塑性加工原理7-8

7.轧制时的弹塑性曲线目的要求：1.掌握轧机弹性曲线、轧件塑性曲线的建立和相关的概念。2.熟悉影响塑性曲线的因素。3.掌握弹塑性曲线及生产中的应用。4.掌握建立轧制时弹塑性曲线的实际意义,2,7轧机弹塑性曲线,图13-1轧制时轧机产生的弹性变形,分析：轧机在轧制过程中的情况如图13-1所示。由图可知，由于整个机座产生了弹性变形，使轧辊原来的辊缝S0增大,7.1轧机弹性曲线,7.1.1轧机的弹性变形对轧件厚度的影响,轧制时轧机的实际辊缝S实际轧机的预设辊缝S（原始辊缝）,S实际=S+SS：轧钢机弹性变形（轧机的辊缝弹跳值）,2.轧件产生弹性恢复（）：,轧后轧件厚度h=S实际+=S+S+,但相对S很小，忽略,则h=S+S,必须对轧机的弹跳值进行精确估计，才能保证合格的成品尺寸。,1.概念：描述（轧辊承受的）轧制压力P与轧件出口厚度h（辊跳值）之间关系的曲线。,7.1.2轧机的弹性曲线,固定轧机和轧机的原始辊缝s0，取若干块厚度H不相同的坯料轧制，测相应的轧制压力P及轧后轧件厚度h，绘图。,2.轧机弹性曲线的建立,1）轧制法：,以空转的上下轧辊直接接触压靠为开始，测定每移动一次压下螺丝的行程及其所对应的P，即为机座的弹性变形。,P,2）压靠法：,轧机弹性曲线由轧辊和轧机机架弹性曲线构成。,理论曲线是直线，由于装配表面的不平及公差的存在，弹性曲线在最初有一个弯曲段。,9,1）轧机刚度系数K,3.弹跳方程,概念：轧机产生单位弹性变形所需的轧制压力，它表示了机座抵抗弹性变形的能力。,1/K=1/K1+1/K2K1：轧辊刚度；K2：机架刚度。K为轧机弹性曲线近似直线部分的斜率。,2）弹跳方程:,反映轧件厚度h与轧机变形之间的关系的方程,h=s0+P/Ks0:理论空载辊缝。（弯曲段的辊缝值),若考虑轧机的原始辊缝s则弹跳方程变为：,h=s+s0+P/K=S+P/KS：考虑预压变形的相当空载辊缝。,12,3）人工零位（零位调整）,（1）目的：在实际生产中，为了消除非线性段的影响。,（2）方法；在轧制前，先将轧辊预压靠到一定压力（或按压下电机电流作标准），然后将此时的轧辊辊缝仪读数设定为零（即清零）。,13,S,人工零位：即在轧制前，先将轧辊预压靠到一定的压力P0，以消除弹性曲线的不稳定的非线性区域，并将此时的轧辊辊缝指示器读数设为零（或称为清零）。此时的弹跳方程为：h=S+（P-P0）/KS：相对辊缝（预压靠力为P0时的辊缝，或人工零位辊缝仪显示的辊缝值；P0：清零时轧辊预压靠的压力。,14,可用来设定轧辊原始辊缝，可作为间接测量轧件厚度的基本公式。,4）研究弹跳方程的意义弹跳方程对轧机调整有重要意义,影响原始辊缝s变化，即影响轧机弹性特性曲线位置的因素有：轧辊的偏心、热膨胀、磨损和轧辊轴承油膜的变化等。,7.2轧件的塑性曲线,1.概念：,表示（轧件承受的）轧制压力和轧件厚度之间关系的曲线。,2.建立：,选定轧机，固定一切轧制因素，取数块尺寸相同的试样，以各种不同的压下量进行轧制，测出相应的轧制压力P与轧件厚度h，绘图。,7.2.1塑性曲线,3.最小可轧厚度：,在一定的轧机上轧制一定的产品，当轧件的厚度薄至某一限度后，不管如何旋紧压下螺丝或加大压下力，不管反复轧制多少道次，轧件的厚度也不会减薄。这一极限厚度称为最小可轧厚度。,hmin=Df（1.15s-q）c/EE：轧辊弹性模量；c：比例常数。Stone：3.58，China：3.62。,4.塑性系数M：,即塑性曲线的线性段斜率，表示轧件抵抗变形的能力。,18,7.2.2影响塑性曲线的因素,1.