第一章轧制原理(1)2

1、重有色金属及其合金板带材生产 适用班级：12材料高职班 2014年2月 学期课时计划安排本期共有16周每周6课时总共84课时作业：每周一次作业，周五下课前上交。一、课程设置一、课程设置 （一）课程定位： 1、课程性质：本课程是高职材料成型与控制技术专业的核心专业课程之一，是一门实践性很强的课程。本书详细介绍了重有色金属及其合金板带材生产工艺、技术和主要设备等，内容与生产实际紧密结合，同时又包括了板带材生产的新技术新工艺。对学生职业岗位能力培养和职业素质养成起到一个重要的支撑作用。专业课专业课板带箔材生产板带箔材生产金属压力加工基础金属压力加工基础铸锭生产铸锭生产图图1课程体系结构课程体系结构2

2、、课程体系结构：如图1所示，该课程在专业的课程设置中起承上启下的重要作用，前续课程金属压力加工基础铸锭生产的学习为基础，为后续课程管棒型线材生产铜盘生产等作准备。 （二）课程目标： 根据教学大纲的要求和我们学生的实际情况，制定了以下教学目标。1 、知识目标： 要知道 轧制概念、轧制原理及产品品种分类；会制订 典型生产工艺流程；能区分 热轧与冷轧的工艺特点及产生的缺陷；会计算 轧制时的剪切量；能掌握 轧制设备的结构及使用调整。2 、能力目标：培养学生正确区分铜及其合金产品种类的能力；培养学生正确选择合理轧制方法的能力；培养学生计算分析的能力；培养学生实践操作动手的能力；二、教材和参考教材二、教材

3、和参考教材 主要特点：内容精炼，通俗易懂，可为项目化教学提供必需、够用的知识点。主要特点：理论讲解细致，具有一定的深度和广度，可作为参考书三、教学手段三、教学手段四、学情及指导学生方法四、学情及指导学生方法 1.学情喜动手不善学理论思维活跃但缺韧性排斥传统教学模式渴望成功但缺乏耐心自信不足易于放弃四、学情及指导学生方法四、学情及指导学生方法 指导学生方法：学生为主体、教师为主导，是辅学生为主体、教师为主导，是辅导者、管理者、咨询者导者、管理者、咨询者四、学情及指导学生方法四、学情及指导学生方法 实训条件： 采用现代化教学实训设备，铜加工模拟实验室五、课程内容设计五、课程内容设计 课程内容的设计

4、主要是强调知识、技能、职业素养的有机结合，淡化理论，够用为度，加强应用技能、专业素养的培养。该课程采用项目教学的方法，将整个课程分为8个教学项目,每个项目包含讲授、实验或制作三部分，总学时84学时。 五、课程内容设计五、课程内容设计-1项目任务项目任务五、课程内容设计五、课程内容设计-1项目任务项目任务五、课程内容设计五、课程内容设计-2实验项目实验项目五、课程内容设计五、课程内容设计-2实验项目实验项目五、课程内容设计五、课程内容设计-2实施过程实施过程 教学过程项目项目任务任务明确明确任务任务讨论讨论讲解讲解 实实验验指导指导研究研究制作制作分析分析总结总结作品作品展示展示检验检验点评点评

5、六六、考核方式考核方式课堂出勤10%课堂表现10%作业完成10%期末成绩30%70%综合成绩 职业技能鉴定部门：金属材丝拉拔工考证通过率98%。第1章轧制原理共18学时1.1简单轧制过程及变形参数教学内容 1.要求学生理解简单轧制过程; 2.掌握变形程度指数参数（三个）； 3.掌握加工率计算方法。重点难点 1.三个变形参数的理解，加工率的计算方法。 概念 轧制过程：是指轧件（金属）在轧辊的作用下，进入旋转的轧辊之间，受到压缩而进行的塑性变形过程。 通过轧制使金属获得一定的尺寸、形状和性能。1.1.1 简单轧制过程 简单轧制过程应具备的条件： 1.两个轧辊均为主动辊、辊径相同、转速相同且轧辊为刚

