塑性加工原理22014

1、 2.2.轧制过程中的宽展轧制过程中的宽展 目的、要求：目的、要求： 1 1）熟悉宽）熟悉宽展的种类及研究宽展的意义展的种类及研究宽展的意义 ； 2 2）熟悉常）熟悉常用宽展公式的应用；用宽展公式的应用； 3 3）熟悉孔型中轧制时的宽展特点）熟悉孔型中轧制时的宽展特点 ； 4 4）掌握影响宽展的因素及影响规律。）掌握影响宽展的因素及影响规律。 2.1 2.1 宽宽展的种类和组成展的种类和组成宽展：轧前、轧后轧件宽度变化的绝对值。 轧制过程中轧件的高度承受轧辊压缩作用，压缩下来的体积，将移向纵向及横向。由移向横向的体积所引起的轧件宽度的变化。 2.1.1 研研究宽展的意义究宽展的意义1.1.制定

2、合理的工艺规程制定合理的工艺规程 确定成品、坯料尺寸；确定成品、坯料尺寸； 进行合理的孔型及压下规程设计进行合理的孔型及压下规程设计；2.2.提高产品质量提高产品质量a. 未充满-椭圆度大; b. 过充满产生耳子由于宽展估计不足产生的缺陷 2.1.2 宽宽展的分类及组成展的分类及组成 1.分类分类 按坯料在轧制过程中朝横向流动的自由程度分按坯料在轧制过程中朝横向流动的自由程度分1）自由宽展：自由宽展：轧制时，金属朝横向流动时，除来自轧辊轧制时，金属朝横向流动时，除来自轧辊的摩擦阻力外，不受任何其他的阻碍和限制而自由展的摩擦阻力外，不受任何其他的阻碍和限制而自由展宽的量。宽的量。 产生条件：变形

3、比较均匀。产生条件：变形比较均匀。 平辊轧制矩形断面板带轧制平辊轧制矩形断面板带轧制 宽度有很大富裕的孔型内轧制扁平孔型宽度有很大富裕的孔型内轧制扁平孔型2）限制宽展：限制宽展：轧制时，金属朝横向流动时，除来自轧制时，金属朝横向流动时，除来自轧辊的摩擦阻力外，还受孔型侧壁的阻碍和限制而展轧辊的摩擦阻力外，还受孔型侧壁的阻碍和限制而展宽的量。宽的量。a. 箱形孔内的宽展箱形孔内的宽展; b.闭口孔内的宽展闭口孔内的宽展限制宽展限制宽展带立辊轧制带立辊轧制3）强迫宽展强迫宽展：轧制时，金属朝横向流动时，除来自：轧制时，金属朝横向流动时，除来自轧辊的摩擦阻力外，还受轧辊凸峰的切展而强迫金轧辊的摩擦阻

4、力外，还受轧辊凸峰的切展而强迫金属沿横向流动而展宽的量属沿横向流动而展宽的量.a-凹形孔型 b-两侧金属受强烈压缩时2.宽展的组成宽展的组成变形金属与轧辊的变形金属与轧辊的接触面产生相对滑动所增加的宽展量。接触面产生相对滑动所增加的宽展量。由于接触摩擦阻力的由于接触摩擦阻力的作用，使得轧件两侧的金属在变形过作用，使得轧件两侧的金属在变形过程中翻转到接触表面上，使得轧件宽程中翻转到接触表面上，使得轧件宽度增加。（接触面附近区域）度增加。（接触面附近区域）由于摩擦阻力的作用，轧件两侧变为鼓形而造由于摩擦阻力的作用，轧件两侧变为鼓形而造成的宽展。（远离接触面区域）成的宽展。（远离接触面区域） 将轧制

5、后的轧件的横断面化为同厚度的矩形之后，其宽度将轧制后的轧件的横断面化为同厚度的矩形之后，其宽度与轧制前轧坯宽度之差。与轧制前轧坯宽度之差。1）组成宽展的各部分与接触面）组成宽展的各部分与接触面摩擦系数摩擦系数和和变形区形变形区形状参数状参数之间关系之间关系 滑动宽展B1、翻平宽展B2和鼓形宽展B3的数值，依赖于摩擦系数和变形区的几何参数的变化。 A. A. 摩擦系数摩擦系数值越大，不均匀变形就越严重，翻平宽值越大，不均匀变形就越严重，翻平宽 展展 B B2 2和鼓形宽展和鼓形宽展 B B3 3的值就越大，滑动宽展越小的值就越大，滑动宽展越小。 hl /hl /越越小，小，则轧件越厚，则轧件越厚