金属变形抗力的影响（如图13-4所示）：,当轧制的金属变形抗力较大时，则塑性曲线较陡（由1变为2）。在同样轧制压力下，所轧成的轧件厚度要厚一些（）。,图13-4变形抗力的影响,19,图13-5摩擦系数的影响,2.摩擦系数的影响（图13-5）：,摩擦系数越大（由），轧制时变形区的三向压应力状态越强烈，轧制压力越大，曲线越陡，在同样轧制压力下，轧出的厚度越厚（）。,20,3.张力的影响（如图136）：,张力越大（），变形区三向压应力状态减弱，甚至使一向压应力改变符号变成拉应力，从而减小轧制压力，曲线斜率变小，使轧出厚度减薄（）。,21,4.轧件原始厚度的影响,同样负荷下，轧件越厚，则轧制压下量越大；轧件越薄，则轧制压下量越小。,凡是使轧制压力P增加的因素都使轧件的塑性曲线变陡,7.3轧制时的弹塑性曲线（PH图）,1.概念将轧机弹性曲线与轧件塑性曲线绘制在同一坐标内，可较直观地分析坯料厚度H，轧件厚度h，轧制压力P及辊缝S等关系的曲线。即PH图,如右图，两条曲线的交点表示轧件在该道次的出口厚度。,P,7.3.1弹塑性曲线,23,7.3.2PH图的实际意义,应用一：,图13-9为已知轧机轧制带材时的弹塑性曲线。,由于某种原因，使摩擦系数增加，原来的塑性曲线将变为虚线所示。,图13-9摩擦系数的影响,1.分析轧制过程中造成厚差的原因,24,应用二：,图13-10为冷轧时的弹塑性曲线。,实线所示为在一定张应力的情况下轧制工作情况，此时轧制压力为，轧出厚度，假如张力突然增加，达到，塑性曲线将变为虚线所示。,图13-10张力的影响,25,应用三：,图13-11表示轧件材料性质的变化在弹塑性曲线上的反映。,图13-11材料性质的影响,26,应用四：,所轧坯料厚度变化时，在弹塑性曲线上的反映如图13-12所示。,图1312来料厚度变化的影响,27,28,1）辊缝转换函数的引入：,要想改变带材厚度，比如说使轧出厚度减薄0.1mm，调整压下（辊缝）的距离就要大于0.1mm，如果带材比较软，那么稍大一些就可以了，如果带材比较硬，就需要多压下一些，这个轧机的弹性效果称之为辊缝转换函数。以表示。,图13-13辊缝转换函数,（1）概念：,2.可以说明轧制过程中的调整原则,29,（2）辊缝转换函数（压下有效系）,30,Ex：辊缝转换函数为1/5，即,（3）M、K对产品尺寸的影响：轧件塑性系数M对产品尺寸的影响,31,对于厚而软的轧件，辊缝转换函数1，压下移动较少就可调整尺寸偏差。,对于硬而薄的轧件，辊缝转换函数0，压下调整必须有相当的量才能校正尺寸变化的偏差。,32,轧机刚度K对产品厚度的影响,若轧机刚度较小，当轧制参数有稍微的波动，立刻就会在成品尺寸上反应出来。,若轧机是一个完全刚性的，不管来料或工艺有什么变化，轧出的轧件厚度h将与辊缝s完全相等。,33,（4）.辊缝转换函数的大小和它的变化，可借助弹塑性曲线来说明。,（1）对于厚而软的轧件，压下移动较少就可调整轧出厚度的尺寸偏差，换言之，此时辊缝转换函数1。,（3）当到一定值后，不管如何调整压下螺丝使其压下，轧出厚度不再变化，此时即0。,（2）当轧制薄而硬的轧件，压下调整必须有相当的量，才能校正轧出厚度尺寸变化的偏差。,34,图13-14不同刚度轧机轧制情况,从图中可看出刚度不高的轧机存在的缺点，即当轧制参数有稍微的波动，立刻就会在成品尺寸上反应出来。,2）说明调整原则,如图，在一个刚度为K的轧机上曲线（1），坯料厚度H1，辊缝S1，成品厚h1（1）；来料波动为H2，压下量增加，轧制压力增加P2，成品厚度h2，如何调整轧机，使成品厚度为h1？