轧制过程金属变形.ppt

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1、University Of Science and Technology BeijingUSTB1轧制过程中的金属变形轧制过程中的金属变形1.1.轧制时金属变形的基本概念轧制时金属变形的基本概念 2.2.轧制时金属的宽展轧制时金属的宽展 3.3.轧制过程中的不均匀变形轧制过程中的不均匀变形4.4.轧制过程中的板形控制轧制过程中的板形控制University Of Science and Technology BeijingUSTB1.1.轧制时金属变形的基本概念轧制时金属变形的基本概念 当轧件在变形区内沿高度（厚度）方向上受到压缩时，金属向纵向及横向流动，轧制后轧件在长度和宽度方向上尺寸增大。

2、而由于变形区几何形状及力学和摩擦作用的关系，轧制时金属主要是纵向流动，宽向变形和纵向变形相比通常很小。将轧制时轧件在高、宽、纵向三个方向的变形分别称为压下、宽展和延伸。University Of Science and Technology BeijingUSTB 在轧件入口处上部边缘上指定一点。在轧制过程中在压下的影响下，点要向下移动 距离，在轧制方向上将延伸移动。因为轧件在宽度方向上也要发生变形，所以在此方向点移动距离为 。因此，就可划出点的空间轨迹，它稍向下、向两侧，并且在很大程度上是向前的。因此在变形区域中金属的变形用三个坐标轴来表示。根据给定的坯料尺寸和压下量，来确定轧制后轧件的尺寸

3、和形状，或者已知轧制后轧件的尺寸和压下量，要求确定所需坯料的尺寸，这是在制定轧制工艺时首先遇到的问题。要解决这类问题，首先要知道被压下金属是如何沿轧制方向和宽度方向流动的，即如何分配延伸和宽展。轧制过程中金属变形的描述轧制过程中金属变形的描述University Of Science and Technology BeijingUSTB绝对变形量绝对变形量 压下量：压下量：宽展量：宽展量：延伸量：延伸量：:分别为轧制前轧件的高、宽、长度尺寸。分别为轧制前轧件的高、宽、长度尺寸。:分别为轧制后轧件的高、宽、长度尺寸。分别为轧制后轧件的高、宽、长度尺寸。University Of Science

4、and Technology BeijingUSTB相对变形量相对变形量相对压下：相对压下：相对宽展：相对宽展：相对延伸：相对延伸：利利用用以以上上比比值值可可衡衡量量沿沿三三个个轴轴线线方方向向的的小小塑塑性性变变形形的的相对值。相对值。University Of Science and Technology BeijingUSTB位移体积及对数变形系数位移体积及对数变形系数 六面体的变形过程University Of Science and Technology BeijingUSTB2.轧制时金属的宽展轧制时金属的宽展 宽展与其实际意义宽展与其实际意义 在轧制过程中轧件的高度承受轧辊压缩

5、作用，压缩下来的体积，将按照最小阻力法则移向纵向及横向。由移向横向的体积所引起的轧件宽度的变化称为宽展。在习惯上，通常将轧件在宽度方向线尺寸的变化，即绝对宽展直接称为宽展。虽然用绝对宽展不能正确反映变形的大小，但是由于它简单，明确，在生产实践中得到极为广泛的应用。University Of Science and Technology BeijingUSTB a.未充满;b.过充满宽展估计不足产生的缺陷宽展估计不足产生的缺陷 若计算宽展大于实际宽展，孔型充填不满，造成很大的椭圆度，如图所示。若计算宽展小于实际宽展，孔型充填过满，形成耳子如图所示。University Of Science an

6、d Technology BeijingUSTB宽展分类宽展分类 自由宽展自由宽展限制宽展限制宽展强制宽展强制宽展University Of Science and Technology BeijingUSTB自由宽展：坯料在轧制过程中，被压下的金属体积其金属质点横向移动时具有向垂直于轧制方向的两侧自由移动的可能性，此时金属流动除受崐接触摩擦的影响外，不受其它任何的阻碍和限制，如孔型侧壁，立辊等，结果明确的表现出轧件宽度尺寸的增加，这种情况称为自由宽展。自由宽展发生于变形比较均匀的条件下，如平辊上轧制矩形断面轧件，以及宽度有很大富裕的扁平孔型内轧制。自由宽展轧制是最简单的轧制情况。Univer