6、，粘着区越大，因此滑动宽展小，粘着区越大，因此滑动宽展小，宽展主要由翻平宽和鼓形宽展组成。宽展主要由翻平宽和鼓形宽展组成。越大，则轧件越薄，滑动宽展大，宽展主要由鼓形越大，则轧件越薄，滑动宽展大，宽展主要由鼓形和滑动宽展组成。和滑动宽展组成。hl /大：变形深入到中心，表面由于接触摩擦的存在，轧件侧面为单鼓形。hl /小：变形仅在轧件表面，不能深入到中心，宽展也仅产生在接触表面附近，轧件侧面为双鼓形。一般为轧制高轧件时发生。hl /一定范围：宽展在接触表面和中心层的分布时均匀的，轧件侧面为平直。hl /（1）3.宽展分布规律宽展分布规律(2) 沿轧件宽度上的分布沿轧件宽度上的分布 第一种第一种

7、假说（均匀变形）：假说（均匀变形）： 以以均匀变形均匀变形和和外区（端）作外区（端）作用做为理论基础，认为宽展沿用做为理论基础，认为宽展沿轧件宽度均匀分布。轧件宽度均匀分布。理由：理由： 变变形区与前后形区与前后外区（端）彼外区（端）彼此时同一块金属，紧密结合在此时同一块金属，紧密结合在一起，对变形起着均匀作用，沿长度方向上各部分金属延伸相一起，对变形起着均匀作用，沿长度方向上各部分金属延伸相同，宽展沿宽度分布也时均匀的。同，宽展沿宽度分布也时均匀的。 适用范围：适用范围： 轧轧制宽而薄的薄板时，宽展很小，制宽而薄的薄板时，宽展很小，甚至可以忽略，可以认为宽展是均匀甚至可以忽略，可以认为宽展是

8、均匀的。的。第二种第二种假说假说(不均匀理论）不均匀理论）：(以最小阻力定律及体积不变定最小阻力定律及体积不变定律为基础律为基础) 变变形区可分为四个区域，即在两边的区域为宽展区，中间形区可分为四个区域，即在两边的区域为宽展区，中间分为前后两个延伸区。分为前后两个延伸区。2.2 2.2 影响宽展的因素影响宽展的因素 最小阻力定律及体积不变定律最小阻力定律及体积不变定律2.2.1.2.1影响轧影响轧件宽展变形的件宽展变形的基本因素分析基本因素分析一、基本因素分析一、基本因素分析1)1)高向移位体积高向移位体积（压下的金属体积）；（压下的金属体积）；2)2)变形区内轧件变形的变形区内轧件变形的纵横

9、阻力比纵横阻力比（变形区内轧件应变形区内轧件应力状态中纵向压缩主应力力状态中纵向压缩主应力 1 1/ /横向压缩主应力横向压缩主应力 2 2关系关系）二、影响轧件宽展二、影响轧件宽展的基本因素的基本因素 根据最小阻力定理，把变形区分为延伸区和宽展区。根据最小阻力定理，把变形区分为延伸区和宽展区。1.变形区形状的影响变形区形状的影响 l /B（1）l/B1，即，即Bl时时a .B=C，h=C，l时，时， B；b. l =C，h=C，B时，时， B。（2）l/B1，即，即 Bl 时：时：a. B=C，h=C，l ，b；b. l = C，h=C， B，B不不变，为常数变，为常数。综上所述，一般，当综

10、上所述，一般，当l/B/B,B B。 即，即，B B与变形区长度与变形区长度 l 成正比成正比 。（3） l /B =1，即，即 B = l 时时，理论上理论上 l = B 。 在实际轧制时，当在实际轧制时，当 l/ B = 1时，时， l B Why？2.2.轧辊形状的影响轧辊形状的影响 在变形区的纵断面上，轧在变形区的纵断面上，轧辊表面是一圆弧，作用在金属辊表面是一圆弧，作用在金属表面上的径向压力表面上的径向压力P的水平分的水平分量不等量不等于零于零。 先先研究后滑区纵横阻力情研究后滑区纵横阻力情况。况。 sin2coscos22cossin122cossin 122xxxyxGyxxGW

