轧制原理相关知识

轧制原理相关知识,员海波,第一讲轧制变形区参数、摩擦与咬入,一、变形区主要参数在轧制过程中，并不是整个轧件长度上同时产生塑性变形。在任一瞬间，变形仅仅产生在与轧辊相接触的区域内。轧件处于变形阶段的这一区域称为变形区。这个区域是由轧件和轧辊的接触面和入口、出口断面所限定的空间。如图ABBA部分。,变形区的形状可以由如下参数表示：咬入角、变形区长度l、轧件入口断面的高度H及宽度B、出口断面的高度h及宽度b。1、变形区长度l轧辊与轧件的接触弧AB又称咬入弧，可近似地以其所对应的弦长AB表示。因为ABCEBA而=2R,=(H-h)/2=h/2故,在实际计算中我们经常使用的不是接触弧所对应的弦长，而是接触弧的水平投影，即变形区长度l。而OC=R-h/2故l2=R2-（R-h/2）2=Rh-h2/4这里为了简化计算，将h2/4忽略不计，用接触弧所对应的弦长代替变形区长度。,2、咬入角接触弧所对应的圆心角称为咬入角。而=RCOS=h/2代入得h/2=R-RCOS即h=D(1-COS)因此可由轧辊直径和压下量来计算咬入角：=arccos(1-h/D),在咬入角比较小的情况下，由于1-COS=2sin2/22(/2)2=2/2这样可以得到咬入角的近似计算公式：弧度度,二、摩擦与咬入在这一部分我们主要介绍一下摩擦系数在轧制过程中的作用。1、摩擦系数使得轧件咬入轧机轧件咬入轧辊的几种情况轧件与轧辊接触后，顺利进入轧辊并完成轧制全过程。轧件与轧辊接触后，轧件不能进入轧辊，即不能咬入。轧件与轧辊接触后被轧辊咬入，但不能完成轧制全过程，轧件突然停在轧辊中打滑而中止前进。、多发生在粗轧机列的前几道次，经常出现在开轧的第一道次。,咬入条件摩擦力、摩擦系数与摩擦角的关系摩擦角与摩擦系数的关系如下：通过以上讨论得出结论：摩擦角的正切等于摩擦系数。,咬着时的作用力分析a轧件对轧辊的作用力与摩擦力（左图）b轧辊对轧件的作用力与摩擦力（右图）,平辊咬入轧件的条件a用力表示的咬入条件若NxTX,则轧件不能咬入（b）；若NxNx时,。这就是轧件的咬入条件当TXNx时,Nx，可写为：即由此得出上式是继续进行轧制的条件。在热轧情况下，稳态轧制时的摩擦系数小于开始咬入时的摩擦系数，其最大咬入角为1.51.7倍摩擦角。,改善咬入的措施a轧辊刻痕、堆焊或用多边形轧辊的方法。b清除炉尘和氧化铁皮。c在现场不能自然咬入的情况下，撒一把沙子或冷的氧化铁皮可改善咬入。d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。e使用合理形状的的连铸坯，可以把轧件前端制成楔形或锥形。f强迫咬入。e减小本道次的压下量。上述改善咬入的方法在生产实践中，往往几种方法可以同时使用。,2、摩擦系数对前滑的影响剩余摩擦力的产生为便于比较，我们暂且假定轧件是在临界条件下被咬入。合力P的水平分量为Px由开始的零逐渐加大，到轧件前端出辊缝后，即稳定轧制阶段为：这说明随着轧件头部充填辊缝，水平方向摩擦力除克服推出力外，还出现剩余。我们把用于克服推出力外还剩余的水平分量Px称为剩余摩擦力。,前滑前滑的产生当轧件在满足咬入条件并逐渐填充辊缝的过程中，剩余摩擦力和轧制方向一致。在剩余摩擦力的作用瞎，轧件前端的变形金属获得加速，使金属质点流动速度加快，当在变形区内金属前端速度增加到大于该点轧辊辊面的水平速度时，就开始形成前滑，并形成前滑区和后滑区。前滑的定义在轧制过程中，轧件的出口速度大于轧辊在该处的线速度，这种的现象称为前滑。前滑的定义表达式为：,中性角与轧件打滑在一般轧制情况下中性角起着调节轧件承受的水平分力的合力的作用，当0.5m/s时，随着速度的提高，摩擦系数减小，即宽展量减小，延伸系数增加。,轧制道次的影响实验表明，在总压下量相同的条件下，轧制道次越多，总的宽展量越小。从轧制一道的宽展和轧制若干道的宽展来看，可用下式表示:因此不能按照钢坯和成品的厚度计算宽展，必须逐道计算，否则会造成错误。,张力对宽展的影响实验表明，后张力对宽展有很大影响，而前张力对宽展影响很小。原因是轧件变形主要产生在后滑区。在后滑区内随着后张力的增大，宽展减小，这是因为在后张力的作用下使金属质点纵向流动阻力减小，必然使延伸增大宽展减小。,孔型形状对宽展的影响孔型形状对宽展的影响也是很大的。型钢轧制时，经常利用孔型形状达到强迫宽展和限制宽展的目的。方进椭圆孔：这类孔型的宽展系数较大菱形轧件进入方孔型：这种孔型系统的宽展系数比较小。椭圆轧件进入方孔型的宽展也较小。圆形轧件在椭圆孔型中轧制的宽展系数小于方轧件在同一孔型中轧制时的宽展系数。在同一孔型系统内大断面的宽展系数小于小断面的宽展系数。