轧制过程中的摩擦.ppt

12 轧制过程中的摩擦 12.1 基本概念 摩擦： 金属塑性成形时，在金属和成形工具的接触面之间产生 阻碍金属流动或滑动的界面阻力。 作用： 加工载荷； 咬入能力； 工件变形形状、尺寸精度、表面质量和工具磨损； 工件内部的组织、性能分布。 1 1 12.2 轧制时摩擦机理 微观考察工件工具界面 1-硬相；2、6-基体；3-吸附膜；4-反应膜；5-表面层 摩擦机理:工具和工件的微观观表面凸凹不平 （1）轧件轧辊的表面并非绝对光滑，而是有许多小的峰谷； （2）由于变形热或热加工使接触表面温度上升，会使局部熔化和焊接 ； （3）很少有纯的金属界面，一般它们为反应层所覆盖； （4）许多情况下，有润滑剂存在。 2 2 12.3 金属塑性成形时摩擦的特点 塑性加工过程中影响摩擦的因素 -变变形热热； -接触表面上原子的相互作用； -润润滑时时，润润滑剂剂的粘度、膜厚及其化学性质质的作用； -塑性加工条件：变变形压压力、温度、速度、材质质、表面状态态 。 3 3 摩擦的特点 1）是在高压压力下产产生的摩擦。 金属所受的单单位压压力，热变热变 形时时100150MPa，冷变变形时时500 2500MPa，接触面上承受的单单位压压力愈高，润润滑就愈困难难。 2）塑性成形时时，摩擦情况是不断变变化的。接触面上金属各点的位移情况也 不同，有滑动动的，有粘着的。 由于金属的变变形而不断产产生新的接触表面，工具在加工过过程中不断受到 磨损损 3）很多塑性成形是在高温下进进行的，金属的组织组织 和性能不断发发生变变化，表 面状态态也在变变化 。 钢钢的热轧热轧 ： 开轧1200 至终轧900，奥氏体发生再结晶、晶粒长大 轧制变形区 I-易变形区；II-难变形区；III-自由变形区 4 4 摩擦对金属成形时的影响： 1)改变金属所处的应力状态，使变形力增加，能耗增多。 热轧薄板时可使载荷增加20甚至倍以上。 2)引起工件变形不均匀 金属塑性成形时，因接触表面摩擦的作用而使金属质点流动 受到阻碍，使工件各部分变形的发生，发展极不均匀。 3)金属的粘结。 表层金属质点或氧化物从变形工件上转移到轧辊表面，产生 轧辊表面粘结金属的现象 4)轧辊磨损 板带轧制时，常使辊形和辊面受到破坏，而影响板形和板表 面质量。型钢轧制时，常使孔型局部磨损而影响型材形状尺寸精 度。 5 5 12.4 接触摩擦理论 四种摩擦状态态： 干摩擦 在轧辊轧辊 与轧轧件两洁净洁净 的表面之间间，不存在其他物质质 。 这这种摩擦方式在轧轧制过过程中不可能出现现，但在真空条件下， 表面进进行适当处处理后，在实验实验 室条件下，一定程度上可以再现现 这这种干摩擦过过程。 边边界摩擦 在接触表面内，存在一层层厚度为为百分之一微米数 量级级的薄油膜。 其特性是可以承受高的载载荷，同时对时对 各层间层间 剪切抵抗不大。 在边边界润润滑条件下，摩擦系数很小，就是因为为各层层之间间剪切抗力 很小。 6 6 液体摩擦 在轧轧件与轧辊轧辊 之间间存在较较厚的润润滑层层（油膜）， 接触表面不再直接接触。 例如在高速冷轧润轧润 滑情况下，属此类润类润 滑。 混合摩擦（半干摩擦和半液体摩擦）。 