铝合金轧制原理

轧制原理,报告人：王俊丰,培训内容,1、轧制基本概念2、轧制条件3、前滑与后滑4、宽展5、轧制压力6、张力7、润滑8、喷淋装置结构介绍9、弯辊示意图10、厚度控制11、板形形态介绍12、轧制产品常见缺陷及消除方法,一、轧制基本概念,轧制是锭坯依靠摩擦力被拉进旋转的轧辊间，借助于轧辊施加的压力，使其横断面减小，形状改变，厚度变薄而长度增加的一种塑性变形过程。根据轧辊旋转方向不同，轧制又可分为：纵轧、横轧、斜轧。,轧制时，工作轧辊的转动方向相反，轧件的纵轴线与轧辊的轴线相互垂直，这种轧制方法称为纵轧，是铝合金板、带、箔材轧制中最常用的方法。,一、轧制基本概念,轧制时，工作轧辊的转动方向相同，轧件的纵轴线与轧辊轴线相互平行，这种轧制方式叫做横扎在铝合金板带材轧制中很少使用；,轧制时，工作轧辊的转动方向相同，轧件的纵轴线与轧辊轴线成一定的倾斜角度，这种轧制方式叫斜轧。在生产铝合金管材和某些异形产品时常用双辊或多辊斜轧。,一、轧制基本概念,1.1变形区主要参数,（1）轧制变形区：轧件承受轧辊作用产生变形的部分称为轧制变形区，即从轧件入辊的垂直平面到轧件同辊的垂直平面所围成的区域如图1.1中AA1B1B，通常又把它称为几何变形区。（2）咬入角：轧件与轧辊相接触的圆弧对应的圆心角，图1.1中所示。压下量h(h=H-h)与轧辊半径R及咬入角a之间关系如下,其中，D，R轧辊的直径和半径：h压下量。,一、轧制基本概念,（3）接触弧长度（l）：轧件与轧辊相接触的圆弧的水平投影长度，如图1.1中间段AC，所以通常又把AC称为变形区长度。两轧辊直径相等时，变形区长度的计算：第二项与第一项相比小很多，因此可以忽略不计，则接触弧长度公式变为：,（4）轧制变形的表示方法,a）用绝对变形量表示：即用轧制前、后轧件绝对尺寸之差表示。绝对压下量为轧制前、后轧件厚度H、h之差，即：h=H-h；绝对宽展量为轧制前、后轧件宽度B、b之差，即：b=b-B；绝对延伸量为轧制前、后轧件长度L、l之差，即：l=l-L。,一、轧制基本概念,b）用相对变形量表示：即用轧制前、后轧件尺寸的相对变化表示的变形量。,c）用变形系数表示：即用轧制前、后轧件尺寸的比值表示变形程度。,二、轧制条件,2.1咬入条件咬入：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称为咬入。用力将轧件移至轧辊前，使轧件与轧辊在A、B两点切实接触，如图2.1所示。此时，轧辊对轧件的作用力为径向力N及切向力T。,二、轧制条件,在A点，将N分解为水平分量Nx与垂直分量。T分解成水平分量Tx与垂直分量Ty。Ny、Ty方向相同，使金属产生压缩变形。而Nx、Tx方向相反，Tx力求将轧件拖入轧辊之间，而Nx则力求将轧件推出轧辊。所以：NxTx，则轧辊不可能将轧件咬入，轧制过程不能实现；NxTx，则处于平衡状态；NxTx，则轧辊可将轧件咬入。由图可看出：Nx=NsinaTx=Tcosa=Nfcosa代入以上三种关系当NxTx时，NsinaNfcosatanaf因tan=f即a时，不能自然吸入；同理:a时，自然吸入情入理a时，极限吸入条件。