轧制变形理论第一至第五章ppt课件.ppt

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1、1轧制变形理论第一至第五章21、轧制过程的基本概念 本节应掌握的知识点：v轧制变形区的概念v咬入角v接触弧长度lv轧制变形的表示方法: 压下量，宽展量，延伸量v金属在变形区内的流动规律31.1 1.1 轧制变形区的几何参数轧制变形区的几何参数 靠旋转的轧辊与轧件之间形成的摩擦力将轧件拖进辊缝之间，并使之受到压缩产生塑性变形的过程。形状（shape）尺寸（size）组织 （microstructure）45 轧制时轧件在轧辊作用下发生变形的部分。弹性变形区塑性变形区弹性恢复区6 轧辊直径相同、转速相等、轧辊为圆柱形刚体、轧件为均匀连续体,轧制时变形均匀，轧件为平板。 轧件与轧辊接触面之间的几何区

2、，即从轧件入轧辊的垂直平面到轧件出轧辊的垂直平面所围成的区域ACBD 。7v简单轧制时变形区参数间的关系 1）咬入角 轧件被咬入轧辊时轧件和轧辊最先接触点和轧辊中心的连线与两轧辊中心连线所构成的角度。 h/2=D/2-D/2*cos hR2 h=D(1-cos) 2/)2/sin(Rh/2)2(sin2cos18Rh/92）变形区长度 l 轧件和轧辊接触圆弧的水平投影长度 222)2(hRRl422hhRl42hhRlhRl两轧辊直径相等时：103）接触面积 接触面水平投影面积。 hRbBlBFH211v考虑轧辊和轧件弹性变形时1）咬入角 Rh/ )(11轧辊的弹性变形2轧件的弹性变形 122

3、）变形区长度 l 弹性压扁造成的接触弧长增加量可达30100 hRx121122hRx2122Rx2132hDB2131BB212121222RhRxxl222xxhRl13 1和2的值可由弹性理论中关于两个圆柱体压缩时的计算公式来确定。考虑轧件厚度与轧辊直径相比非常小 ，忽略轧件弹性变形：pREvpREvhRl121212118181轧辊的泊松系数 E1轧辊的弹性模量14hRl迭代法求解时变形区长度 l 公式 )1821 (121EvBhPRR P为总轧制压力，未知。 需要迭代求解15 16沿轧件断面高向上变形分布1-表面层；2-中心层；3-均匀变形A-A-入辊平面；B-B-出辊平面水平段为

4、表面粘着区17带钢表面粗晶区的形成和轧制状态有关：1）轧制时，由于摩擦力的存在，在轧件和轧辊接触部位存在难变形区，当轧制时润滑条件不好时，容易在表面层产生粗晶区，可以通过开启机架间冷却水来改善润滑。2）沿轧件高向上变形分布是不均匀的，表面层变形小。压下量分配不合理时，使得轧件表面层变形量小，从而产生粗晶。粗晶区的存在会降低带钢的延伸率，冷弯性能变差。181-表面层金属流动速度2-中心层金属流动速度3-平均流动速度表面层流动速度大，中心层流动速度小4后外端金属流动速度5后变形过渡区金属流动速度6一后滑区金属流动速度8一前滑区金属流动速度9一前变形过渡区金属流动速度10一前外端金属流动速度7一临界

5、面金属流动速度流动速度分布均匀临界面上金属流动速度分布均匀，等于轧辊水平速度表面层流动速度小，中心层流动速度大流动速度分布均匀19“+”拉应力；“-” 压应力；1-后外端；2-入辊处；3-临界面；4-出辊处；5-前外端20轧制变形区I-易变形区；II-难变形区；III-自由变形区21：1）沿轧件断面高度方向上的变形、应力和金属流动分布都是不均匀的。2）在几何变形区内，在轧件与轧辊接触表面上，不但有相对滑动，而且还有粘着，在粘着区轧件与轧辊之间无相对滑动。3）变形不但发生在几何变形区内，也产生在几何变形区以外，其变形分布都是不均匀的，轧制变形区分为变形过渡区，前滑区，后滑区和粘着区。4）在粘着区

6、有一个临界面，在这个面上金属的流动速度分布均匀，且等于该处轧辊的水平速度。22变形区形状参数：hl /0.51.0时 ：轧件高度相对于接触弧长不太大时，压缩变形完全深入到轧件内部，中心层变形比表面层变形大hl /hl /0.51.0时 ：轧件高度相对于接触弧长比较大，外端对变形过程的影响更为突出，压缩变形不能深入到轧件内部，只限于表面层附近，表面层变形比中心层大。hl /0.51.0时金属流动速度与应力分布23纵向受摩擦阻力3横向受摩擦阻力2根据最小阻力定律可把轧制变形区分成4部分：两侧宽展区：金属横向流动增加宽展前后延伸区： 金属纵向流动增加延伸。延伸区在两侧引起张应力AB，削弱延伸，使得宽