6、体；（即不产生弹性变形） 2.轧件性能均匀； 3.轧件除受轧辊作用外，不受其他任何外力作用。 4.轧件的变形与金属质点的流动速度沿断面高度和宽度是均匀的。 注意：在实际生产当中，理想的简单轧制过程是不存在的。1.1.2变形程度指数 轧件在高向上受到的压缩后，会朝着纵向和横向流动。因此，厚度减小，长度和宽度增加。 （1）高向变形参数 道次：轧制时，轧件进入轧辊至离开轧辊，承受一次塑性变形，称为一个轧制道次。 轧制前轧件厚度用H 轧制后轧件厚度用h 则压下量：H=H-h 加工率或压下率：%100HH 加工率分为道次加工率 总加工率 总加工率指两次退火间总加工率，它反映轧件加工硬化的情况。 道次平均

7、加工率是指轧前总加工率和轧后总加工率的平均值，这主要反映冷轧过程某一轧制道次中的加工硬化情况。（2）横向变形参数 反映轧制过程中横向变形程度，用宽展量来表示。 宽展量 其中B是轧制前宽度； b是轧制后宽度。B-bB （3）纵向变形参数 一般纵向变形参数可用轧件轧后长度l和轧前长度L的比值表示，称为延伸系数 根据体积不变定律 忽略宽展 LlhFHF11hH1.1.3 加工率计算 1.道次加工率%100%100HhHHH作业24P第1题 复习 1.什么是轧制过程？ 2.简单轧制过程成立条件？ 3.三个变形程度参数是什么，分别怎么表示？1.2变形区及参数教学要求1.理解变形区的概念2.掌握变形区的主

8、要参数重点难点1.变形区主要参数的掌握。1.2.1变形区轧制变形区定义：轧制时金属在轧辊间产生塑性变形的区域称为轧制变形区。实际轧制变形区包括：几何变形区和非接触变形区1.2.2变形区的主要参数 几何变形区的主要参数有：变形区的长度及平均宽度、咬入角、变形区形状系数等。 1.2.2.1变形区的长度及平均宽度 变形区的平均长度是指接触弧AC的水平投影长度。4222222222HHRHRRlHRCEOCOEROAOEOAl 变形区的长度为： 近似为： 变形区的平均宽度42HHRlHRl2Bbb1.2.2.2咬入角 咬入角是指轧件开始咬入时，轧件最先接触点与两轧辊中心连线的夹角，一般用 表示。当轧件

9、全部进入到辊缝时，为接触角。 因为：在 中，2HRCEOCOEOAEcos12coscosDHHRRROE 当咬入角比较小时 因为 所以RH22sin2cos-1221.2.2.3变形区形状系数 变形区形状系数一般用变形区长度 与轧件在变形区中平均厚度 的比值表示 当 时，相当于轧制薄件； 当 时，相当于轧制厚件。 lhhHHRhHHRhl220 . 15 . 0hl0 . 15 . 0hl 作业 第9题24P 复习 1.什么是轧制变形区？它包括哪两个区域？ 2.变形区的主要参数有哪些，分别怎么表示？1.3轧制过程建立的条件教学要求 1.掌握轧制过程珠三阶段：咬入、稳定及轧制终了阶段。 2.掌

10、握咬入阶段的咬入条件。 3.掌握稳定轧制阶段的咬入条件。重点难点 咬入条件的建立1.3.1轧制过程的三个阶段 在一个道次里，轧件的轧制过程可分为：咬入阶段、稳定轧制阶段以及轧制终了阶段。1.3.1.1咬入阶段 咬入：依靠回转的轧辊与轧件间的摩擦力，轧辊将轧件拖入轧辊之间的现象称为咬入。 咬入阶段是轧制开始阶段，这一过程几乎在瞬间完成，且各项参数都在发生变化，是个不稳定状态。1.3.1.2稳定轧制阶段 稳定轧制阶段是指轧件前端从辊缝出来，到轧件后端开始进入轧辊为止。 该阶段是轧制过程的主要阶段，整个过程相对处于一个稳定的状态，通过研究此阶段的金属流动、变形及力的状况，从而进行有效的工艺控制、产品