,二、轧制条件,当轧件被吸入逐渐充满于辊间时，轧件与轧辊的接触面积逐渐增大，轧辊对轧件的合压力的作用点也逐渐内移，最后固定下来为,二、轧制条件,2.3改善咬入条件1）增加轧辊直径D；2）减少压下量。3）改变轧件或轧辊的表面状态，以提高摩擦角膜4）合理的调节轧制速度，实现低速自然咬入。这是因为当轧制速度降低时，摩擦系数是增大的。,三、前滑与后滑,前滑：在轧制过程中，轧件出口速度Vh大于轧辊在该处的速度V，既VhV的现象称为前滑现象。公式为：后滑：轧件进入轧辊的速度Vh小于轧辊在该处的线速度V的水平分量Vcosa的现象称为后滑现象。公式为：,三、前滑与后滑,3.1前滑值的确定实验法中比较易行的是刻痕法，即在轧辊表面上刻痕，距离为l0，轧制后，在轧件表面的压痕距离为l1,则可按以下公式求出前滑值；,三、前滑与后滑,3.2影响前滑的因素（1）压下率增加，前滑增加。其原因是由于高向压缩变形增加，纵向和横向变形都增加，因而前滑值增加。（2）轧制厚度h减小时前滑增加。当轧辊半径和中性角不变时，轧件厚度越小，则前滑值越大。（3）轧辊直径增加，前滑增加。由前滑计算公式可知，前滑值是随辊径增加而增加的。（4）摩擦系数越大，前滑越大。这是由于摩擦系数增大引起剩余摩擦力增加，从而前滑增大。（5）前张力增加，则使金属向前流动的阻力减少，从而前滑增加；反之，后张力增加，后滑增加。,四、宽展,宽展：指轧件在轧制过程中沿宽度方向上尺寸的变化，也称为横展。4.1宽展的组成（1）滑动宽展：被变形金属在与轧辊的接触面上，由于产生相对滑动使轧件宽展增加的量B1（2）翻平宽展：是由于接触摩擦力的作用，使轧件侧面的金属，在变形过程中翻到接触表面上，使轧件的宽度增加的量，以B2表示（3）鼓形宽展：是轧件侧面变成鼓形而造成的宽展量，用B34.2影响宽展的因素（1）相对压下量增加，宽展增加；（2）轧制道次愈多，宽展愈小；（3）轧辊直径增加，宽展增加；（4）摩擦系数增加，宽展增加；（5）轧件宽度增加时，宽展的变化从绝对量上来说是先增加，后来趋于不变,五、轧制压力,轧制力是轧制工艺和设备设计与控制的重要力学参数，在现代化轧机的设计中尤为重要。确定轧制压力的目的是：计算轧辊与轧机其它部件强度和弹性变形；校核或确定电机的功率，制定压下制度；实现板厚和板形控制挖掘轧机潜力，提高轧机生产率。所谓轧制压力是指轧件对轧辊合力的垂直分量，即：压下螺丝所承受的总压力。轧制金属时轧辊的作用力有两个：一是与接触表面相切的单位摩擦力T；另一个与接触表面相垂直的单位压力的合力N；轧制压力就是这两个力在垂直轧制方向上的投影之和PH（如图）。,六、张力,张力通常指前后卷筒给带材的拉力或机架之间的相互作用，使带材承受的拉力。张力在控制过程中的作用：1.能降低轧制压力，调整主电机负荷，张力使弯形抗力减小，轧制压力降低，能耗下降2.控制带材厚度，张力能够降低轧制压力，使轧辊的弹性压扁与轧机弹跳减小，在不调压情况下，可将轧件进一步压薄。3.调整张力，可控制板形张力能够改变轧制压力，影响轧辊的弹性弯曲，从而改变辊缝形状，因此通过张力的大小，控制辊型，实现板形的控制，此外张力能促使金属沿横向延伸均匀，以获得良好的板形。4.防止带材跑偏，以获得良好板形5.张力为增大卷重，提高轧制速度，实现轧制过程机械化，以及计算机控制创造了条件。