轧制原理第三章

轧制原理,主讲：张荣华Emai:zrh1980河北联合大学金属材料与加工工程系,第三章轧制时的横向变形宽展,主要内容基本概念影响宽展因素的分析宽展的计算孔型中轧制时宽展的特点与计算,3.1基本概念,宽展的定义：压下体积朝横向移动的部分，导致轧件在宽度方向上尺寸的变化量称为宽展。简单说，宽展就是变形前后轧件宽度尺寸的差值：宽展的组成:轧制时的宽展量由三部分组成：:为滑动宽展，是金属与辊面产生相对滑动时，导致轧件宽度的改变量；:为翻平宽展，是由于接触面上的摩擦阻力很大时，轧件侧面的金属翻转到接触面上，使宽度增加的量；:为鼓形宽展，是由于轧件的侧面出现鼓形而使宽度增加的量。,基本概念,宽展的分类:自由宽展：若被压下的金属，其金属质点在横向移动时，除受接触摩擦的影响外，不受其他任何阻碍和限制（如孔型侧壁、立辊等的阻碍）而导致轧件宽度的增加量称为自由宽展。限制宽展：金属质点横向流动时，除受接触摩擦影响外，还受孔型侧壁的限制，此时产生的宽展称为限制宽展。强迫宽展：金属质点横向流动时，不仅不受除摩擦以外的任何阻碍，而且还受有来自孔形形状导致的推动作用，使轧件宽度产生额外的增加，这种宽展称为强迫宽展。,基本概念,自由宽展,限制宽展,强迫宽展,限制宽展过程中，其宽展量必小于自由宽展,强制宽展过程中，其宽展量一定大于自由宽展。,3.影响宽展因素的分析,分析影响宽展的因素，其理论依据有两个，一是最小阻力定律，二是体积不变条件。压下量的影响（1）一般规律：，。（2）分析：随，变形区长度()，根据最小阻力定律，金属流动时必有纵向阻力，则金属质点易于向阻力相对较小的横向流动，故使。，压下的体积(相对压下体积)，则。,影响宽展因素的分析,压下率的影响（1）一般规律：，但对()，分别有如下三种情况：时，（即有）；时，（即有）；时，需同时有。这三种情况虽然都使，但其影响程度不同，下面结合图逐个分析。,影响宽展因素的分析,宽展与压下率的关系,影响宽展因素的分析,(2)分析：时，此时，则，将造成如下两种结果：.，()，根据最小阻力定律，纵向流动的阻力，则；.，压下体积，则。以上二者的综合作用，使的增大十分明显。,影响宽展因素的分析,时：此时，则，将造成如下两种结果：.，导致，理由同前；.，才有，而尽管能使压下体积，但却使压下体积，亦即这一条既有使的一面，又有使其减小的一面。由上分析，二者综合作用的结果，虽仍有，但增大的趋势不如。,影响宽展因素的分析,时：此时，需的同时也。这将引起如下结果：.，压下体积()，则，但因，故增大的程度不如、；.因，则变形区长度不变，可知金属纵向流动的阻力并未增大，故该因素对宽展无影响。由以上分析，二者综合作用的结果，此时虽仍有，但仅是压下体积的结果而已，故的不明显。,影响宽展因素的分析,轧件宽度的影响,轧件宽度对变形区划分的影响,对,的影响曲线,(1)一般规律：随，达到最大值后，尔后趋于不变。,影响宽展因素的分析,(2)分析：若随随，宽展区，故，当达最大值。若随随，延伸区，而宽展区基本不变。对轧制，一般都有，该比值反映了金属流动时纵横阻力比的变化，当，为平面变形状态。,影响宽展因素的分析,轧辊直径的影响(1)一般规律：，。(2)分析：，变形区长度，则金属纵向流动的阻力，故。摩擦系数的影响(1)一般规律：，。(2)分析：主要从金属流动时受到纵、横两方向的摩擦阻力入手。,影响宽展因素的分析,后滑区金属流动时的摩擦阻力示意图,影响宽展因素的分析,设金属流动时，纵、横两方向受到的摩擦阻力分别为和，则纵、横两方向的阻力比即为。若，将导致该比值，说明使纵向阻力，则金属更易于向横向流动，故而，反之则。后滑区的纵横阻力比：,影响宽展因素的分析,则纵横阻力比为：可见，故前滑区的纵横阻力比：因很小（前滑区很小），故可认为则有可见对前滑区，金属流动时在纵横两方向所受到的阻力大致相等，这表明对的影响主要反映在后滑区。综上，根据对后滑区的分析，知，故。,影响宽展因素的分析,影响摩擦的因素对宽展的间接影响(1)轧制温度的影响一般规律：，但达到一定程度后，随，。分析：轧件的变形温度对宽展的影响，是通过影响氧化铁皮的性状（如氧化皮的薄厚、软硬等），影响摩擦系数，从而间接地影响。