2轧制过程建立 优质轧材的生产来自于合理的轧制生产过程,轧制生产过程的正确制定与对轧制变形规律的掌 握程度是密不可分的。为了了解和控制轧制过程,必须对轧制过程形成的变形区有一定的了解。 21简单轧制过程 为了揭示轧制过程的变形规律,本章将以应用最为广`泛,最具代表性的简单轧制过程为例,定 性分析各种轧制过程所共同具有的变形規律及相关参数。简单轧制过程是轧制理论硏究的基本对象, 它应具备以下条件:轧件除受轧辊作用外,不受其它任何外力作用;两个轧辊均为主传动,且其直 径相等,转速相同;轧制过程对两个轧辊完全对称;轧件的机槭性质均匀。 理想的简单轧制过程在实际生产中很难找到,但是为了讨论问题方便,常常把复杂的轧制过程 简化成简单轧制过程 22变形区主要参数 22.1轧制变形区及主要参数 轧制变形区是指轧件充填辊间那部分金属体积,即从轧件入辊的垂直平面到轧件出辊的垂直平 面所围成的区域AABB1(图2-1),通常又把它称为几变区。轧制变形区主要参数有: (1)咬入角(a) 轧件与轧辊相接触的圆弧所对应的圆心角称为咬入角(亦称接触角)。由图2-1看出,压下量 与轧辊直径及咬入角之间有如下关系 △h=2(R- Rcos a) 由csa=1-h,得 aVR 当a很小时(a<10°-15°。取 aa,可得 R 式中D,R轧辊的直径和半径;△h一压下量。 为了简化计算,把M,D和a三者之间的关系绘制成计算图,如图2-2所示。已知Mh,D 和α三个参数中的任意两个,便可根据计算图求出第三个参数 变形区内任一断面的高度hx,可按下式求得: hx= Ahx+h=D(1- cos ax)+h (2-2) 或hx=H-(△h-△hx)=H-[D(1-cosa)-D(1-cosa) h= H (2)接触弧长(l) 轧件与轧辊相接触的圆弧的水平投影长度称为接触弧长,即图2-1中的AC段。通常又把AC 称为变形区长度。接触弧长度随轧制条件不同而不同,一般有以下三种情况: 1)两轧辊直径相等时接触弧长度由图2-1中的儿何关系可知: =1R△h△△h2 (2-4)
第二篇。轧制原理 由于式(2-4)中根号里第二项较第一项小得多,因此可以忽略不计,则接触弧长度计算公式变为 1=√R△h 用式(2-5)求出的接触弧长度实际上是AB弦的长度,可用它近似地代替AC长度 2)两轧辊直径不等时接触弧长度可按下式确定: 2R,R △h VR,+R2 10 1000 图2-1变形区的几何形状 图2-2△h、D和a三者之间的关系计算图 3)轧辊和金属产生弹性压缩时接触弧长度。 由于金属与轧辊间的压力作用,轧辊产生局部的弹性压缩变形,此变形可能很大,尤其在冷令轧 薄板时更为显著。轧辊的弹性压缩变形一般称为轧辊的弹性压扁,使接触弧长度增加。另外,金属 在辊间发生塑性变形时,也伴随产生弹性压扁变形,此变形在金属出辊后即开始恢复,这也会增大 接触弧长度。因此,在热轧薄板和冷轧时,必须考虑轧辊和金属的弹性压扁变形对接触弧长度的影 响(图2-3)。 如果用Δ和Δ,分别表示轧辊与金属的弹性压缩量, 为使金属轧制以后获得△h的压下量,必须把每个轧辊再 压下Δ1+△Δ,。此时金属与轧辊的接触弧线为图2-3中 的AB,C曲线,其接触弧长度为 C A,D和B,C可分别从图2-3的几何关系中找出 A1D=√A02-(08-DB,)2=√R2-(R-DB B. 展开上两式中的括号,由于DB,与B,B,的平均值较轧辊半图2-3弹性压缩时接触弧长度 径与它们的乘积小得多,故可以忽略不计,得: =√2R.DB;BC=√2RB1B 因为 Ah DB= 2+△+△2:B1B.=△,+△ 所以 x1+x0=A2D+B1C=√R△h+2R(△1+△2)+√2R(△1+△2)
轧制过程建立 或者′=√R△h+x2+x0 这里 x=√2R(△1+△2) (2-9) 轧辊和金属的弹性压缩变形量△1和△2可以用弹性理论中的两圆柱体相互压缩时的计算公式 求出 ITE TE 式中q-圆柱体单位长度上的压力,q=2x0p(D—平均单位压力);v1、v2一轧辊与金 属的泊桑系数:E1、E2轧辊与金属的弹性系数。 将△1和△2的值代入公式(2-8),得: (2-10) 把x之值代入公式(2-8),即可计算出之值。金属的弹性压缩变形很小时,可忽略不计,即 Δ,≈0,则可得只考虑轧辊弹性压缩时接触弧长度计算公式—西齐柯克公式 (2-11) =、R△b+【82"R2+81“R 222轧制变形表示方法 (1)用绝对变形量表示 用轧制前、后轧件绝对尺寸之差表示的变形量称为绝对变形量。