7、展区收缩242、 咬入条件和轧制过程的建立v咬入条件v稳定轧制条件v改善咬入条件的途径 25咬入：依靠回转的轧辊和轧件之间的摩擦力，轧辊将轧件拖入轧辊之间接触瞬间轧件对轧辊的作用力：径向压力P摩擦力T0接触瞬间轧辊对轧件的作用力：径向反作用力N26接触瞬间轧辊对轧件的作用力：接触瞬间轧辊对轧件的作用力：v径向反作用力N： 水平分力Nx，垂直分力Nyv切线摩擦力T: 水平分力Tx，垂直分力Ty作用力的功能：作用力的功能：v垂直分力Ny和垂直分力Ty对轧件起压缩作用，使轧件产生塑性变形v水平分力Nx阻止轧件进入轧辊辊缝。v水平分力Tx与轧件运动方向一致，力图将轧件咬入轧辊辊缝27三种情况：三种情况

8、：vTxTx Nx Nx Nx不能实现自然咬入不能实现自然咬入平衡状态平衡状态可以实现自然咬入可以实现自然咬入28力的关系分析：力的关系分析：sinNNxcoscosNfTTxTxTx Nx Nx 时时cossinNfNftanv摩擦角大于咬入角时才能摩擦角大于咬入角时才能自然咬入自然咬入v合力合力F F的水平分力的水平分力FxFx与轧制方向相同与轧制方向相同自然咬入自然咬入ftan令令29力的关系分析：力的关系分析：sinNNxcoscosNfTTxTxTx = Nx = Nx 时时cossinNfNftanv咬入力和咬入阻力处于咬入力和咬入阻力处于平衡状态平衡状态v轧辊对轧件作用力的合力轧

9、辊对轧件作用力的合力F F是垂直方向，无水平分力是垂直方向，无水平分力极限咬入条件极限咬入条件30力的关系分析：力的关系分析：sinNNxcoscosNfTTxTxTx Nx B1到l2B2，宽展区增加，宽展增大l2B2到l32,边部金属的延伸受中部金属的抑制，产生宽展75（4）受孔型形状的影响限制宽展或强制宽展切入孔： 凸形孔型中孔型侧壁给予轧件的力： 正压力P 摩擦力T轧件宽度方向上的横向阻力：PxTx菱形孔： 凹形孔型中孔型侧壁给予轧件的力： 正压力P 摩擦力T轧件宽度方向上的横向阻力：PxTx763.4 平辊轧制时宽展的计算平辊轧制时宽展的计算 1）采里柯夫公式理论依据：最小阻力定律，

10、体积不变定律变形区：两个宽展区，前滑区，后滑区77ABC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xdhzdxxxxdhzdxdbdxh2xxxhdhzdb278当h/Hv 轧件速度低于轧辊线速度的水平分量，并在入口处的速度vH最小 vHvcos 轧件和轧辊的水平分速度相等。 v=vcosvHv 8 0.150 129稳定轧制时：稳定轧制时：当轧件温度增加时摩

11、擦系数增加。 （2）轧辊表面粗糙度 摩擦系数随轧辊表面粗糙度增加而增大 （1）轧件温度的影响 5 . 020)20( ta20在20稳态轧制时的摩擦系数；t轧件温度，；a取决于轧辊表面光洁度的修正系数： 光滑辊面 a=0.00110.0015；粗糙辊面 a=0.00350.0073)2 . 0(5 . 01 2 . 0Ra130 碳钢轧制采用润滑时，轧件化学成分对摩擦系数的影响可以忽略。 奥氏体不锈钢轧制时，由于存在轧辊粘结趋势，因此，其摩擦系数通常比碳钢的增大1020。（4）润滑剂粘度 （3）轧件化学成分 通常油膜厚度随润滑剂粘度增加而增加，因此，摩擦力也随之下降。03. 0)(5 . 05

12、 . 050c50在50时润滑剂粘度，m2/s10；C-对于矿物油，c=1.4，对植物油，c=1.0。131 在润滑条件下，油膜厚度与轧制速度成正比,因此当轧制速度增加时，摩擦系数下降 （6）道次压下量 （5）轧制速度 道次压下量对摩擦系数的影响取决于轧件表面粗糙度以及加工硬化程度。 低碳钢轧制，采用蓖麻油和10矿物油乳液润滑时轧件摩擦系数随道次压下量的变化 132 5.7 摩擦系数的测量法1)最大咬入角法思路：用很小的推力，将轧件送向旋转的轧辊，并在此时使轧辊的辊缝尽可能小，然后逐渐抬升上辊，使辊缝增大，达到刚好实现咬入。2)最大接触角法思路：采用楔形件，将轧件送入固定辊缝的轧辊中，由于沿轧件长度上，压下量逐渐增大，直至轧卡为止，此时变形区属于全后滑。1333)前滑法思路：测出稳定轧制过程的前滑值Sh，由芬克前滑公式计算出中性角，代入三个特征角（、）公式中，求得摩擦角。4)压力法思路：根据实测轧制压力，计算出平均单位压力作为实测的平均单位压力。同时选择恰当的平均单位压力公式，代入适当的金属变形抗力及摩擦系数值，使实测的平均单位压力与计算的平均单位压力一致。 1345)轧件强迫制动法思路：在轧件的后端作用一制动力，强迫轧件在轧辊间停止下来，在开始打滑的瞬间测定制动力Q及轧制力P。