,六、张力,确定张力的大小应考虑合金品种及轧制条件，产品尺寸与质量要求。一般随合金变形抗力及轧制厚度宽度的增加，张力相应增大，最大张力不超过合金的屈服限度，以免发生断带，最小张力必须保证带材卷紧卷齐。前、后张力大小的确定：后张大于前张，带材不易拉断，能防止跑偏，降低轧制压力比较明显，但后张过大增加主电机负荷，使后张增加，容易出现打滑，来料松层，易出现擦划伤。前张大于后张，降低主电机负荷，促使变形均匀，有利于控制板型，但前张过大，卷材卷得太紧，退火易粘结，轧制易断带。生产中应根据具体情况选择前后张力的大小。,六、张力,通常前几道次的轧制，由于板带较厚，采用前张大于后张来轧制，后几道次由于板带较薄，采用后张大于前张来轧制，带材不易拉断，能够真实反映轧制板型。,七、润滑,1轧制油的主要作用润滑减小轧辊与铝箔之间的摩擦，提供稳定的摩擦界面，实现稳定轧制，提高表面质量。冷却带走金属的变形热和摩擦热，调整轧辊表面温度，控制板形。清洗清洗金属表面铝粉和机架内的皂化物和铝粉。2轧制油的要求轧制油应有良好的润滑性能、冷却性能和高温高压状态下的稳定性能，轧制时不能发生明显的变质；轧制时挥发量要小，退火时易挥发，不形成油斑；无毒，对人体无害。3轧制油的组成轧制油由基础油和添加剂组成。,七、润滑,4润滑机理轧制油中的添加剂带有极性团，极性团能牢固地吸附在金属表面，实现轧辊和铝箔的分离或基本分离，起到润滑作用。为什么普通的油性剂能承受如此大的轧制力，实际上添加剂在变形区内受到极大的压力，以固体形式存在，大大提高润滑效果。,七、润滑,5轧制油的使用注意事项和保养轧制油在轧制中起着非常重要的作用，使用时要有合理的工艺参数，太大的轧制力和太高的油温对轧制油都会影响轧制油的使用周期；应防止水、尽量减少液压油和油雾油进入轧制油中。使用过程中不但要分析添加剂的含量，还要分析粘度、馏程、残余物、闪点、溴价、酸值、水分、胶质等指标。粘度、残余物、溴价、酸值、胶质、油斑试验，可以帮助判断油品老化变质的程度。虽然油品是无毒的，但还要尽量少接触皮肤，不要长时间接触皮肤，不要误入眼睛。,八、喷淋装置结构介绍,轧制油喷淋是在线调整冷轧辊热凸度，从而改善板带箔材板形的重要手段之一，尤其是对经过弯辊和倾斜不能改善的局部波浪。,八、喷淋装置结构介绍,九、弯辊示意图,利用安装在轧辊轴承箱内或其他处液压缸的压力使轧辊产生附加弯曲，根据施加弯辊的部位，可分为正弯和负弯。正弯：增大弯辊工作凸度，防止双边浪。负弯：减小弯辊工作凸度，防止中间浪。,十、厚度控制,1.调整压下改变辊缝调整压下是板带材厚度控制的最主要的方式。常用来消除轧件和工艺方面的因素影响轧制压力，而造成的厚度偏差，轧机刚度小时，调整压下很大才能消除厚差，严重时甚至不起作用，调整压下对于轧辊膨胀与摩擦等缓慢变化因素虽然有效，但对轧辊偏心等周期性高频变化量则无能为力。铝箔精轧时，轧辊实际上是压紧的，即轧前预先施以压靠力，从而消除轧机弹性变形时对轧出厚度的影响，又称无辊缝或负辊缝轧制。这种情况调整压下装置改变辊缝来控制厚度将不起作用，此时压下装置的主要作用在于平衡两端的压力，厚度控制主要靠调整前后张力，润滑剂和轧制速度来实现。