7、sity Of Science and Technology BeijingUSTB限制宽展:坯料在轧制过程中，金属质点横向移动时，除受接触摩擦的影响外，还承受孔型侧壁的限制作用，因而破坏了自由流动条件，此时产生的宽展称为限制宽展。如在孔型侧壁起作用的凹型孔型中轧制时即属于此类宽展。由于孔型侧壁的限制作用，使横向移动体积减小，故所形成的宽展小于自由宽展。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 University Of Science and Technology BeijingUSTB强制宽展：坯料在轧制过程中，金属质点横向移动时，不仅不受任何阻碍且受有强烈的推动

8、作用，使轧件宽度产生附加的增长，此时产生的宽展称为强制宽展。由于出现有利于金属质点横向流动的条件，所以强制宽展大于自由宽展。University Of Science and Technology BeijingUSTB宽展的分布宽展的分布 平辊轧制矩形件时，沿横截面上宽展的分布是相当复杂的，它主要决定于接触表面上的摩擦条件和沿轧件高度上的不均匀变形程度。根据这些因素的影响，轧制后轧件侧边的形状可呈双鼓形、单鼓形和平直形。决定宽展沿轧件高度上分布不均匀的主要因素是 之比值。/University Of Science and Technology BeijingUSTB 较小时，宽展仅产生在接

9、触表面附近，轧件侧边呈双鼓形，宽展仅仅分布在轧件高度上一定范围之内，在接触表面上发生变形，而中心产生不大的变形或不产生变形。双鼓形双鼓形 University Of Science and Technology BeijingUSTB 较大时，轧件中心层产生较大宽展，变形结果，横截面的侧表面形状呈单鼓形。这种情况下，沿轧件高度的中心层上的宽展量较之接触面的大。单鼓形单鼓形 University Of Science and Technology BeijingUSTB 当 值在一定范围内时，宽展的分布在接触表面与中心层一样，那么横截面的形状是平直的。这样的宽展分布特征，说明接触表面与中心层是均

10、匀变形。平直形平直形 University Of Science and Technology BeijingUSTB影响宽展的因素影响宽展的因素 u A相对压下量对宽展的影响相对压下量对宽展的影响 压下量是形成宽展的源泉，是形成宽展的主要因素之一，没有压下量宽展就无从谈起，因此，相对压下量愈大，宽展愈大。u B轧制道次对宽展的影响轧制道次对宽展的影响在总压下量一定的前题下，轧制道次愈多，宽展愈小 u C轧辊直径对宽展的影响轧辊直径对宽展的影响其它条件不变时，宽展随轧辊直径的增加而增加。University Of Science and Technology BeijingUSTBu D摩擦系

11、数对宽展的影响摩擦系数对宽展的影响 当其它条件相同时，随着摩擦系数的增加，宽展增加。凡是影响摩擦系数的因素，都将通过摩擦系数引起宽展的变化，这主要有：(1)轧制温度对宽展的影响轧制温度对宽展的影响(2)轧制速度的影响轧制速度的影响 轧制温度与宽展指数的关系 宽展与轧制速度的关系(3)轧辊表面状态的影响轧辊表面状态的影响(4)轧件的化学成分的影响轧件的化学成分的影响University Of Science and Technology BeijingUSTBu E轧件宽度对宽展的影响轧件宽度对宽展的影响u F前、后张力对宽展的影响前、后张力对宽展的影响轧件宽度对变形区划分的影响 在外区及张力作

12、用下，假想 的宽展区的位移（以虚线表示）University Of Science and Technology BeijingUSTB3.轧制过程中的不均匀变形轧制过程中的不均匀变形孔型轧制时断面内部变形 轧件对称面上的变形 University Of Science and Technology BeijingUSTB 引起不均匀变形的因素有：接触表面摩擦力作用，不均匀压下及同一断面上轧件与轧辊接触的非同时性（孔型轧制），板坯厚度不均，坯料温度不均、组织不均等等，其中主要的是前两种。轧制时的不均匀变形对轧制产品的尺寸、形状、内部质量、表面状态、成材率以及轧辊磨损等有着重要的影响。当板材厚度