11、TPWTWKWPPTTP fP fPKP ff ：后滑区纵向阻力：后滑区横向阻力：后滑区纵横阻力比 后滑区：延伸阻力后滑区：延伸阻力宽展阻力；宽展阻力；后滑区后滑区前滑区，辊型对纵横阻力的影响可忽略。前滑区，辊型对纵横阻力的影响可忽略。 综上所述综上所述, ,辊型利于延伸。辊型利于延伸。1cossin22 0 12GGKfK很小，前滑区前滑区一般认为一般认为, 当当 l = 2B 时时 , B = l 纵横阻力比纵横阻力比K KG G与咬入角与咬入角 ，摩擦系数摩擦系数 f 有关，而有关，而与与h/Dh/D有有关。关。 1 1）h/Dh/D，K KG G，Wx ，BB。 2 2）f ， K K

12、G G， Wx， BB。1cossin 122GGKKf纵横阻力比KG增大，则 WxWy ,B增大。3.3.纵横阻力比纵横阻力比K KG G与变形区参数之间的关系与变形区参数之间的关系2.2.2 影响宽展的工艺因素影响宽展的工艺因素1.相对压下率相对压下率( () )h/H 或压下量或压下量 (h)的影响的影响h/H (h) ，B 。这是因为。这是因为 1）h（H=C或或h=C），），l ，Wx ，B ；同时；同时h/H ，金属移动体积增加，所以，金属移动体积增加，所以B 。 2）h/H （ h =C =C），则），则HH， 此时此时 l = C， 但外摩擦影响加强，但外摩擦影响加强，所以所以

13、B较较1）慢。）慢。2.轧辊辊径轧辊辊径 D的影响的影响 D，B。 因为因为D，l，纵向阻力，纵向阻力Wx， B。3.轧件宽度轧件宽度B的影响的影响当当B B 较小时较小时, ,随随BB，B B 先先，随着，随着B B的增加而后的增加而后BB ；当当 B B 很大时，很大时，B = 0 B = 0 。轧制时轧制时: :一一般般 B B l ，随随 B B , , BB最后趋于不变最后趋于不变, , 当当B B 很大时，很大时，B = 0 B = 0 。 因此因此，一般一般的说，当的说，当l/ /B B,B B。 4.4.摩擦系数摩擦系数 f 的影响的影响1 2sin12cosfKKGG f ，

14、KG ，B 。 凡是影响摩擦的因素都影响宽展。1）轧制温度对宽展的影响）轧制温度对宽展的影响 当当T较低时（普碳钢较低时（普碳钢700），随），随着着T ，氧化铁皮生成，使，氧化铁皮生成，使 f ，B ； 当当T较高时（普碳钢较高时（普碳钢 700），），氧化铁皮熔化氧化铁皮熔化，使，使 f ， B。2 2）轧制速度的影响）轧制速度的影响 v ， f ，所以，所以B 。 3 3）轧辊表面状态的影响）轧辊表面状态的影响 随随着轧辊表面光洁度着轧辊表面光洁度，f ，B B 。 磨损后的轧辊产生的宽展磨损后的轧辊产生的宽展 新开辊上产生的宽展。新开辊上产生的宽展。 4）轧件的化学成分的影响）轧件的化

15、学成分的影响 一般一般 f合金合金f普碳普碳 B合金合金 B普碳。普碳。 而一般的宽展公式很少考虑合金元素的影响而一般的宽展公式很少考虑合金元素的影响。 B合金合金* B计计 B计计_按一般公式计算的宽展按一般公式计算的宽展; ; _化学成分影响系数化学成分影响系数 。 5）轧辊的化学成分对宽展的影响）轧辊的化学成分对宽展的影响 因为因为 f钢钢 f铸铁铸铁 钢轧辊上轧制时的宽展铸铁轧制时的宽展钢轧辊上轧制时的宽展铸铁轧制时的宽展5.5.轧制道次轧制道次n n的影响的影响 n ， B 。 因为道次越多，每道次的因为道次越多，每道次的 l 越小，这样，每道次的越小，这样，每道次的B越小，所以在总