半干摩擦是干摩擦与边边界摩擦的混合，部分区域 存在粘性介质质薄膜，这这是在润润滑表面之间间，润润滑剂剂很 少的情况下出现现的。 半液体摩擦为为液体摩擦与干摩擦或者与边边界摩擦 的混合。在这这种情况下，接触物体之间间有一个润润滑层层 ，但没有把接触表面之间间完全分隔开来。在进进行滑动动 时时，在个别别点上由于表面凹凸不平处处相啮啮合，即出现现 了边边界摩擦区或干摩擦区。在工艺润艺润 滑的冷轧变轧变 形区 中常出现现 7 7 12.5 接触剪应力沿变形接触区的分布摩擦规 律 采利科夫根据 之值的大小，将轧制摩擦分为4种 ： p59 （1）当 时： 1）靠近出口、入口处为滑动区，该区 服从干摩擦定律； 2）当单位摩擦力因为单位压力p的升 高而达到K，即出现了粘着区。 p32, p63 3）在粘着区中部中性点附近，出现塑 性变形停滞区，该区域内没有塑性 变形发生，摩擦力近似按直线规律 变化。 8 8 （2）当 时 ： 1）靠近出口、入口处为滑动区， 该区服从干摩擦定律； 2）由于接触弧长度不足以使得单 位摩擦力达到K，因此单位摩擦 力常数区域消失，塑性变形在 滑动区就开始发生。塑性变形 在停滞区内停止，摩擦力近似 按直线规律变化。 n摩擦力沿接触弧呈三角形. 9 9 （3）当 时： 粘着发生在整个变形区，金属 沿接触弧滑动的趋势非常 小，摩擦力可用近似停滞 区的三角形分布表示. 1010 （4）当 时： 金属沿接触弧滑动的趋势更 小,摩擦力可用近似停滞区的三 角形分布表示. 1111 在实际轧制过程中，变形区内各点的摩擦力方向 a)轧辊轧辊 接触区投影 ; b)中性面上的摩擦力分布 变变形区内摩擦力的分布 1212 12.6 确定轧制时摩擦系数的方法 决定摩擦系数的因素： 表面接触状态和接触条件 ； 润滑本身的特征 。 三种类型的摩擦系数： 咬入时的摩擦系数 轧辊沿整个接触表面打滑时的摩擦系数 稳态轧制时的摩擦系数。 1313 1)热轧时的摩擦系数的确定 咬入时的摩擦系数： 通过用实验方法测定极限咬入角来确定的。 1414 艾克隆德研究了热轧热轧 低碳钢钢（0.15%C）咬入时时的摩擦系数： e=k(1.05-0.0005t) （不低于） 对对于冷硬光滑表面铸铁辊铸铁辊 k=0.8；对对于钢轧辊钢轧辊 ，k=1.0，t为轧为轧 件温度 。 斯米尔诺诺夫式： 考虑因素：轧件温度，轧辊表面粗糙度、轧件化学成分以及轧辊速度 。 e =0.7935-0.000356t+0.012(Ra)1.5k1k2 Ra轧辊轧辊 的算术术平均表面粗糙度，m。 k1=1-(0.348+0.00017t)C C钢钢中碳含量百分数。 k2取决于轧辊速度， 1515 对于各种轧辊表面状态时的最大咬入角和咬入时 的摩擦系数，乌萨托斯基给出了实验结果。最大咬入 角和咬入摩擦系数随轧辊表面粗糙度的增加而增加。 1616 稳态轧制时的摩擦系数 (1) 轧轧件温度：对一定化学成分的钢轧件的摩擦系数 在某温度下达到最大值后再下降。 n对对于低碳钢钢：轧轧制温度在 以上 n=0.55-0.00024t 1717 n在无润滑情况下热轧低碳钢时的摩擦系数 1818 (2)轧件化学成分 热轧时轧热轧时轧 件化学成分对对摩擦系数的影响通常取决 于氧化铁铁皮形成机制。