11、质量与精度控制和设备设计等，它是板带材轧制研究的主要对象。1.3.1.3轧制终了阶段 轧制终了阶段也称为抛出阶段，从轧件与轧辊逐渐脱离接触，直至轧件脱离轧辊被抛出为止。 该阶段时间也很短，其变形和力学参数等均也发生变化。1.3.2咬入阶段的咬入条件 轧制过程能否建立，首先取决于轧件能否被旋转的轧辊咬入。 分析轧件受力情况：在简单轧制情况下，当轧件和旋转的轧辊相接触时，轧件受轧辊给的径向正压力N和摩擦力T，摩擦力T与正压力N垂直，与轧辊的旋转方向一致。如下图所示： 若 时，不能咬入；若 时，能够了咬入； ，咬入的临界条件。xxTN xxTN xxTN 在图中， 根据库仑摩擦定律： 当 时，即：

12、NTTTNNxxcossinxxTN tancossinNN 其中摩擦系数可以用摩擦角 表示，即摩擦角的正切就是摩擦系数，即 ， 因此， 当 时，称为自然咬入条件，表示只有轧辊对轧件的作用力，而无其他外力作用时，轧件被轧辊咬入的条件，必须使摩擦角大于咬入角，这是咬入的充分条件。 当 时，是咬入的临界条件，此时咬入角为最大tan tantanmax1.3.3稳定轧制阶段的咬入条件 轧件完全填充辊间后，继续进行轧制的条件仍然是：水平拉入力 大于水平推出力 。 即： 当 时为稳定轧制的临界条件， 为稳定轧制条件。xTxN22tantantansincosNTNTxx22 从轧件被轧辊自然咬入到稳定轧

13、制时的条件变化，可以得出以下结论： 1.稳定轧制条件比咬入条件容易实现； 2.当其他条件（润滑、压下量等）不变时，咬入一经实现，轧件就能自然向辊缝填充，直至建立稳定的轧制过程。注： 。26 . 1 复习 1.轧制过程的三个阶段？ 2.咬入的条件，稳定轧制的条件是什么？1.4改善咬入的措施 教学目的 1.掌握影响咬入的因素； 2.改善咬入的措施。 教学重点 让学生掌握影响咬入的五个因素及改善咬入的措施。改善咬入的目的 生产中由于坯料尺寸、工艺规程、设备及润滑条件的变化导致咬入困难。为了使操作顺利，提高生产率，保证产品质量。1.4.1影响咬入的因素 由咬入条件 可看出，影响咬入的因素主要有轧辊直径

14、、压下量、摩擦系数、轧制速度、水平方向的外力、轧件前端形状等。1.4.1.1轧辊直径和压下量对咬入的影响 由式 可知，咬入角的大小与轧辊直径和压下量的关系： 1.压下量 一定时，轧辊直径D越大，则咬入角越小，越容易咬入。2.轧辊直径D一定时，压下量 越小，则咬入角 越小，越容易咬入。 因为 当 压下量最大RHHH,cos1DHcoaDH1max 根据 可得压下量与轧辊直径和摩擦系数的关系:2tan11cos,tan2max111DH1.4.1.2摩擦系数 当轧辊与轧件之间的摩擦系数越大时，咬入条件 越容易满足。生产中有时可在辊面上打砂甚至刻痕等来增加摩擦系数，改善咬入条件。 1.4.1.3轧制