16、压下量一定的前提下越小，所以在总压下量一定的前提下, ,道次越多，道次越多，宽展量越小。宽展量越小。 问题：宽展能否从原料和成品的厚度来确定？问题：宽展能否从原料和成品的厚度来确定？6.6.张力的影响张力的影响 张应力张应力qq，纵向阻力纵向阻力，BB。因为后滑区金属体积大于前滑区金属体积，因为后滑区金属体积大于前滑区金属体积， 所以后张力影响大。所以后张力影响大。hH2.3 2.3 常用宽展公式常用宽展公式 由于影响宽展的因素很多，一般的公式中很难把所有的影由于影响宽展的因素很多，一般的公式中很难把所有的影响因素全部考虑进去，甚至一些主要因素也很难考虑得很正确。响因素全部考虑进去，甚至一些主

17、要因素也很难考虑得很正确。下面介绍的几种计算宽展的公式，多是根据一定的试验条件总结下面介绍的几种计算宽展的公式，多是根据一定的试验条件总结出来的，所以公式的应用是有条件的，并且计算是近似的。出来的，所以公式的应用是有条件的，并且计算是近似的。2.3.1 常用宽展公式及其评述常用宽展公式及其评述1.采利柯夫公式 根据最小阻力定律，把变形区分成宽展区和延伸区。根据体积不变定律体积不变定律，宽展区的压下体积横向移动形成宽展区的压下体积横向移动形成宽展宽展。ABC区内： 由体积不变定律，高度方向的体积减少由体积不变定律，高度方向的体积减少全部转变为横向移动变为宽展全部转变为横向移动变为宽展 距离出口断

18、面为(xdx)的ac断面移动dx距离后到达bd位置，在宽展区域内压下的体积都横向移动形成宽展2xxdbdxh高向减小的体积 横向增加的体积xdhzdxxxxdhzdxdbdxh2xxxhdhzdb2P257（15-13a，15-13b) C及函数（）可由P258图15-20，21查得 0.152 0.912C:1.340.150.50.1380.328HBHR hhHRBC hhfBCeR h 时，忽略很小的前滑区的宽展，计算公式如下：决定于轧件开始宽度与咬入弧长的比值的系数；：决定于压下率 的函数。小结：小结：1.公式复杂，考虑公式复杂，考虑h/H、f、B、l/B、R的影响的影响；2.忽略了

19、前滑区的宽展忽略了前滑区的宽展, ,与板带轧制条件相似，适与板带轧制条件相似，适用于板带生产。用于板带生产。 2. S.Ekelund公式 宽展决定于压下量及轧件与轧辊接触面上纵横阻力的大小。： 接触面范围内，横向及纵向的单位面积上的单位功相同； 在延伸方向上，滑动区为接触弧长的2/3，粘着区为接触弧长的 1/3。根据体积不变条件，轧后宽度为： 222()822 ()ln1.61.2 1.050.000510.8 700hhHHBbBm R h hBm HhR hBfR hhmHhfttt 式中摩擦系数（）：系数，钢轧辊；冷硬铸铁轧辊：轧制温度（ 适用）H2H2hBhRhH2mA)h3H(hR

20、4mBAAB 2 . 1, 1ln）（式中的时，则当取HhHhHhBBBBBB公式（15-14）、（15-16）小结小结: : 1. 1. 公式精确，考公式精确，考虑了虑了 f 、轧制温度、轧制温度、变形区参数、变形区参数、轧辊的轧辊的化学成分及变形区粘化学成分及变形区粘着和滑动现象，适用于型钢孔型设计；着和滑动现象，适用于型钢孔型设计； 2.2.简化式只适用于简化式只适用于b/Bb/B1.21.2的情况，否的情况，否则计算结果偏低。则计算结果偏低。3. 3. 巴赫契诺夫公式巴赫契诺夫公式根据移动体积与其消耗功成正比的关系： 、 向宽度方向移动的体积与其所消耗功； 、 高度方向移动体积与其所消

