轧制过程基本概念

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1、金属塑性成形工艺,第一章 绪 论,1）材料加工的地位和作用,材料的四基本要素,2）金属塑性加工的分类 金属塑性加工是使金属在外力（通常是压力）作用下，产生塑性变形，获得所需形状、尺寸和组织、性能制品的一种基本的金属加工技术。 基本塑性加工方法有轧制、锻造、挤压、拉拔、拉深、弯曲、剪切等几类 。,轧制,3）金属塑性加工的主要方法,轧制,锻压,自由锻,自由锻，一般是在锻锤或水压机上，利用简单的工具将铸锭或棒材锻成所需要的形状和尺寸。,在模锻锤、模锻水压机或模锻压力机上利用专用的模具来使金属成形,挤压,有色金属型材、管材的主要生产方法,拉拔 拉深（冲压）,广泛用于电线、电缆、金属网线和各种管材生产上

2、,依靠冲头将金属板料顶入凹模中产生拉延变形,本课的主要内容,主要内容：轧制及锻造工艺 （1）了解轧制加工的基本理论和工艺 （2）掌握型材和板带材轧制的工艺过程和工艺问题。 （3）了解锻造成型的基本原理和工艺 （4）掌握自由锻和模锻工艺的基本分析方法和设计方法。,参考教材,1、金属塑性加工学轧制理论与工艺，王廷溥，冶金工业出版社。 2、锻造工艺学与模具设计，姚泽坤，西北工艺出版社。,考核,出勤 作业 实验 考试,第二章 轧制过程的基本概念,轧制过程靠旋转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。,1、变形区及主要参数,简单轧制过程（最简单的纵轧过程）,（1）

3、上下轧辊直径相等，转速相同， （2）两个轧辊均为主传动， （3）平辊轧制，非孔槽轧制， （4）轧辊为刚性（轧辊本质上为弹性件）； （5）轧件除受轧辊作用外，不受其它任何外力作用， （6）轧件在入辊处和出辊处速度均匀 （7）轧件的材质、温度均匀。,简化假设：,1.1变形区及其主要参数,变形区： （1）几何变形区：入口和出口截面之间的区域,（2）物理变形区：发生塑性变形的区域,1.1.1变形区参数,（1） 咬入弧（接触弧）：轧件与轧辊相接触的圆弧。 （2） 咬入角：咬入弧所对应的圆心角称为咬入角（亦称接触角）。 （3）变形区长：咬入弧的水平投影。 （4）轧辊半径R （5）轧件轧前、后的厚度H、h

4、（6）平均厚度 （7）轧件轧前、后宽度B、b （8）平均宽度 （9）压下量,1.1.2参数之间的关系,（1）变形区长 （2）咬入角arcsin arccos（ ）,1.1.3轧制变形表示方法,矩形件变形前后的尺寸,1）绝对变形量,压下量,宽展量,延伸量,不能正确说明变形量的大小,2）相对变形量：用轧制前、后轧件尺寸的相对变化表示变形量,相对压下量,相对宽展量,相对延伸量,h,b,3）变形系数 ：用轧制前、后轧件尺寸的比值表示变形程度 体现体积不变,延伸系数,压下系数,宽展系数,1,3）真应变（对数变形）：都是变形后/变形前 可加性、体积不变关系,0,0,4）,2、咬入条件,2.1咬入条件 咬入

5、：依靠旋转的轧辊与轧件之间的摩擦力将轧件拽入变形区的现象。 咬入条件即实现咬入的力学条件,2.1.1开始咬入时轧件的受力分析,T0,T0,轧件与轧辊开始接触瞬间作用力图解,P,P,轧件对轧辊,轧辊对轧件,咬入条件分析： 当NxTx 不能咬入 当NxTx 恰能咬入 当NxTx 能咬入 咬入条件为： NxTx NxNSin， TxTcosfNcos ftan ， 摩擦系数可用摩擦角表示 ，ftan 即咬入条件为： ,三种情况的合力作用情况,2.2 稳定轧制条件,当轧件被轧辊咬入后开始逐渐充填辊缝，在轧件充填辊缝过程中，轧件前端与轧辊轴心联线间的夹角不断减小，如图所示。当轧件完全充满辊缝时，0，开始

6、稳定轧制阶段。,轧件充填辊缝过程中作用力条件的变化图解,2.2.1分析稳定轧制过程的轧件受力 简化处理：设合力作用在接触弧的中点 合力作用点的中心角随着轧件逐渐填充辊缝，合力作用点内移，由开始逐渐减小。当轧件充填辊缝，即过渡到稳定轧制阶段，合力作用点位置固定下来，所对应的中心角也不再发生变化，并为最小值。 即 /Kx， Kx合力作用点系数,Nxtanay/Kx 或yay/Kx fy，y稳定轧制阶段的摩擦系数和摩擦角 ay稳定轧制阶段的咬入角 达到稳定轧制阶段时ay/2 所以 yay/2,分析稳定轧制条件轧辊对轧件的作用力，以寻找稳定轧制条件,fytan,假设由咬入阶段过渡到稳定轧制阶段的摩擦系

7、数不变且其他条件都相同，则稳定阶段的允许咬入角比咬入阶段的咬入角近似认为大2倍。 稳定轧制条件： yay/2,2.3 咬入阶段与稳定轧制阶段咬入条件的比较 极限咬入条件 a 极限稳定轧制条件ayKx y 二者比值为：ay Kx a 由上式可以看出，极限咬入条件与极限稳定轧制条件的差异取决于Kx与y/两个因素，也就是合力作用点位置与摩擦系数的变化。,y,2.3.1因素分析,1、合力作用点位置或系数Kx的影响 合力作用点愈向出口移动，Kx值越高，则ay越高，即在稳定轧制阶段允许实现较大的咬入角。 2、摩擦系数的影响 冷轧时 y/1 受温度和氧化皮影响小,Kx 22.4 热轧时y/1 摩擦系数降低，

8、 Kx 1.51.7,2.4改善咬入的途径,1.降低咬入角,由可知，应使 ， 1、减小方法 由arccos(1-h/D） 1）减小压下量 2）增大D,增大轧辊直径的咬入情况,生产中常用方法： 3）采用开始小压下或采用带有楔形端的钢坯进行轧制的方法,带楔形端轧件咬入,2、提高的方法 轧制中摩擦系数主要与轧 辊和轧件的表面状态、轧制时轧件对轧辊的变形抗力以及轧辊线速度的大小有关1）改变表面状态，如清除氧化皮。 2）合理调节轧制速度，随轧制速度提高摩擦系数降低，采取低速咬入。 3）改变润滑情况等。,复习题,1、在650mm轧机上轧制软钢，轧件的原始厚度为180mm，用极限咬入条件时，一次可压缩100mm，求摩擦系数。 2、在650mm轧机上轧制的钢坯尺寸为100200300mm（高宽长），压下量为35mm，试计算变形区各基本参数及轧后轧件尺寸（忽略宽展）。 3、推导咬入条件，并绘出当 轧辊对轧件作用力及其合力 F 图示 。,