,1）调压下，如（2）；,2）调张力q，如曲线3；,3）调轧机刚度，如（3）。,3.给出厚度自动控制的基础,以PH图为基础，根据h=S+P/K，通过对轧件的（入或出口）厚度，进行间接或直接测量，并将实测值与给定的目标值进行比较。如果所测得的与要求给定值有偏差，就调整压下螺丝改变S和P/K之值，直到维持所要求的厚度值为止。,37,总结：轧制弹塑性曲线的实际意义,一、通过弹塑性曲线可以分析轧制过程中造成厚差的各种原因,二、通过弹塑性曲线可以说明轧制过程中的调整原则,三、弹塑性曲线给出了厚度自动控制的基础,习题1.在热轧板带时，由于某种原因使得成品厚度变薄，根据P-H图试分析其原因，并找出三种调整方法。2.P-H图的实际意义？P320，1）、2）。名词解释：轧机弹性曲线、轧件塑性曲线、弹跳方程、轧机刚度、最小可轧厚度、P-h（H）图、人工零位、轧件塑性系数。,8连轧理论要求1）掌握连轧基本规律2）了解张力的作用,8.1连轧的特殊规律,1.变形特点,连轧时，保证正常的轧制变形条件是轧件在轧制线上每一机架的秒流量体积保持不变。,即：B1h1v1=B2h2v2=Bnhnvn=V=C,2.运动学特点,欲保持秒流量体积不变，则前一机架的轧件的入辊速度必须等于后一机架出辊速度。即相邻机架间轧件的出入口速度相等。,vHi=vhi+1,3.力学特征相邻机架间张力相等且为常数，即：q=C,在平衡状态破坏时，上面三式不在成立，秒流量不在维持相等，前机架轧件出辊速度不等于后机架的入辊速度不，张力也不在保持常数，但经一过渡过程又进入新的平衡状态。因此要研究连轧过程。8.2连轧张力,1.张力分析,在连轧平衡状态时，由于存在速度差，秒流量体积不在相等，使机架间产生张力。,由常用张力微分公式dq/dt=E(v1H-v2h)/L积分并代入边界条件的常用张力公式：q=（v1H-v2h）（1-e-Evat/L）/v2a,这一公式可以说明1）建张过程。如有速度差产生，平衡破坏产生张力，张力是不稳定而逐渐增加的。因此为欲保持恒张力，则必须使两机架间不产生速度差。,45,2）张力的自动调节。张力在某一轧制参数变化而产生速度差下发生，此时张力增加，而张力增加又使前滑发生变化，使张力增加变慢，这样，直到某一时间，轧制过程又在一定条件下达到新的平衡。,2.张力作用,1）张力具有自动调节作用;,2）张力的调节是有条件的;,当qas时，才能实现自动调节qa=（v1H-v2h）/v2a即张力在一定范围内，可以实现“自动调节”作用，但当张力过大时，则可能恢复不了平衡。,3）张力在机架间传递能量。,在连轧生产中，各机架同时通过一个轧件而相互联系成为一个整体，张力则在机架间起着传递能量的作用。,48,3.张力轧制：在一定的前张力和后张力作用下实现轧制变形.张力的主要作用：1）防止带材在轧制过程中跑偏；2）使所轧带材保持平直和良好的板形；3）降低金属变形抗力，便于轧制更薄的产品；4）可以适当调整冷轧机主电机负荷的作用。,49,4.关于张力产生的一些论点的分析：,张力产生或是来源于速度差，或是来源于流量差等。,应指出，速度差或流量差引起张力的产生或变化，但是，在具有恒张力的情况下，轧制仍处于平衡状态，此时仍保持秒流量不变，只是在这一恒张力平衡状态下与无张力平衡状态下的轧制参数不同。,50,8.3连轧综合特性,连轧平衡状态的基本方程式只说明连轧过程处于平衡状态的条件，但是要达到和保持平衡，必须对连轧工艺特性、设备系统及控制系统特性有足够的了解。,51,因此，有必要对由一平衡状态至另一新的平衡状态以及过渡过程的特性进行研究。,1.研究方法有