实验表明轧制碳钢的摩擦系数 随钢中碳含量的增加而下降 1919 (3) 轧辊表面粗糙度 稳态轧制时，摩擦系数随轧辊表面粗糙度的增加 而显著上升， 2020 摩擦系数与轧辊表面粗糙度的关系 1、2、3-用蓖麻油润滑，分别为 10%、25%、40%；4-用乳化液润 滑，25% 2121 n(4)轧轧制速度 n 轧轧制速度增加使稳态轧稳态轧 制时时的摩擦系数减小。 钢轧辊钢轧辊 ：=1.05-0.0005t-0.056V 铸铁辊铸铁辊 ：=0.92-0.0005t-0.056V 磨光钢轧辊钢轧辊 和冷硬铸铁辊铸铁辊 ： =0.82-0.0005t-0.56V 2222 (5)工艺润艺润 滑 稳态轧稳态轧 制时时的摩擦系数随润润滑油浓浓度的增加而减小。当 润润滑油的浓浓度达到一定值时值时 ，再增加浓浓度，对对降低摩擦系数 的作用不明显显。 图2-31 热轧时使用工艺润滑剂时的摩擦系数 a-乳化液；b-水油混合物 2323 咬入时： 12.7 冷轧时的摩擦系数 碳含量0.080.25%，锰含量0.270.65%范围内，化学成分对咬入摩擦系数无影响 （2）润滑条件的影响 （1）轧件材质的影响 2424 (3) 轧轧制速度的影响 随轧制速度的增加，咬入摩擦系数下降。 实验轧实验轧 制3.9mm厚0.3%C碳钢试样钢试样 ，蓖麻油润润滑,轧轧 辊辊表面粗糙度为为0.20.4m： 轧轧制速度在0-0.15m/s，咬入摩擦系数下降很快 ； 轧轧制速度0.15m/s时时，咬入摩擦系数随轧轧制速度 的增加缓缓慢下降。 （4）轧辊材质和表面粗糙度的影响 2525 稳定轧制时： 当轧件温度增加时摩擦系数增加。 （2）轧辊表面粗糙度 摩擦系数随轧辊表面粗糙度增加而增大 （1）轧件温度的影响 20在20稳态轧稳态轧 制时时的摩擦系数； t轧轧件温度，； a取决于轧辊轧辊 表面光洁洁度的修正系数： 光滑辊辊面 a=0.00110.0015；粗糙辊辊面 a=0.0035 0.0073 2626 碳钢轧钢轧 制采用润润滑时时，轧轧件化学成分对对摩擦系数的影响可以忽略。 奥氏体不锈钢轧锈钢轧 制时时，由于存在轧辊轧辊 粘结趋势结趋势 ，因此，其摩擦系数 通常比碳钢钢的增大1020。 （4）润滑剂粘度 （3）轧件化学成分 通常油膜厚度随润润滑剂剂粘度增加而增加，因此，摩擦力也随之下降 。 50在50时润时润 滑剂剂粘度， m2/s10； C-对对于矿矿物油，c=1.4，对对植物 油，c=1.0。 2727 在润润滑条件下， 油膜厚度与轧轧制速度成 正比,因此当轧轧制速度 增加时，摩擦系数下降 （6）道次压下量 （5）轧制速度 道次压下量对摩 擦系数的影响取决 于轧件表面粗糙度 以及加工硬化程度 。 低碳钢轧制，采用蓖麻油和10矿物 油乳液润滑时轧件摩擦系数随道次 压下量的变化 2828 12.8 摩擦系数的测量法 1)最大咬入角法 思路：用很小的推力，将轧件送向旋转的轧辊， 并在此时使轧辊的辊缝尽可能小，然后逐渐抬 升上辊，使辊缝增大，达到刚好实现咬入。 2)最大接触角法 思路：采用楔形件，将轧件送入固定辊缝的轧辊中，由 于沿轧件长度上，压下量逐渐增大，直至轧卡为止， 此时变形区属于全后滑。 2929 3)前滑法 思路：测出稳定轧制过程的前