,二、连轧与张力1、连轧的基本概念所谓连轧是指轧件同时通过数架顺序排列的轧机进行的轧制，各轧机通过轧件而相互联系、相互影响、相互制约，从而使轧制的变形条件、连轧的运动学条件和连轧的力学条件具有一系列的特点。,连轧的变形条件为保证连轧过程的正常进行，必须使通过连轧机组各架轧机的金属秒流量保持相等，此即所谓的秒流量相等原则，即：,秒流量相等的条件一旦破坏就会造成拉钢或堆钢，从而破坏变形的平衡状态。拉钢可使轧件横断面收缩，严重时造成轧件断裂。堆钢可造成引起设备事故。,连轧的运动学条件前一机架轧件的出辊速度等于后一机架的入辊速度，即：,式中第i架轧件的出辊速度第i+1架的轧件入辊速度,连轧的力学条件前一机架的前张力等于后一机架的后张力，即：,连轧处于平衡状态下的基本方程式：,2、连续式线材轧机的传动方式二辊无扭连轧机组因传动方式不同，分为两种形式：一种是平立交替单独传动的线材连轧机；另一种是集体传动的45高速无扭线材连轧机组，前者已逐渐被后者所取代。,单独传动的线材连轧机组，有以下三个主要缺点：控制系统复杂。机架间距大于集体传动。轧制速度不能提高到35m/s以上。此外，由于设备吨位大，控制系统复杂，用于设备制造和控制方面的投资就较多。由于上述多方面的缺点，这类轧机现在已不在制造，原有的装备也正在考虑用新型线材轧机更新改造。,3、连轧与连轧状态张力轧制和自由轧制对比，工艺参数有如下变化：张力使得前一架前滑系数增大，前滑增量S随张力增加而递增。随着张力的增加，起始速度差v和秒流量差将向减小的方向发展。,宽展b随张应力值的增加而减小。张力参与还影响这变形抗力的变化，其变化幅度主要取决于轧机刚度、轧辊长度以及轧辊直径。对于线材轧机来说，因轧制断面小，变形抗力也就比较小，而且其绝对值在生产过程中基本稳定，所以在工程计算时可忽略不计，即按自由轧制状态计算即可。张应力直接产生相对应变，也起着补偿起始秒流量差的作用。综上，上述参量的变化结果使v逐渐随着应力的增大而趋于零，这个过程就是连轧的动态过程。当v=0时即标志着稳态过程的建成。,4、多机架连轧及其影响系数集体传动的唯一方法是保持秒流量相等的工艺设计。这种设计该怎样进行，需要遵循一个什么样的原则呢？有的学者认为，在第一对连轧中给定一定数量的秒流量差或拉钢率，拉钢率应控制在1%-2%之间。之后每隔4-6架轧机在考虑一个比第一对秒流量差要小一些的拉钢率，其中间各架可完全按照秒流量相等的原则进行设计。但是要注意成品架次一定要保持秒流量相等的原则。这种设计可以避免架间堆钢事故而能保持微张力轧制。,5、连轧机的调整与控制因一个变量变化引起一系列参数变化的特点是连轧机调整区别于自由轧制时的关键。在连轧过程中。没有一个变量能够单独存在，所以连轧机调整时必须熟知这种连锁的影响，切不可贸然或直观从事。一套连轧机投入运行后，由于对某参数出现计算上的失误，给调整带来困难时，通常采用调节辊径的办法来调节各架秒流量差得关系。在调整实践中有如下规律：h变化对下一道影响最为明显，对以后的架次影响逐渐削弱乃至消失。h减小则使后一道次的拉钢减小。h增大则使拉钢增加，使以后各道次的断面减少。,小结,一、宽展1、宽展的概念2、宽展的种类3、影响宽展的因素二、连轧与张力1、连轧的基本概念2、连续式线材轧机的传动方式3、连轧与连轧状态4、多机架连轧及其影响系数5、连轧机的调整与控制,第三讲轧制压力,一、轧制压力的概念轧制过程中通常金属给轧辊的总压力的垂直分量称为轧制压力或轧制力。轧制压力是解决轧钢设备的强度校核，主电机容量选择或校核，制定合理的轧制工艺规程等方面问题时必不可缺少的基本参数。轧制压力可以通过直接测量法或计算法获得。,直接测量法用测压仪器直接在压下螺丝对总压力进行实测而得的结果。计算法计算轧制压力的公式如下：式中金属对轧辊的（垂直）平均单位压力F轧件与轧辊接触面积的水平投影，简称接触面积由上式可知，决定轧制时轧件对轧辊压力的基本因素一是平均单位压力，二是件与轧辊的接触面积。,二、影响轧制压力的因素1、轧件材质的影响。含碳量高或合金成分高地材料，因其变形抗力大，轧制时单位压力也大，所以轧制压力也大。2、变形温度的影响。随着温度的增加，钢的变形抗力降低，所以轧制压力降低3、外摩擦的影响。轧辊与轧件之间的摩擦力越大，轧制时金属流动阻力越大，单位压力越大需要的轧制力也越大。4、变形速度的影响。热轧时随着轧制速度的增加，变形抗力有所增加，平均单位压力将增加，故轧制压力增加。,5、轧辊直径的影响。轧辊直径对轧制压力的影响通过两方面起作用，当轧辊直径增大，变形区长度增长，使得接触面积增大，导致轧制压力增大。另一方面，由于变形区长度增大，金属流动的摩擦阻力增大，则单位压力增大，所以轧制力也增大。6、轧件宽