15、速度 轧制时降低轧制速度可使摩擦系数增加，即摩擦角增加，从而使咬入条件 更容易满足。 生产中常采用低速咬入，高速轧制，低速抛出的生产方式。1.4.1.4水平方向的外力 凡是顺轧制方向的水平力，都有利于咬入。 如轧制运动中的惯性力，加在轧件后面的推力，加于轧件前面的拉力。这些力使轧件前端于轧辊相撞，轧件前端棱角磨秃，减小咬入角，并增加接触面积，导致摩擦增加，有助力于轧件咬入。1.4.1.5轧件前端形状 轧件小端进入轧辊时，咬入角减小；前端为圆弧形时，也使咬入角减小并使接触面积增加；当轧件前端为锥形或圆弧形时，可使咬入角减小，使咬入顺利。1.4.2改善咬入的措施 1.4.2.1减小咬入角改善咬入措

16、施 1.轧件前端做成锥形或圆弧形。 2.采用大辊径轧辊。 3.减小道次压下量。 4.给轧件施以顺轧制方向的水平推力，实现强迫推入。 5.咬入时辊缝调大，待稳定轧制后，减小辊缝，增大压下量。1.4.2.2增加摩擦系数改善咬入措施 1.在粗轧机轧辊是进行粗磨。 2.低速咬入，高速轧制。 3.开始咬入时不加或少加润滑剂，或喷洒煤油等涩性油剂。 4.热轧加热温度要适宜。 作业 第2，3题24P 复习 1.轧制过程的三个阶段是什么？ 2.轧件能被正常咬入条件的条件是什么？ 3.为什么要改变咬入条件？ 4.影响咬入的因素有哪些？ 5.改善咬入的措施有哪些？1.5轧制时轧件的高向变形 教学要求 掌握轧件在轧

17、制时高向流动特性。 2.掌握薄轧件的高向变形 3.掌握厚轧件的高向变形特点。 重点难点 能熟练掌握轧制时高向变形的特点。1.5.1轧件在轧制时高向流动特征 在平锤塑压时，金属向两个方向变形，并以其垂直对称线作为分界线，如果压缩时，工具平面不平行，由于工具形状的影响，金属容易向AB方向流动，因此它的分界线（中性线或中性面）便偏向CD一侧。轧制时，金属在两个反向旋转的等径轧辊之间受到连续压缩，因此在其纵向与横向上产生延伸和宽展。金属的塑性流动相对轧辊表面产生滑动，或有产生滑动的趋势。金属向入口侧流动形成后滑区；向出口侧流动形成前滑区。 中性角是指前滑区接触弧所对应的圆心角，通常用 表示。 金属向两

18、侧流动形成宽展，而且根据最小阻力定律可知延伸方向流动多，横向流动少。 轧件在受轧辊的压力作用，在高向上轧件承受的压应力，而横向与纵向上，因为摩擦力的作用使轧件承受 和 的压应力。由于工具形状沿轧制方向是圆弧面，沿宽度方向为平面工具，而变形区长度一般总小于轧件宽度，因此三个方向应力绝对值的关系是：由最小阻力定律可知，金属高向受到压缩时，必然是延伸方向流动多，横向流动少。zxxz 当金属进入变形区内高度逐渐减小，根据体积不变定律，则单位时间内通过变形区内任意横断面的金属流量应为一个常数。即： 常数 所以实践证明轧制时应力应变分布不均，随几何形状系数 的变化呈现不同的状态。hhxxHHvFvFvFc

19、oscosvvvvvvvvvyHhHhhl1.5.2薄轧件的高向变形 薄轧件一般指 的轧件，热轧薄板和冷轧板一般属于这种情况。 1.5.2.1薄轧件的变形特点 在 比值较大时，轧件断面高度较小，变形容易渗透。表层金属所受阻力比中心层大，其延伸比中心层小，变形呈单鼓形。如下图所示：0 . 15 . 0hlhl1.5.2.2金属质点的水平运动速度 金属质点水平速度等于质点塑性流动速度和轧辊所给水平速度的代数和。 在后滑区，金属的塑性流动速度向入口方向流动，表层比中部慢，分布图呈凹状。 在前滑区，表层金属质点水平运动速度比中心层小，分布图呈中凸状。 在中性面上，其断面高向金属质点水平运动速度是均匀的

