1、1軋制變形理論第一至第五章21、軋制過程的基本概念 本節應掌握的知識點：v軋制變形區的概念v咬入角v接觸弧長度lv軋制變形的表示方法: 壓下量，寬展量，延伸量v金屬在變形區內的流動規律31.1 1.1 軋制變形區的幾何參數軋制變形區的幾何參數 靠旋轉的軋輥與軋件之間形成的摩擦力將軋件拖進輥縫之間，并使之受到壓縮產生塑性變形的過程。形狀（shape）尺寸（size）組織 （microstructure）45 軋制時軋件在軋輥作用下發生變形的部分。彈性變形區塑性變形區彈性恢復區6 軋輥直徑相同、轉速相等、軋輥為圓柱形剛體、軋件為均勻連續體,軋制時變形均勻，軋件為平板。 軋件與軋輥接觸面之間的幾何區

2、，即從軋件入軋輥的垂直平面到軋件出軋輥的垂直平面所圍成的區域ACBD 。7v簡單軋制時變形區參數間的關系 1）咬入角 軋件被咬入軋輥時軋件和軋輥最先接觸點和軋輥中心的連線與兩軋輥中心連線所構成的角度。 h/2=D/2-D/2*cos hR2 h=D(1-cos) 2/)2/sin(Rh/2)2(sin2cos18Rh/92）變形區長度 l 軋件和軋輥接觸圓弧的水平投影長度 222)2(hRRl422hhRl42hhRlhRl兩軋輥直徑相等時：103）接觸面積 接觸面水平投影面積。 hRbBlBFH211v考慮軋輥和軋件彈性變形時1）咬入角 Rh/ )(11軋輥的彈性變形2軋件的彈性變形 122

3、）變形區長度 l 彈性壓扁造成的接觸弧長增加量可達30100 hRx121122hRx2122Rx2132hDB2131BB212121222RhRxxl222xxhRl13 1和2的值可由彈性理論中關于兩個圓柱體壓縮時的計算公式來確定。考慮軋件厚度與軋輥直徑相比非常小 ，忽略軋件彈性變形：pREvpREvhRl121212118181軋輥的泊松系數 E1軋輥的彈性模量14hRl迭代法求解時變形區長度 l 公式 )1821 (121EvBhPRR P為總軋制壓力，未知。 需要迭代求解15 16沿軋件斷面高向上變形分布1-表面層；2-中心層；3-均勻變形A-A-入輥平面；B-B-出輥平面水平段為

4、表面粘著區17帶鋼表面粗晶區的形成和軋制狀態有關：1）軋制時，由于摩擦力的存在，在軋件和軋輥接觸部位存在難變形區，當軋制時潤滑條件不好時，容易在表面層產生粗晶區，可以通過開啟機架間冷卻水來改善潤滑。2）沿軋件高向上變形分布是不均勻的，表面層變形小。壓下量分配不合理時，使得軋件表面層變形量小，從而產生粗晶。粗晶區的存在會降低帶鋼的延伸率，冷彎性能變差。181-表面層金屬流動速度2-中心層金屬流動速度3-平均流動速度表面層流動速度大，中心層流動速度小4后外端金屬流動速度5后變形過渡區金屬流動速度6一后滑區金屬流動速度8一前滑區金屬流動速度9一前變形過渡區金屬流動速度10一前外端金屬流動速度7一臨界

5、面金屬流動速度流動速度分布均勻臨界面上金屬流動速度分布均勻，等于軋輥水平速度表面層流動速度小，中心層流動速度大流動速度分布均勻19“+”拉應力；“-” 壓應力；1-后外端；2-入輥處；3-臨界面；4-出輥處；5-前外端20軋制變形區I-易變形區；II-難變形區；III-自由變形區21：1）沿軋件斷面高度方向上的變形、應力和金屬流動分布都是不均勻的。2）在幾何變形區內，在軋件與軋輥接觸表面上，不但有相對滑動，而且還有粘著，在粘著區軋件與軋輥之間無相對滑動。3）變形不但發生在幾何變形區內，也產生在幾何變形區以外，其變形分布都是不均勻的，軋制變形區分為變形過渡區，前滑區，后滑區和粘著區。4）在粘著區

