 3)簡單軋制過程圖示 b/2 h/2 ABCD簡單軋制過程：（1）上下軋輥直徑相同（2）轉(zhuǎn)速相等（3）軋輥無切槽（3）均為傳動輥（4）無外力或推力（5）軋

3、輥為剛性的 4)軋制時絕對變形量（壓下，延伸，寬展）表示軋制時絕對變形量（壓下，延伸，寬展）表示 hHh LLh LH BBh BH 式中 h ，H 軋件軋后、軋前高度； Lh，LH 軋件軋后、軋前長度； Bh，BH 軋件軋后、軋前寬度；軋制時表示各向變形系數(shù)的關(guān)系式 11 或 ln 1/ lnln=0 式中 =Ll延伸系數(shù) Bb.寬展系數(shù) hH壓下系數(shù) 相對變形量的表示法變形方向 相對量 變形系數(shù) 對數(shù)變形系數(shù) 壓下 寬展 延伸 %HhHhH %BBBHHh hH Bb Ll lnln1ln 5)變形區(qū)參數(shù) （1）咬入角： 是指軋件開始軋入軋輥時,軋件和軋輥最先接觸的點和軋輥中心連線與軋輥中

4、心線所構(gòu)成的圓心角。 b/2 h/2 ABCD咬入角與軋輥直徑 D和壓下量h 之間的關(guān)系 b/2 h/2 ABCD)1 ()1 (2COSDCOSRhHh (1-5) 式中 R - 軋輥半徑。 適用上式在151000R)Dh1 (arCos)COS1 (DhRCosR2h(2)接觸弧長與變形區(qū)長接觸弧長與變形區(qū)長 根據(jù)幾何關(guān)系，接觸弧長s為： sR 接觸弧之水平投影叫做變形區(qū)長度 變形區(qū)長度的確定(接觸弧長與軋制條件有關(guān)可分為三種情況)hRhRL:)2h(2hRRL2222得由幾何關(guān)系等徑b/2 h/2 ABCD 不等徑hLhRRRhhRhRhRhRhhhLLhDLh2hRh2R2RLhDLh

5、1hRh1R1RLRRRR2LL121221221221122221121212222222222211121122121因假定h2 軋輥與軋件產(chǎn)生彈性壓縮時接觸弧長軋輥與軋件產(chǎn)生彈性壓縮時接觸弧長 自學 參見教材 要求; 1)理解彈性壓扁組成是軋輥與軋件兩部分 2) 看明白公式推導 3) 彈性壓扁產(chǎn)生的條件1.2 實現(xiàn)軋制過程的條件實現(xiàn)軋制過程的條件 軋制過程是否能建立，決定于軋件能否被旋轉(zhuǎn)軋制過程是否能建立，決定于軋件能否被旋轉(zhuǎn)的軋輥咬入因此，研究分析軋輥咬入軋件的的軋輥咬入因此，研究分析軋輥咬入軋件的條件，具有非常重要的實際意義條件，具有非常重要的實際意義 1.2.1 咬入條件 1) 咬

6、入:依靠回轉(zhuǎn)的軋輥與軋件之間的摩擦力,軋輥將軋件拖入軋輥之間的現(xiàn)象.2) 2) 咬入條件的確定咬入條件的確定(分析金屬剛被咬入時的受力)p軋件受力分析軋輥受力分析受力分析受力分析p軋件受力分析軋輥受力分析.,0sincos:)(cossin)(:完成軋制軋件才可能被咬入當水平合力使軋件受壓變形軋件受垂直合力FFFxxypTPfTpT結(jié)論系數(shù)軋件與軋輥之間的摩擦說明咬入角的正切等于咬入條件)(cossintgftgPT物理概念 根據(jù)物理概念: 摩擦系數(shù)可用摩擦角表示.即摩擦角的正切就是摩擦系數(shù)f. tg=f 則 tgtg 軋制過程中的咬入條件為摩擦角大于咬入角, =為臨界條件咬入的幾何意義:臨界

7、態(tài) 咬入不能咬入當當R方向向軋制方向傾斜方向向軋制方向傾斜,實現(xiàn)自然咬入實現(xiàn)自然咬入;反之反之不能咬入不能咬入.1.2.2 穩(wěn)定軋制條件 在軋件被咬入后,軋輥給軋件壓力P合力作用點與摩擦力T已不作用于開始接觸點處,而是向變形區(qū)出口方向移動.開始咬入階段軋件充填輥縫的過程穩(wěn)定軋制階段)(yyxK虛擬的可能值穩(wěn)定軋制條件下咬入角合力作用點系數(shù)線夾角軋件前端與軋輥軸心連合力作用點中心角1)1)咬入過程中咬入過程中變化變化)(0:kx此時完全被咬入2)2)穩(wěn)定軋制條件穩(wěn)定軋制條件 實現(xiàn)軋制要求:PX1 在其他條件不變的情況下: Kx大 y 也大,穩(wěn)定軋制階段的咬入角也大 初軋 帶鋼軋制等均利用此特性.

