第5章-轧制理论基 1VIP

第5章轧制理论基础,潘成刚主讲,第一节纵轧时变形区和变形的表示方法,一、纵轧时的变形区简单轧制过程：上、下轧辊直径相等，转速相等，轧辊无轧槽，均为传动辊，无外加张力或推力，轧辊为刚性体，轧件性质均匀一致等理想条件的对称的轧制过程。变形区：纵轧时轧辊作用在轧件上使轧件产生塑形变形的部分称为变形区。,变形区是连续变化的,二、纵轧时变形的表示方法,纵轧时绝对变形量压下量：延伸量：宽展量：相对变形量：压下率：宽展率：延伸率：,不能表示变形程度的大小，只能表示轧件外形尺寸的变化,变形量的其他表示方法,压下系数宽展系数延伸系数,塑形变形时，一般认为轧件轧制前与轧制后体积不变，称体积不变定律。,根据体积不变定律，轧前体积等于轧后体积。或,FH表示轧件前横截面积，Fh表示轧件轧后横截面积，根据体积不变条件；轧钢生产中，钢坯总是要经过若干道次轧制后方能轧成为成品，对应的延伸系数则可分为总延伸系数和道次延伸系数。,变形区长度、咬入角,变形区长度l：咬入弧的水平投影叫做变形区长度。咬入角度：轧件开始被轧辊咬入时，轧件和轧辊最先接触的点和轧辊中心的连线与两轧辊中心连线所构成的圆心角。,变形区长度、咬入角、轧辊直径、压下量之间关系,根据几何关系,第二节纵轧时轧辊咬入条件,本节中心内容是分析轧辊开始咬入轧件时的咬入条件及稳定轧制过程的咬入条件。平辊轧制矩形断面轧件的咬入条件孔型中轧制时的咬入条件改善咬入条件的途径和方法,平辊轧制矩形断面轧件的咬入条件,依靠旋转方向相反的两个轧辊与轧件的摩擦力，将轧件拖入轧辊辊缝中的现象，称为咬入。,平辊轧制矩形断面轧件的咬入条件,不能实现自然咬入,咬入临界状态（平衡状态）,可实现自然咬入,咬入角正切等于轧件与轧辊之间的摩擦系数f时，是咬入角的临界条件，当tanaf，不能咬入,轧制过程咬入条件：摩擦角大于咬入角,摩擦角的正切就是摩擦系数f。,咬入过程中,咬入过程中随着角减小，Tx增加，Px减小，水平咬入力比水平推出力大，说明咬入比开始时容易。,稳定轧制,其咬入条件：水平咬入力大于水平推出力,开始咬入时的咬入条件轧制过程建成时的咬入条件稳定轧制阶段的咬入角等于开始咬入阶段咬入角的2倍。实际上稳定轧制阶段,开始咬入阶段的摩擦角,二、孔型中轧制时的咬入条件,孔型中轧制，咬入过程的基本原理与平辊轧制板材情况完全相同，只是多了孔型侧壁斜度对轧件受力条件影响。分为两种情况：与平辊轧制矩形件相似，轧件先与孔型顶部接触；轧件先于孔型侧壁接触。,孔型中轧制受力分析,实现咬入条件：,咬入条件与平辊相同,改善咬入条件的途径和方法,在轧制过程中，影响轧件咬入的因素，主要是咬入角和摩擦系数。一、咬入角减少实际咬入角增加极限咬入角（f及侧壁斜度）,减小实际咬入角,在不改变压下量情况下增大轧辊直径在不改变辊径情况下减小压下量。在辊径及压下量均保持不变条件下通过预先将轧件头部做成楔形或实行撞击喂料，。,增加极限咬入角,可以通过减小孔型侧壁斜度角及增大摩擦系数f来达到。在孔型中轧制时，为了改善咬入，适当减小角，同时要兼顾不使轧件因孔型被过充满出现“耳子”缺陷。兼顾方法之一是：采用“双斜度孔型”。以箱型孔型为例，把靠近槽底处的侧壁斜度适当作小些，而接近槽口处作大一些。,双斜度孔型,二、摩擦系数,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。