,十、厚度控制,2.调整张力调整张力是指调节前后张力来改变轧件塑性曲线，消除各种因素对轧出板厚的影响来实现板厚控制。调整张力对薄板反应迅速，有效而精确，但对厚板不相适应，因此调整张力不单独采用，通常与调整压下相互配合使用。3.调整轧制速度轧制速度增加会引起张力增加，摩擦系数减小，轧制温度增加，轴承油膜将增加从而改变辊缝来消除厚度偏差。,十一、板形形态介绍,中间波浪/中间松:带材中部比边部要长的情况。下图就是无张力下的一个情况，而且当带材在张力作用下这种板形缺陷就会隐藏起来。,十一、板形形态介绍,工作辊凸度不对，特别是指辊子凸度太大。压下量不足，金属反作用力不足以使轧辊挠曲达到两辊平行的程度。轧制速度过快，热凸度过度。坯料凸度过大。张应力过大从而造成局部波浪。冷却油不足。相对所轧制的产品而言轧机过热。有时这是以同一工作辊凸度来轧制多种产品导致的，对加载应力较小的软性产品必须降低轧制速度。,十一、板形形态介绍,为减轻这一类问题的严重影响，在相关的设备问题彻底解决之后，我们再考虑以下几点：降低轧机速度。增加带材压下量%。增加轧机在工作辊上面的喷淋流量。对该类产品降低工作辊磨削凸度。,十一、板形形态介绍,边松/边浪/两边松/单边松:带材边部比中部要长的情况。,十一、板形形态介绍,工作辊凸度不对，特别是指辊子凸度太小。压下量太大。热凸度太小，辊子太凉。对中不准确，轧辊不平行。辊面粗糙度不均匀。来料为楔形板。,十一、板形形态介绍,为了减轻这一类问题的严重影响，在相关的设备问题彻底解决之后，我们再考虑以下几点：提高轧机速度。降低带材压下量%。减少轧机在工作辊上面的喷淋流量。对该类产品增加工作辊磨削凸度。,十一、板形形态介绍,拱边/边部波浪:边部波浪与边松（边浪）很相似，但是边部波浪更多是指仅仅边部或靠近边部位置不平整而言。,十一、板形形态介绍,工作辊冷辊，停机时间长，换辊，并且轧的产品厚度薄。实际带材宽度比带材输入进电脑的宽度值要大，板形仪需要准确的带材宽度。对小工作辊辊径的轧机（箔材轧机），一个类似的缺陷是可以由工作辊弯辊导致的。特别是当工作辊辊径与长度比0.2时经常发生。当被轧制的带材对中偏离了轧机的中心时，在单侧也可以发生这种问题。,十一、板形形态介绍,四分之一浪/二肋浪:四分之一浪就是位于中部和边部一半位置的波浪。,四分之一波浪几乎全部都是由不正确的工作辊磨削凸度导致的。这种问题是在小工作辊辊径的宽幅铝箔轧机上非常普遍的问题。因此，箔材轧机生产出这类板形是非常普遍的,十一、板形形态介绍,工作辊凸度不足。工作辊没有以一个完全的抛物线形弯靠在支撑辊上;带材边部的弯辊效果比在轧机中部位置的要强，工作辊弯辊趋于产生这种效果。工作辊冷辊。工作辊冷的时候总的板形偏差必须由弯辊系统来补偿，结果就和上面一个一样。手动喷油。通常这类缺陷仅是短暂的，并且工作辊冷却喷淋改变波浪所在的工作辊局部位置的直径，减小这一直径，如果喷嘴喷淋不当，就导致板形无法得到及时修正。油温太高。,十一、板形形态介绍,同时还有一种可能就是一种边部松中间也松的板形，这种缺陷最主要是出现在小工作辊辊径的轧机上，有以下几方面原因：工作辊磨削凸度太大，同时伴随有:太大的弯辊负弯(或是太小的轧辊正弯)太大的热凸度.,十一、板形形态介绍,截留的边部波浪:截留的边部波浪是波浪的一种特殊形式。