13、不均匀时，引起接触压力分布的变化、板面内应力分布不均匀以及产生边部和中部波浪或裂纹的情况。在轧制时除接触表面的摩擦外，位于塑性变形区前、后的轧出部分和待轧部分的金属外端，对于应变的分布有很大的影响。在轧制过程中，变形区内垂直横断面上的各不同部分，都通过外端的作用而抑制和牵连其它部分的变形。因此，一般来讲，外端有均分应变分布的作用。University Of Science and Technology BeijingUSTB薄薄轧轧件的件的变变形形(/23)轧制板、带材通常属于这种情况。板、带材轧制时，在变形区内沿轧件宽度上金属质点的运动速度分布是不均匀的。沿带材宽度金属质点运动的速度分布图

14、University Of Science and Technology BeijingUSTB中等厚度轧件的变形中等厚度轧件的变形(23/0.51.0)型材的轧制多数属于此种情况型材的轧制多数属于此种情况 高轧件的变形高轧件的变形(0.51)/在初轧机和大型开坯机上轧制钢坯时，前面的若干道次多属此种情况。在初轧机和大型开坯机上轧制钢坯时，前面的若干道次多属此种情况。利用滑移线方法，对于平面应变的条件，求解高轧件内的应力分布，根据理论分析的结果，可得如下结论：(1)在轧制高轧件的情况下，外端对于塑性区内的应力分布及接触表面上的平均单位压力值有很大影响，随比值 的减小，外端的作用不断增强，致使轧

15、件完全产生表面变形为止。(2)沿变形区的高度，在轧件的表面层有水平压应力产生，在轧件的中部有水平拉应力产生。比值 愈小，这些应力的数值（绝对值）愈大。(3)在接触表面下面有刚性移动区（难变形区）存在。/University Of Science and Technology BeijingUSTB板形的定义板形的定义 板形（shape）板材的形状，具体指板带材横截面的几何形状和在自然状态下的表观平坦度。板形可以用来表征板带材中波浪形或瓢曲是否存在、大小及位置。4.板形控制板形控制University Of Science and Technology BeijingUSTB双边浪双边浪Univ

16、ersity Of Science and Technology BeijingUSTB 板形不良板形不良University Of Science and Technology BeijingUSTB板形平直板形平直University Of Science and Technology BeijingUSTB浪形和瓢曲缺陷有多种表现形式University Of Science and Technology BeijingUSTB与板形指标有关的特征值有凸度凸度凸度凸度、楔形、边部减楔形、边部减楔形、边部减楔形、边部减薄薄薄薄、局部高度、平直度局部高度、平直度局部高度、平直度局部高度、平直

17、度。在来料板形良好的条件下，板形决定于延伸率沿宽度方向是否相等，即压缩率是否相同。若边部延伸率大，则产生边浪，若边部延伸率大，则产生边浪，中部延伸大，则产生中部浪形或瓢曲。中部延伸大，则产生中部浪形或瓢曲。一边比另一边延伸大，则产生一边比另一边延伸大，则产生“镰刀弯镰刀弯”。University Of Science and Technology BeijingUSTB（1）凸度）凸度 描述带钢横截面形状的一项主要指标。绝对凸度绝对凸度绝对凸度绝对凸度带钢横截面中心点厚度与两侧标志点的平均厚度之差。her和hel为带钢横截面右边部及左边部的标志点厚度。hc为带钢横截面中心点厚度。带钢的正凸度如

18、图形状，负凸度则为中心点比两侧薄 标志点是指不包括边部减薄部分的边部点，一般取离实际边部40mm左右处点。University Of Science and Technology BeijingUSTB（2）楔形）楔形 带钢横截面左右标志点厚度之差。（右部一般指传动侧，左部为操作侧）楔形University Of Science and Technology BeijingUSTB（3）边部减薄量）边部减薄量带钢与轧辊接触处的轧辊压扁在板边由于过渡区而造成带钢的边部减薄边部减薄量等于横截面左右边部标志点厚度与边缘位置厚度之差。hEr和hEl为带材实际右边部和左边部的厚度（右部一般指传动侧，左部

19、为操作侧）University Of Science and Technology BeijingUSTB（4）局部高度）局部高度 指横截面上局部范围内的厚度凸起。University Of Science and Technology BeijingUSTB（5）平坦度）平坦度 板带材表观平坦程度，即带材是否存在局部翘曲。板带材在自然状态下表观平坦程度 热轧带钢一般用中部浪或者边部浪来定义翘曲。University Of Science and Technology BeijingUSTB a）平度（纤维相对长度）平度（纤维相对长度）轧后带钢翘曲是由于边部或者中部较大的延伸而产生严重边浪或者