温度因素的影响则是通过对轧件表面（氧化）状态及变形抗力的影响而起作用的。,（1）轧辊表面状态影响因素,轧辊表面越光滑，硬度越高，摩擦系数越小。新辊比旧辊咬入能力差，硬面铸铁轧辊比硬度较低的钢轧辊咬入能力差。在轧机的某几个孔型上经常采用刻痕或堆焊等方法，以增加摩擦系数。,在精轧孔型中以及在轧制表面质量要求较严的合金钢材时采用刻痕或堆焊方法是不适宜的。,（2）轧件表面状态对摩擦系数的影响,主要表现为：氧化铁皮的影响。对碳素结构钢：从700oC开始，随着轧件温度升高，其氧化铁皮使摩擦系数降低。,（3）轧制速度对摩擦系数的影响,轧制速度降低，摩擦系数增加，有助于轧件咬入。采取“低速咬入高速轧制”的操作法。,最大压下量的计算,必须确定f值,轧辊材质,轧制速度,轧件化学成分,第三节纵轧时的轧制压力和传动力矩,轧制压力：验算轧机零件强度和选择电机的重要数据之一。它指用测压仪在压下螺丝下实测的总压力，即轧件给予轧辊的总压力的垂直分量。只有在简单轧制情况下，轧件对轧辊的合力方向是垂直的。,具有外力的合力方向,平均单位压力,轧件作用于单位接触面积上的压力在变形区的分布是不均匀的，通常以它们的平均值计算，此平均值称为平均单位压力。,平均单位压力,组成：,金属在轧制过程中的自然变形抗力（金属内阻力）,包括由于外力的制约所引起的变形抗力增高部分（外部阻力）,变形速度,变形温度,变形程度,摩擦系数,轧制变形区的几何形状特征l/h,（l为变形区长，h为变形区平均高度）,当轧件厚度较小时，摩擦阻力起主导作用。当轧制高轧件时，摩擦阻力影响不显著，外区影响则是显著的。,轧制压力的确定,轧制压力为平均单位压力与接触面水平投影面积之乘积的总和。,确定平均单位压力方法,归纳为：数学分析法和实验曲线法。式中有效单位压力；外阻力影响系数。有效单位压力是只考虑金属本身的内因素，如化学成分、变形温度、变形速度和变形程度等对轧制压力的影响。建议用单向拉伸时的强度极限计算有效单位压力。,碳素结构钢,外阻力影响系数,外阻力影响系数是考虑接触面上摩擦系数等外部因素对轧制压力的影响。,结论,轧制温度高、道次压下量和摩擦系数小、带前后张力以及随张力值增加、轧制速度降低，轧制平均单位压力下降。,注意,防止轧制压力过大，轧辊受力亦大而导致断裂提高轧机生产能力、增加道次压下量同时，必须改善轧辊材质，以提高轧辊强度，增加允许压力。在轧制过程中，创造使平均单位压力减小的轧制条件，如提高轧制温度等，以保证轧制压力不超过允许压力。,二、纵轧时的传动力矩,轧制是所需动力是由主电机提供。主电机轴上的所需力矩由以下四部分组成轧制力矩，轧件塑性变形所需的力矩；传至电动机轴上的附加摩擦力矩。空转力矩，在轧件未通过轧辊时传动轧钢机所需的力矩。动力矩，克服速度变化时的惯性力所必需的前面三项称为静力矩。轧机有效系数,轧制力矩,简单轧制：转动两个轧辊的力矩为或传动到电动机轴上的轧制力矩为：,理论上：X=0.5,实际上：热轧X=0.3-0.6冷轧X=0.2-0.4,附加摩擦力矩,克服轧辊轴承中的摩擦力矩和齿轮机座、减速机、连接轴等机构中的摩擦力矩。轧辊轴承中的摩擦力矩传动机构中摩擦力矩-由电机至轧辊的传动效率电机轴上总的摩擦力矩为,空转力矩和动力矩,空转力矩：一般是根据旋转零件重量及其轴承中的摩擦圆半径来计算。动力矩：,电机