21、耗的功。hbhbAAVVbVbAhVhA 公式：（15-17） 小结：小结： 1.1.公式简单，考虑了公式简单，考虑了h/Hh/H、l、f f 的影响，的影响，在在推导过程中也考虑了前滑推导过程中也考虑了前滑; ; 2. 2.在在 B/2l 1下适用于平辊和箱形孔型中的轧下适用于平辊和箱形孔型中的轧制制.fhhRHhB2215. 1 4. E.Sibel公式 公式15-18 C:温度影响系数，温度影响系数，t t1000 1000 时，时，C=0.45C=0.45 t t10001000时，时， C=0.35 C=0.35 。小结：小结：1.1.该公式计算简便，是半实验公式，考虑了温度、摩擦及

22、该公式计算简便，是半实验公式，考虑了温度、摩擦及压下率压下率h/H h/H 、变形区长度、变形区长度 l 的影响；的影响；2.2.对于对于 B BH H 的热轧带钢生产有一定精度。的热轧带钢生产有一定精度。 顾正秋：适用于顾正秋：适用于 0.10.1 H/B H/B 2 2 的热轧带钢生产的热轧带钢生产。hRHhCB 5.古不金公式 公式见15-19 小结： 1. 该公式是实验公式，考虑了该公式是实验公式，考虑了H、h、l、f、R的的影响；影响； 2.没有考虑没有考虑B的影响，的影响，B偏大，用于板带生产偏大，用于板带生产计算，有一定精度。计算，有一定精度。HhhhRfHhB21 6.H.Se

23、dIaczek公式 公式15-20当当 v3m/s 时要修正，并引入速度、钢种修正系数。时要修正，并引入速度、钢种修正系数。小结：小结： 公式计算简单，精度较高，考虑了坯料公式计算简单，精度较高，考虑了坯料B、H、h、R、l 、速度、钢种对宽展的影响，适用于板带钢生产。速度、钢种对宽展的影响，适用于板带钢生产。2-3HHHBH hBRBBHh（）（）轧制速度v（m/s）0.51.53.05.07.510.015.0修正系数1.371.951.00.90.810.760.69 7.Z.Wusatowski公式 公式15-21、15-22小结：小结： 该公式计算复杂，考虑了坯料的原始尺寸及轧辊直径

24、该公式计算复杂，考虑了坯料的原始尺寸及轧辊直径的影响，主要用于型钢宽展计算的影响，主要用于型钢宽展计算。968. 01556. 03457. 011269. 11010ddwBBHhDHHBwwHhdHW系数公式为采用大压下量时的宽展、8.日滋公式b=C hC：宽展指数即宽展指数即b/ b/ h h，可以根据现场经验数据选用。，可以根据现场经验数据选用。如：如： 热轧低碳钢（热轧低碳钢（1000100011501150），）， C =0.31=0.310.350.35 热轧合金钢或高碳钢，热轧合金钢或高碳钢， C =0.45=0.45在轧制普通碳素钢时，采用不同的孔型，在轧制普通碳素钢时，采用

25、不同的孔型， C 的取值范的取值范围如表围如表15-3 所示。所示。小结：小结：1.该公式是经验公式。公式简单，多用于现该公式是经验公式。公式简单，多用于现场计算，精度取决场计算，精度取决C值的选取。值的选取。C值：值：1）考虑轧制过程中影响宽展的多种因素；）考虑轧制过程中影响宽展的多种因素； 2）实践经验。）实践经验。讨论：来料相同，一道次分别在1200、900轧制，宽展指数0.200.35，如何选取宽展指数，计算宽展。2.3.2 应用举例应用举例例题例题 已知轧前轧件断面尺寸HB=100200mm，轧后厚度h=70mm ，轧辊材质为铸钢，工作直径为650mm，轧制速度V=4m/s，轧制温度

26、t=1100，轧件材质为低碳钢，计算该道次的宽展量。解：1. 计算摩擦系数 因为轧辊材质为铸钢，所以取k1 = 1 ； 由v=4m/s，查图得k2=0.8；因为轧件材质为低碳钢，所以k3=1。 故 f= k1k2k3（1.05-0.0005t） =0.8（1.05-0.00051100）= 0.4 计算压下量及变形区长度 h=H-h=100-70=30；6503098.72lRh 2.按日滋公式计算宽展量 因轧制温度较高，轧件材质又是低碳钢，系数C可取上限，即C = 0.35。 故 b = Ch = 0.3530 = 10.5mm。3.按巴赫契诺夫公式计算宽展量1.15()22hhbRhHf

