(轧制理论)轧制原理PPT.ppt

第二章 轧制过程的基本概念,主讲：王庆娟,主要内容,2.1 轧制过程及分类 2.2 变形的表示方法 2.3 变形区主要参数 2.4 实现轧制过程的条件,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使金属具有一定尺寸、形状和性能的过程，称为轧制过程。 2) 分类 轧制方式按轧件运动分：有纵轧、横轧、斜轧。 根据金属状态分: 热轧 冷轧. 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,3）轧制过程中发生的基本现象,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。,2.2 变形的表示方法,变形程度的意义,矩形件变形前后的尺寸,1)轧制时绝对变形量（压下，延伸，宽展）表示,绝对压下量：hHh 绝对延伸量：ll L 绝对宽展量：bb B 式中 h ，H 轧件轧后、轧前高度； l，L 轧件轧后、轧前长度； b，B 轧件轧后、轧前宽度；,相对压下量 相对宽展量 相对延伸量,2)轧制时相对变形量（压下，延伸，宽展）表示,3)轧制时真应变表示,压下系数 宽展系数 延伸系数,3)轧制时变形系数表示,2.3 变形区主要参数,简单轧制过程特点： （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）轧辊为刚性且对称 （5）无外力或推力 （6）轧件性质均匀,1）简单轧制过程,2)变形区参数,（1）咬入角 ： 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。,轧制几何变形区： 轧件承受轧辊作用发生变形的部分,咬入角与轧辊直径 D和压下量h 之间的关系,变形区任意断面高度hx,h、D和三者之间的关系计算图,(2)接触弧长与变形区长,接触弧长s 轧件与轧辊相接触的圆弧根据几何关系，接触弧长s为： sR 变形区长度l 轧件与轧辊相接触的圆弧的水平投影长度 变形区长度的确定(与轧制条件有关可分为三种情况), 不等径, 轧辊与轧件产生弹性压缩时接触弧长,西奇柯可公式,轧制过程的三阶段,一 咬入阶段,1 咬入阶段：轧件前端与轧辊接触的瞬间起到前端达到变形区的出口断面（轧辊中心连线）称为咬入阶段。,2 特点：,（1）轧件的前端在变形区有三个自由端（面），仅后面有不参与变形的外端（或称刚端） （2）变形区的长度由零连续地增加到最大值。 （3）变形区内的合力作用点、力矩皆不断的变化。（4）轧件对轧辊的压力由零值逐渐增加到该轧制条件下的最大值。 （5）变形区内各断面的应力状态不断变化。,二 稳定轧制阶段,从轧件前端离开轧辊轴心连线开始，到轧件后端进入变形区入口断面止，这一阶段称为稳定轧制阶段。,变形区的大小、轧件与轧辊的接触面积，金属对轧辊的压力，变形区内各处的应力状态等都是均恒的。,1 稳定轧制阶段：,2 特点：,三 甩出阶段,从轧件后端进入入口断面时起到轧件完全通过辊缝（轧辊轴心连线），称为甩出阶段。,（1）轧件的后端在变形区内有三个自由端（面），仅前面有刚端存在。 （2）变形区的长度由最大变到最小零。 （3）变形区内的合力作用点、力矩皆不断地变化。 （4）轧件对轧辊的压力由最大变到零。 （5）变形区内断面的应力状态不断地变化。,1 甩出阶段：,2 特点：,2.4 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 2.4.1 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),受力分析,结论,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. 则 tgtg 轧制过程中的咬入条件为摩擦角大于咬入角, =为临界条件,咬入的几何意义,当R方向向轧制方向倾斜,实现自然咬入;反之不能咬入.,2.4.2 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.,1)咬入过程中变化,2)稳定轧制条件,实现轧制要求:PXTX PX=P sin TX=T cos=P fy cos fy tg (tgy= fy) 将=y/kx 代入上式得: fy tg(y/kx ) 为稳定轧制条件.(y= y/kx ) fy y稳定轧制阶段摩擦系数和摩擦角 y 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),2.4.3 咬入阶段与稳定轧制阶段的咬入条件比较,极限咬入条件 = 极限稳定咬入条件y = y kx 令K= y / = kx y / y = kx y / 上式说明 y 与差别取决于kx 及y / ,1)合力作用点的位置 kx对y 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 y 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. y y =kx*=(22.4) (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 y =kx*=(1.51.7) 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.,2.4.4 孔型中轧制时的咬入条件,孔型咬入特点： 1）轧件与孔型顶部接触 与平辊轧巨型件相似 2）轧件先与孔型侧壁接触 增加了侧壁斜度的影响,N、T、N0力分别为轧辊孔型侧壁斜度作用给轧件正压力，轧辊作用给轧件的摩擦力，轧辊作用给轧件的径向力；为孔型侧壁斜度夹角。 随着轧件填充孔型，实现咬入的条件仍然是,因为,得,因此,2.4.5 影响咬入的因素及改善咬入的措施,一 影响咬入的因素,（1）当压下量不变时，随着轧辊直径的增大，咬入角将减小，这有利于咬入。 （2）如轧辊直径不变时，随着压下量的减小，咬入角也减小，这有利于咬入。,1 轧辊直径、压下量对咬入的影响,2 作用在水平方向上的外力对咬入的影响,凡顺轧制方向的水平外力，一般都有利于咬入。,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.,3 轧制速度的影响,降低轧制速度，则有利于轧件被咬入,4 轧辊表面状态的影响,轧辊表面越粗糙，则摩擦系数越大，因而越有利于轧件咬入。,5 轧件的形状对轧件咬入的影响。,轧件前端与轧辊接触面越大，轧件越容易咬入。,6 孔型形状对咬入的影响,增大摩擦角（即增大摩擦系数f）和减小咬入角a,二 改善咬入的措施,型钢轧机的孔型有较小的孔型侧壁斜度时，对轧件的咬入是有利的,1 提高摩擦系数的措施,（1）轧辊刻痕、堆焊或用多边形轧辊的方法,（2）合理使用润滑剂。 （3）清除炉尘和氧化铁皮。 （4）在现场不能自然咬入的情况下，撒一把沙子或冷氧化铁皮可改善咬入。 （5）当轧件温度过高，引起咬入困难时，可将轧件在辊道上搁置一段时间，使钢温适当降低后再喂入轧机。 （6）增大孔型侧壁对轧件的夹持力可改善轧件的咬入 （7）合理调整轧制速度。,(1)增大轧辊直径,2 降低咬入角的基本措施,(2)强迫咬入，用外力将轧件顶入轧辊中 。,(3)减小本道次的压下量可改善咬入条件。如：减小来料厚度或使得本道次辊缝增大。,孔型中轧制时，孔型侧壁斜度夹角值越小咬入越是有利。这是因为值小，值增加意味着Tx值大，更容易把轧件拖入轧辊辊缝中。 适当减小角，同时要兼顾不使轧件因孔型被过充满而出现“耳子”缺陷。兼顾方法之一是采用“双斜度孔型”。,(4)减小孔型侧壁斜度,(5) 使用合理形状的连铸坯，可以把轧件前端制成楔形或锥形。,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(假定咬入条件与前面一致) 3) 求压下量为50时的及L.,计算举例,解; 1) h=D(1-cos)=850(1-cos30)=114 则小头轧制后高 h=480-114=366 大头轧制后压下h=550-366=184 又知热轧y=(1.5-1.7)=45 -51 hmax=850(1-cosY)=850(1-cos 51 ) =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,作业,已知 某1150轧机钢锭尺寸880*880/635*6