绝对压下量为轧制前、后轧件 厚度H、h之差,即△h=H-h;绝对宽展量为轧制前、后轧件宽度B、b之差,即Δb=b-B 绝对延伸量为轧制前、后轧件长度L、l之差,即Δ=l-L;用绝对变形不能准确地说明变形量的 大小,但在变形程度大的轧制过程中常用 (2)用相对变形量表示 轧制前、后轧件尺寸的相对变化表示的变形量称为相对变形量。 相对压下量: 或ln 相对宽展量: 100% b×100 相对延伸量 100%:或 100 前两种表示方法只能近似的反映变形的大小,但较绝对变形表示法更准确,后一种方法导自移 动体积的概念,能够正确地反映变形的大小。由于取用对数值计算较为麻烦,故在简单轧制条件下, 常采用前两种表示方法。 (3)用变形系数表示 用轧制前、后轧件尺寸的比值表示变形程度,此比值称为变形系数。 压下系数 H (2-13) 宽展系数: 延仲系数 根据体积不变原理,三者之间存在η=μ·β的关系。变形系数能够简单而正确地反映变形的大 小,因此在轧制变形方面得到极为广泛地应用。 15
第二篇。轧制原理 23轧制过程建立条件 轧件与轧辊接触开始到轧制结束,轧制过程一般分为三个阶段。从轧件与轧辊开始接触到充满 变形区结束为第一个不稳定过程;轧件充满变形区后到尾部开始离开变形区为稳定轧制过程:尾部 开始离开变形区到全部脱离轧辊为第二个不稳定过程。轧制过程能否建立就是指这三个过程能否顺 利进行。在生产实践过程中,经常能观察到轧件在轧制过程中出现卡死或打滑现象的发生,说明轧 制过程出现障碍。下面分析影响轧制过程顺利进行的两个重要条件。 23.1咬入条件 轧制过程能否建立,首先决定于轧件能否被旋转轧辊顺利曳入,实现这过程的条件称之为咬 入条件。轧件实现咬入过程,外界可能给轧件推力或速度,使轧件在碰到轧辊前已有一定的惯性力 或冲击力,这对咬入顺利进行有利。因此,轧件如能自然地被轧辊曳入,其它条件下的曳入过程也 能实现。所谓“自然咬入”是指轧件以静态与辊接触并被曳入,轧件受力分析如图2-4所示。 图2-4咬入时轧件受力 图25轧件充填锻缝过程中作用力条件的变化图解 (a)充填辊缝过程;(b)稳定轧制阶段 在接触点(实际上是一条沿辊身长度的线)轧件受到轧辊对它的压力N及摩擦力T作用。N沿 轧辊径向,T沿轧辊切线方向且与N力垂直。T与N满足库伦摩擦定律 式中∫一摩擦系数。 定义轧制中心线为轧件纵向对称轴线,则咬入条件为轧制线上沿轧制方向力的矢量和大于或等 于零,即 T.-N≥0 f≥tana (2-18) 由于摩擦系数可用摩擦角β表示,f=tanB B≥a (2-19) 即咬入条件为摩擦角β大于咬入角α,β越大于α,轧件越易被曳入轧辊内。 当a=B时,为咬入的临界条件,把此时的咬入角称为最人咬入角,用an表示。它取决于 轧件和轧辊的材质、接触表面状态和接触条件等。 23.2稳定轧制条件 轧件被轧辊曳入后,轧件前端与轧辊轴心连线间夹角δ不断减小(图2-5(a),一直到δ=0 图2-5(b),进入稳定轧制阶段。表示T与N之合力F作用点的中心角φ在轧件充填辊缝的 过程中不断变化。随着轧件逐渐充满辊缝,合力作用点向轧件轧制出口方向倾斜,φ角自φ=a逐 渐减小,向有利于曳入方面发展。进入稳定轧制阶段后,合力F对应的中心角q不再发生变化,并
2轧制过程建立 为最小值,即 K 式中Kx-合力作用点系数:a,—稳定轧制阶介段咬入角 假设稳定轧制阶段接触表面摩擦系数为f,轧件厚度、压下量、轧制力和其它相关参数均保 持不变,根据力学理论可得 ansK·B 式中B,一摩擦角。 该式表明,当a,≤K,B,时,轧制过程顺利进行,反之,轧件在轧辊上打滑不前进。一般, 稳定轧制阶段,p=a,/2,即K,≈2,故可近似写成B,≤a,/2。因此,假设由咬入阶段过 渡到稳定轧制阶段的摩擦系数不变及其它条件相同时,稳定轧制阶段最大咬入角是刚刚咬入时最大 咬入角两倍 从咬入时β≥a到稳定轧制时B≤a,12之比较可以看出:开始咬入时所要求的摩擦条件 高,即摩擦系数大;随轧件逐渐充填辊间,水平曳入力逐渐增大,水平推出力逐渐减小,越容易咬 入;开始咬入条件—经建立起来,轧件就能自然地向辊间充填,建立稳定轧制过程;稳定轧制过程 比开始咬入条件容易实现。 23.3改善咬入条件的措施 改善咬入条件可以更顺利地完成轧制过程,是提高轧机生产率潜在措施之一。对于咬入条件, 凡是能够降低咬入角α和提高摩擦甪β的措施皆有利J咬入。降低咬入角的通常方法有:用钢锭小 头先送入轧辊或以带有楔形端的钢坯进行轧制;用外力将轧件强制推入轧辊中,由于外力使轧件前 端被压扁,相当于减小了前端接触角。提高β的方法有:通过清除轧件表面氧化件皮、轧辊上刻槽、 滚花等方法改变轧件或轧辊的表面状态,以提高β;由于低速轧制可以提高摩擦系数,故可实行低 速咬入,快速轧制的方法 17