20、中浪。一个比较简单的方法就是取宽度方向上不同点的相对长度差L/L来表示平坦度。平度：L是所取基准点的轧后长度，L是其他点相对基准点的轧后长度差。University Of Science and Technology BeijingUSTBB）波高）波高 在自然状态下，板带材瓢曲表面上偏离检查平面的最大距离H。University Of Science and Technology BeijingUSTB 将带材切取一段放置在平台上，如将其最短纵条视为一条直线，最长纵条视为一正弦波，可将带钢的波浪度表示为：C）波浪度（陡度）波浪度（陡度）在翘曲的钢板上测量相对长度来求出长度差很不方便，所以采用

21、了更为直观的方法，即以翘曲波形来表示平坦度，称为波浪度。University Of Science and Technology BeijingUSTB 板形的各项指标中，凸度和平坦度是主要指标。这两个指标是独立的，在控制中往往存在着矛盾，但它们之间又存在着紧密联系。入口和出口带钢相对凸度不匹配，将使带钢带宽方向各小条受到不均匀压缩，因而产生不均匀延伸。但实际上带钢为一个整体，因此这种带宽方向上的不均匀延伸，将使带钢内部产生内应力，轧制结束后转为残余内应力，当残余内应力超过带钢产生翘曲的极限应力时，带钢将发生翘曲。带钢越薄越宽，将越容易产生翘曲。凸度和平坦度的关系凸度和平坦度的关系Univer

22、sity Of Science and Technology BeijingUSTB板形的成因板形的成因 在轧制过程中，塑性延伸率若沿横向处处相等则产生平坦板形；相反，则产生不同形状的板形。原因由于延伸不同而产生内应力，在纵向压应力作用下，由于延伸不同而产生内应力，在纵向压应力作用下，而且在轧件较薄时，轧件失稳而形成瓢曲或波浪形。而且在轧件较薄时，轧件失稳而形成瓢曲或波浪形。University Of Science and Technology BeijingUSTB 造成轧制过程横向加工率不同的原因包括变形区辊缝的形造成轧制过程横向加工率不同的原因包括变形区辊缝的形状不同，或者来料的板形较

23、差。状不同，或者来料的板形较差。a-侧弯 b-中浪 c-边浪 d-侧边浪 e-近边浪 f-复合浪 g中心浪University Of Science and Technology BeijingUSTB影响板形的因素影响板形的因素 除了来料的原始板形外，凡是影响辊缝的所有工艺参数如力学参数、热力学参数及几何参数等都会对板形产生影响。总轧制压力；单位轧制压力分布 弯辊力；支撑辊与工作辊间接触压力 初始辊形；轧辊磨损；热凸度；变位辊形等。University Of Science and Technology BeijingUSTB柔性辊缝控制：增大有载辊缝凸度的可调范围。柔性辊缝控制：增大有载辊

24、缝凸度的可调范围。CVCCVC和和PCPC轧机。轧机。刚性辊缝控制：增大有载辊缝横向刚度，减小轧刚性辊缝控制：增大有载辊缝横向刚度，减小轧制力变化时对辊缝影响。制力变化时对辊缝影响。HC轧机通过轴向移位消除辊间有害接触，提高了轧机辊轧机通过轴向移位消除辊间有害接触，提高了轧机辊缝的横向刚度缝的横向刚度板形控制技术板形控制技术University Of Science and Technology BeijingUSTB 板形控制技术板形控制技术University Of Science and Technology BeijingUSTB板形控制系统板形控制系统u硬件系统硬件系统电器柜电器柜D

25、/A液压系统液压系统 电电/液液板形调节机板形调节机构构板形仪板形仪过程计算机过程计算机轧制参数检测仪轧制参数检测仪电器柜电器柜 D/A板形控制硬件系统构成示意图板形控制硬件系统构成示意图University Of Science and Technology BeijingUSTBu软件模型软件模型（1）预设定控制模型）预设定控制模型（2）轧制力）轧制力弯辊力前馈控制模型弯辊力前馈控制模型（3）闭环反馈模型）闭环反馈模型生成板形控制目标生成板形控制目标采集实际板形信号采集实际板形信号板形信号预处理板形信号预处理板形模式识别板形模式识别调控功效距阵生成调控功效距阵生成板形控制模型板形控制模型各板形调节机构动作值优化计算各板形调节机构动作值优化计算各板形调节机构动作值计算各板形调节机构动作值计算 动作值输出动作值输出 开开 始始 闭环反馈控制系统闭环反馈控制系统