,影响宽展因素的分析,与的关系,奥氏体不锈钢（1Cr18Ni9Ti）,.在较低时，氧化皮的性状薄而硬，起增大摩擦的作用（类似沙子），随，这种氧化皮生成的量，使摩擦系数，则；.当较高时，氧化皮厚而软，起润滑介质的作用，故随，故。,影响宽展因素的分析,(2)轧辊的表面状态：轧辊表面越粗糙，则。实践中发现，磨损后的旧辊大，而刚车好的新辊宽展小，就是因旧辊的表面比新辊粗糙，大所致。(3)轧件的化学成分：实践表明，合金钢的大，而碳素钢的小。这一影响因素主要是热轧时钢的化学成分对氧化皮产生的量的大小、性状不同，故而对的影响程度不同所致。但目前计算宽展的公式都未将该因素考虑在内，所以宽展的计算常导致较大偏差。,影响宽展因素的分析,(4)轧制速度的影响一般规律：，但冷轧和热轧的影响趋势不同。分析：由于，使轧件与轧辊之间的相对滑动速度，从而使件与辊两表面彼此啮合的程度减弱，故，则。,热轧,影响宽展因素的分析,冷轧过程中轧制速度的影响其一：当时，随，轧件与轧辊的接触时间短，使两表面来不及粘结，故，故；此外，随，润滑剂的带入量（比如油膜轴承的形成就要求达到较大的才行），使接触面上的油膜厚度，润滑作用，故，从而。其二：当时，因，此时变形热，使润滑油的，粘度，则油膜厚度，从而。,宽展的计算,Sibel公式最早提出计算式的是Sibel，他认为主要与压下率和变形区长度有关，并提出：与和呈正比：式中的值根据实验按如下取：，；，值可取大些。Sibel在实验中的轧件均，他未考虑轧件宽度改变时，对的影响，故当轧件时不适用。,宽展的计算,巴赫契诺夫式巴赫契诺夫式认为的影响很重要，他根据位移体积与其消耗的功成正比，导出了一个计算宽展的简化式：分析与Sibel式相比，若认为（摩擦系数的最大值），则巴赫契诺夫式仅多了后面一项；该式也没考虑的影响，只有在（一般轧制均如此）时才适用。,宽展的计算,古布金式古布金的计算式与巴赫契诺夫式相似，他也没有将考虑在内，但该式是在实验的基础上得到的，故被认为“基本上能正确反映所考虑的各种因素的影响”。可见，该式增大了压下率的影响比重。,宽展的计算,Ekelund式Ekelund在推导他的宽展计算式时，将轧件宽度考虑在内，使宽展的计算又进了一步。Ekelund从“当金属向纵、横两方向流动时，需克服来自该两方向的阻力而作功”的观点出发，得到了下式：其中，是轧辊材质的影响系数，取法见34表3-3是轧制速度的影响系数，取法见34图3-23是轧件化学成分的影响系数，取法见30表3-2,宽展的计算,采利柯夫式与前面的宽展计算公式相比，采利柯夫式在理论上更为严谨，而且实际应用时，发现其结果也比较符合实际。采利柯夫认为，金属在塑性变形过程中，体积不断地发生转移，这种转移应满足最小阻力定律和体积不变条件。其中是与有关的参数，可按下式计算：,孔型中轧制时宽展的特点,沿轧件宽度方向压缩不均匀方形件进椭圆孔型的示意。可见沿宽度方向的压下量不同，亦即宽向变形不均，但因轧件是一整体，这就迫使它以一个共同的平均延伸系数轧出，由=计算。变形区内金属的横向流动有如下三种情况同时存在：=，即被压下的金属全部转移到延伸，此时无宽展，即；，即压下的金属多，而延伸的少，此时产生宽展，即0；，即压下的金属少，而延伸的多，此时产生负宽展，即0。,孔型中轧制时宽展的特点,孔型侧壁斜度对的影响凹形孔中的横向流动阻力为，与平辊轧制的自由宽展相比，阻力（导致限制宽展），故此时；凸形孔的横向流动阻力为，与平辊轧制的自由宽展比，阻力（导致强制宽展），故此时。,金属在凹形孔内的受力,金属在凸形孔内的受力,孔型中轧制时宽展的特点,轧件与轧辊接触的非同时性对的影响孔型中轧制时，沿变形区的宽度方向上，不同点与轧辊的接触有先有后，此现象称为接触的非同时性。,孔型中轧制时宽展的特点,轧制时的速度差对的影响轧件是一个整体，在出口处，宽度方向上的所有各点均具有同一出口速度，这必造成中部与边部的相互牵扯，即在变形区内，边部金属的速度大于中部，故边部金属力图使边部加快运行速度，而中部金属力图使边部减小速度。当中部金属的体积大于边部时，边部金属拉不动中部，换言之，它试图带动中部金属以较快的速度流动，却因能力不足带不动这儿将导致宽展的增加。,孔型中轧制时计算宽展的简化方法