波浪不在带材的最边部。从边部向里几个厘米开始，这类波浪通常比较窄。,这是一个工作辊大的热凸度现象。特别对于小工作辊辊径的轧机，在高速时有大的压下量。这个现象随着速度升高而更明显。并且是高速箔轧的主要断带原因。,十一、板形形态介绍,宽向上随机位置出现的截留波浪.这种波浪可能是冷轧（相对于热轧）最为常见的板形缺陷。,十一、板形形态介绍,波浪区域的喷淋阀没打开，导致辊子上有个过热的点。波浪区域的喷嘴流量受阻，以至冷却无法充分到达辊面。喷淋方向调整不好。,十二、轧制产品常见缺陷及消除方法,l、擦伤、划伤和压过划痕卷材层与层之间发生相对错动而引起擦伤，其主要产生原因是卷取时卷的不紧在冷轧开卷时造成擦伤，张力控制不均或张力波动过大，对同一个卷取机来税，开卷张力大于卷取张力以及运输，存放过程中不细心而造成的擦伤等。轧制过程中带材与设备上尖锐的东西(如板角，金属屑或设备上的尖锐物等)相对滑动所引起的呈条状分布的伤痕称为划伤。轧制前带材有擦或划伤，轧制后则变为压过划痕。擦伤、划伤和压过划痕因其损坏了产品表面，故在许多技术条件中规定都不允许有这类严重缺陷,十二、轧制产品常见缺陷及消除方法,l、擦伤、划伤和压过划痕卷材层与层之间发生相对错动而引起擦伤，其主要产生原因是卷取时卷的不紧在冷轧开卷时造成擦伤，张力控制不均或张力波动过大，对同一个卷取机来税，开卷张力大于卷取张力以及运输，存放过程中不细心而造成的擦伤等。轧制过程中带材与设备上尖锐的东西(如板角，金属屑或设备上的尖锐物等)相对滑动所引起的呈条状分布的伤痕称为划伤。轧制前带材有擦或划伤，轧制后则变为压过划痕。擦伤、划伤和压过划痕因其损坏了产品表面，故在许多技术条件中规定都不允许有这类严重缺陷。,十二、轧制产品常见缺陷及消除方法,l、擦伤、划伤和压过划痕防止办法：在冷轧过程中要尽可能防止卷材层间发生相对错动。消除导路突起物，使运动的带材不与突出物接触，控制好辊型使轧出带材平直，避免带材因不平直局部与导路接触而划伤，开卷时尽量选用较小卷开张力，轧制过程要保持张力的稳定，采用助卷器可防止松层。轧制薄板时，应采用套筒，可防止铝卷变形而引起的擦伤，同时因少留厚头可减少几何废料损失。,十二、轧制产品常见缺陷及消除方法,2、断带（断片、撕裂）轧制硬铝合金时，边部极易发生裂边，过大裂边，在张力作用下很容易发生断带。带材上有较大的金属压入或其它潜在缺陷，压下量过大，张力过大，带材不对中，轧件塑性低等都可能引起断带。断带破坏了稳定轧制过程，不仅出现擦伤，划伤和增加几何废料，甚至可造成整卷带材报废。断带降低了轧机工作效率，往往损伤轧辊表面，严重时可能造成事故。防止办法；正确制定并严格执行工艺规程，对塑性较低的轧件，采用侧面包边工艺以减少裂边，总加工率如超过允许范围，必须进行中间退火，在带切边机的冷轧机上，随时切除裂边可明显减少断带现象。,十二、轧制产品常见缺陷及消除方法,3、波浪道次压下量分配不当，或冷却润滑条件变化造成辊型变化，上下轧辊不相互平行引起轧辊辊缝不一致，带材退火不均等均为带材产生波浪的原因。防止办法；合理分配道次加工率，使冷却润滑剂喷嘴畅通无阻，正确控制张力，轧制速度等工艺参数