8、2)2)冷冷 熱軋條件摩擦系數(shù)變化熱軋條件摩擦系數(shù)變化 (1)冷軋 溫度變化小 ,氧化鐵皮性質(zhì)不變. y y =kx*=(22.4) (2)熱軋 軋件端部在軋制中溫度氧化鐵皮對摩擦影響軋件端部在軋制中溫度氧化鐵皮對摩擦影響:端部溫度溫降端部溫度溫降快快,溫度低使摩擦系數(shù)增大溫度低使摩擦系數(shù)增大,其他部分溫度較高摩擦系數(shù)小其他部分溫度較高摩擦系數(shù)小. 氧化鐵皮在咬入時端部與軋輥沖擊易脫落氧化鐵皮在咬入時端部與軋輥沖擊易脫落,露出金屬表面使露出金屬表面使摩擦系數(shù)增大摩擦系數(shù)增大,而其他部分摩擦系數(shù)較低而其他部分摩擦系數(shù)較低.二者作用的結(jié)果使二者作用的結(jié)果使 kx項項數(shù)值較小數(shù)值較小 y y = =

9、k kx x* *=(1.51.7)=(1.51.7)實際生產(chǎn)中端部咬入出現(xiàn)打滑現(xiàn)象不能建立穩(wěn)定軋制實際生產(chǎn)中端部咬入出現(xiàn)打滑現(xiàn)象不能建立穩(wěn)定軋制原因是氧化鐵皮原因是氧化鐵皮 溫度變化所致溫度變化所致. ..4改善咬入的途徑改善咬入的途徑 1)重要性 改善咬入條件是順利操作增加壓下提高生產(chǎn)效率的有效措施. 2)具體辦法 由咬入條件 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實際生產(chǎn)中以帶有楔形端咬入后利用穩(wěn)定軋制階段剩余摩擦力實際生產(chǎn)中以帶有楔形端咬入后利用穩(wěn)定軋制階段剩余摩擦

10、力,實現(xiàn)咬入實現(xiàn)咬入.利用外推力將軋件強制推入軋輥中利用外推力將軋件強制推入軋輥中,外力作用使軋件前端被壓扁外力作用使軋件前端被壓扁,相當于楔形外相當于楔形外端降低壓下量端降低壓下量,有利于咬入有利于咬入.2)提高的方法 (1) 改善軋輥或軋件表面狀態(tài)改善軋輥或軋件表面狀態(tài),以使以使升高升高 初軋粗軋在軋輥刻槽焊點滾花等目的均使初軋粗軋在軋輥刻槽焊點滾花等目的均使f升升, 升升. 精軋通過立軋高壓水去除氧化皮等辦法改善軋精軋通過立軋高壓水去除氧化皮等辦法改善軋件表面狀態(tài)件表面狀態(tài),使使f升升, 升升. (2) 合理調(diào)節(jié)軋制速度合理調(diào)節(jié)軋制速度 利用穩(wěn)定軋制條件下的剩余摩擦力利用穩(wěn)定軋制條件下的

11、剩余摩擦力,采用低速采用低速咬入咬入,高速軋制高速軋制.計算舉例計算舉例 已知已知 D=850 鋼錠尺寸鋼錠尺寸 550*550/480*480/1200 采用熱軋采用熱軋 試問試問? 1)當咬入角為當咬入角為30,采用小頭進鋼軋制采用小頭進鋼軋制,能否實能否實現(xiàn)軋制過程現(xiàn)軋制過程. 2)當壓下量為當壓下量為120時時,能否實現(xiàn)自然咬入能否實現(xiàn)自然咬入(假定咬假定咬入條件于前面一致入條件于前面一致) 3) 求壓下量為求壓下量為50時的時的及及L.計算舉例計算舉例 解解; 1) h=D(1-Cos)=850(1-Cos30)=114 則小頭軋制后高則小頭軋制后高 h=480-114=366 小頭

12、軋制后壓下小頭軋制后壓下h=550-366=184 又知又知熱軋熱軋y=(1.5-1.7)=45 -51 hmax=850(1-COSY)=850(1-COS 51 ) =315 因因 h小于小于hmax 故可故可實現(xiàn)軋制實現(xiàn)軋制,說明穩(wěn)定軋制咬入時說明穩(wěn)定軋制咬入時最大壓下大數(shù)倍最大壓下大數(shù)倍. 2) h=120 時時不能實現(xiàn)自然咬入不能實現(xiàn)自然咬入 3) h=50時時 )850501 (arcCOS50*425hRL作業(yè)作業(yè) 已知 某1150軋機鋼錠尺寸880*880/635*635*1400 熱軋,該條件下允許咬入角28問: 1)從理論講,改鋼錠如何軋制可使軋件軋一道次厚度最小,軋后厚度

13、為多大. 2)求該軋制條件下的最大咬入角和接觸弧長.1.3 軋制變形的基本理論軋制變形的基本理論 1 .3.1 外端理論 1) 外端是指在變形過程中某一瞬間不直接承受工具作用而處于變形區(qū)以外的部分.(外端主要限制橫向變形外端主要限制橫向變形) 2) 外端作用 變形區(qū)極長時變形區(qū)極長時 ,外端對延伸寬展無重大影響外端對延伸寬展無重大影響. 如線棒材如線棒材生產(chǎn)生產(chǎn) ,變形區(qū)長與寬的比遠大于變形區(qū)長與寬的比遠大于1 寬與變形區(qū)長的比寬與變形區(qū)長的比 增加增加 ;外端使延伸增加外端使延伸增加,寬展減小寬展減小.如如板帶生產(chǎn)板帶生產(chǎn). 寬與變形區(qū)長的比遠大于寬與變形區(qū)長的比遠大于1: 外端使寬展不存在外端使寬展不存在, 外端使變形區(qū)內(nèi)壓應(yīng)力狀態(tài)增外端使變形區(qū)內(nèi)壓應(yīng)力狀態(tài)增,單位軋制壓力增加單位軋制壓力增加.1.3.2軋制過程三階段理論軋制過程三階段理論 該該理論認為軋制過程可分為三個階段理論認為軋制過程可分為三個階段:咬入、形成、拋出咬入、形成、拋出.此三階段有各自特點又相互聯(lián)系構(gòu)成一個完整軋制過程此三階段有各自特點又相互聯(lián)系構(gòu)成一個完整軋制過程.咬入階段建成階段拋出階段本章主要內(nèi)容 1 基本概念基本概念 軋制過程軋