27、30301.15(98.7)10.62 1002 0.4mm4.按 E.Sibel公式 计算宽展量因t1000，又是低碳钢，取系数c=0.35， hbcRhH 300.3598.710.4100mm所以公式的应用是有条件的，并且计算是近似的。所以公式的应用是有条件的，并且计算是近似的。2.4 2.4 孔型轧制时宽展的特点及简单计算孔型轧制时宽展的特点及简单计算2.4.1孔型轧制时宽展的特点孔型轧制时宽展的特点由于工具形状和轧件形状的特点，变形区内的主要几何参数都不再保持常数： H，h，D，l，h 孔型中轧制与简单轧制比较1.1.沿轧件宽度的压下量不均匀沿轧件宽度的压下量不均匀平辊轧制：平辊轧制

28、：h hH Hh h孔型中轧制：孔型中轧制： h h？ 金属沿宽度的压下量不金属沿宽度的压下量不同，但轧制后轧件的长同，但轧制后轧件的长度并不因此沿着轧件宽度并不因此沿着轧件宽度而不同，延伸在轧件度而不同，延伸在轧件的任何部分相同的任何部分相同 在大压下区高向压下的在大压下区高向压下的金属被迫向宽度方向发金属被迫向宽度方向发展，增加了宽展；展，增加了宽展； 低压下区受轧件整体性低压下区受轧件整体性的影响可能产生横向收的影响可能产生横向收缩现象。缩现象。 2.孔型侧壁斜度的影响孔型侧壁斜度的影响 孔型侧壁斜度主要是通过改变横向阻力影响孔型侧壁斜度主要是通过改变横向阻力影响宽展。宽展。 凹形孔型产

29、生限制宽展；凸孔型产生强迫宽展凹形孔型产生限制宽展；凸孔型产生强迫宽展3.3.轧件与轧辊接触的非同时性使变形区长度沿轧件与轧辊接触的非同时性使变形区长度沿轧件宽度是变化的轧件宽度是变化的接触的非同时性A点局部接触B点接触C点接触D点接触 被压缩部分较小，纵向被压缩部分较小，纵向延伸困难，产生局部宽展延伸困难，产生局部宽展 压缩面积逐步增大，压压缩面积逐步增大，压缩部分金属的延伸受到未缩部分金属的延伸受到未压缩部分金属的抑制，产压缩部分金属的抑制，产生宽展生宽展以延伸为主以延伸为主非同时接触对轧制的影响局部金属产生宽展 4.轧制时速差对宽展的影响轧制时速差对宽展的影响 当在轧辊上刻有孔型时，则轧

30、辊直径沿宽度方向不再相同，当在轧辊上刻有孔型时，则轧辊直径沿宽度方向不再相同， D1- D2 = h-s ， 形成速度差，形成速度差，v=v1-v2 由于由于1 1 2 2, ,边部金属的延伸受中部金属的抑制，产生边部金属的延伸受中部金属的抑制，产生宽展宽展 中部和边部的相互拉扯，又引起孔型磨损加快及不均。中部和边部的相互拉扯，又引起孔型磨损加快及不均。 总之，孔型轧制时的宽展，总之，孔型轧制时的宽展，不是自由宽展。不是自由宽展。 大部分是限制或强迫宽展并大部分是限制或强迫宽展并产生局部宽展或拉缩产生局部宽展或拉缩。 2.4.2 孔型轧制时计算宽展的简化方法 1.外形轮廓法外形轮廓法 以轧件最大外廓尺寸来计算以轧件最大外廓尺寸来计算 h=H-h， b=b-B 2.平均高度法平均高度法 用同面积、同宽度的矩形代替曲线边的轧件。用同面积、同宽度的矩形代替曲线边的轧件。纳入任意宽展公式计算，并认为此宽展就是孔型中纳入任意宽展公式计算，并认为此宽展就是孔型中 的宽展。的宽展。shDhDD hHh bFh BFH 10p0轧辊的工作直径：轧件的平均压下量：轧制后轧件的平均高度：入辊前轧件的平均高度 习题习题P263， 1、2、3、4