20、，因此前后外端不发生变形。1.5.2.3副应力分布轧制时，受摩擦的影响，金属质点在前后滑区表层金属的塑性流动速度都比中心层小，使变形不均匀，由于金属是一个整体，则表层金属承受水平拉副应力，而中部金属承受水平压副应力。叠加的结果，使得轧件中心层承受实际水平拉应力。如下图所示：1.5.3厚轧件的高向变形 厚轧件一般指 的轧件，铸锭热轧开坯时，前几道次一般属于这种情况。 1.5.3.1厚轧件的变形特点 轧件中心层没有发生塑性变形或变形很小，只有表层金属才发生变形，上、下接触面受摩擦的影响变形也较小，因而变形后沿断面高向呈双彭形。0 . 15 . 0hl1.5.3.2金属质点的水平运动速度 金属质点水

21、平速度等于质点塑性流动速度和轧辊所给水平速度的代数和。 在后滑区，质点塑性流动指向入口处，与轧辊所给水平方向相反，表层金属受摩擦力的作用大，由于变形不深透，中心层不变形，呈中凸状。 在前滑区，质点塑性流动速度方向指向出口处，与轧辊所给水平速度方向相同，表层受摩擦力作用，所以，表层金属质点水平速度比中部小，速度分布图中呈双鼓形。 在中性面上，轧辊与轧件无相对滑动，则轧件与轧辊速度相等，此断面高向速度分布均匀。 1.5.3.3副应力分布 厚轧件轧制时，由于变形不深透，中间层几乎不变形，塑性流动速度小；受摩擦的影响，接触表面金属质点在前后滑区表层金属的塑性流动也较小，只有次表层塑性流动速度大，变形不

22、均匀，由于金属是一个整体，则接触表面金属承受水平拉副应力，而中部金属承受水平拉副应力，次表层受水平压副应力，如图所示： 概念张嘴：热轧铸锭很厚，前几道次加工率很小，接触表面产生黏着，变形多发生在表层金属，产生不均匀变形，表面金属受拉副应力作用，使得表层金属可能承受实际水平拉应力，这将导致轧件表面产生横向裂纹。此外轧件中部也受拉副应力，厚铸锭若存在铸造弱面或低塑性材料及其他杂质时，会被拉裂或空洞，最后形成层裂，若润滑冷却条件差，黏着作用强，就会出现“张嘴”，严重是会缠辊。2 产品品种及典型生产工艺流程（6学时）2.1产品的技术条件 教学目的 1.了解产品尺寸 2.了解产品供应状态 3.了解产品技

23、术要求 重点难点 掌握产品的各项技术条件2.1产品的技术 2.1.1产品尺寸 平辊轧制生产，按截面形状和产品尺寸，可分为板材、带材、条材和箔材。 板材：指横截面呈矩形，厚度均一，以平直状外形交货。厚度大于0.20mm。 带材：指以成卷交货的轧制产品。 条材：指厚度介于板材和带材之间，宽度较窄，长度在15002000mm的轧制产品，也用排来称呼。 箔材：指厚度小于0.05mm的成卷交货的产品。2.1.2产品供应状态 如下表所示：2.1.3产品技术要求 产品技术要求包括：化学成分、力学性能、物理性能、工艺性能、金相组织、表面质量和内部质量等。 化学成分：应满足技术标准的标，由熔铸车间控制。 力学性能：要求抗拉强度和伸长率。 金相组织：要求晶粒度，第二相分布和氧含量等的金相检验。 表面质量：要求光滑、清洁。 内部质量：不允许有中心裂纹和分层。 共同点：尺寸精确、板形好，表面光洁性能高。2.2生产工艺流程 教学