6、有一個臨界面，在這個面上金屬的流動速度分布均勻，且等于該處軋輥的水平速度。22變形區形狀參數：hl /0.51.0時 ：軋件高度相對于接觸弧長不太大時，壓縮變形完全深入到軋件內部，中心層變形比表面層變形大hl /hl /0.51.0時 ：軋件高度相對于接觸弧長比較大，外端對變形過程的影響更為突出，壓縮變形不能深入到軋件內部，只限于表面層附近，表面層變形比中心層大。hl /0.51.0時金屬流動速度與應力分布23縱向受摩擦阻力3橫向受摩擦阻力2根據最小阻力定律可把軋制變形區分成4部分：兩側寬展區：金屬橫向流動增加寬展前后延伸區： 金屬縱向流動增加延伸。延伸區在兩側引起張應力AB，削弱延伸，使得寬

7、展區收縮242、 咬入條件和軋制過程的建立v咬入條件v穩定軋制條件v改善咬入條件的途徑 25咬入：依靠回轉的軋輥和軋件之間的摩擦力，軋輥將軋件拖入軋輥之間接觸瞬間軋件對軋輥的作用力：徑向壓力P摩擦力T0接觸瞬間軋輥對軋件的作用力：徑向反作用力N26接觸瞬間軋輥對軋件的作用力：接觸瞬間軋輥對軋件的作用力：v徑向反作用力N： 水平分力Nx，垂直分力Nyv切線摩擦力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對軋件起壓縮作用，使軋件產生塑性變形v水平分力Nx阻止軋件進入軋輥輥縫。v水平分力Tx與軋件運動方向一致，力圖將軋件咬入軋輥輥縫27三種情況：三種情況

8、：vTx NxTx NxTx Nx不能實現自然咬入不能實現自然咬入平衡狀態平衡狀態可以實現自然咬入可以實現自然咬入28力的關系分析：力的關系分析：sinNNxcoscosNfTTxTx Nx Tx Nx 時時cossinNfNftanv摩擦角大于咬入角時才能摩擦角大于咬入角時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與軋制方向相同與軋制方向相同自然咬入自然咬入ftan令令29力的關系分析：力的關系分析：sinNNxcoscosNfTTxTx = Nx Tx = Nx 時時cossinNfNftanv咬入力和咬入阻力處于咬入力和咬入阻力處于平衡狀態平衡狀態v軋輥對軋件作用力

9、的合力軋輥對軋件作用力的合力F F是垂直方向，無水平分力是垂直方向，無水平分力極限咬入條件極限咬入條件30力的關系分析：力的關系分析：sinNNxcoscosNfTTxTx Nx Tx B1到l2B2，寬展區增加，寬展增大l2B2到l32,邊部金屬的延伸受中部金屬的抑制，產生寬展75（4）受孔型形狀的影響限制寬展或強制寬展切入孔： 凸形孔型中孔型側壁給予軋件的力： 正壓力P 摩擦力T軋件寬度方向上的橫向阻力：PxTx菱形孔： 凹形孔型中孔型側壁給予軋件的力： 正壓力P 摩擦力T軋件寬度方向上的橫向阻力：PxTx763.4 平輥軋制時寬展的計算平輥軋制時寬展的計算 1）采里柯夫公式理論依據：最小

10、阻力定律，體積不變定律變形區：兩個寬展區，前滑區，后滑區77ABC區內： 由體積不變定律，高度方向的體積減少由體積不變定律，高度方向的體積減少全部轉變為橫向移動變為寬展全部轉變為橫向移動變為寬展 距離出口斷面為(xdx)的ac斷面移動dx距離后到達bd位置，在寬展區域內壓下的體積都橫向移動形成寬展2xxdbdxh 高向減小的體積 橫向增加的體積xdhzdxxxxdhzdxdbdxh2xxxhdhzdb278當h/Hv 軋件速度低于軋輥線速度的水平分量，并在入口處的速度vH最小 vHvcos 軋件和軋輥的水平分速度相等。 v=vcosvHv 8 0.150 129穩定軋制時：穩定軋制時：當軋件溫

11、度增加時摩擦系數增加。 （2）軋輥表面粗糙度 摩擦系數隨軋輥表面粗糙度增加而增大 （1）軋件溫度的影響 5 . 020)20( ta20在20穩態軋制時的摩擦系數；t軋件溫度，；a取決于軋輥表面光潔度的修正系數： 光滑輥面 a=0.00110.0015；粗糙輥面 a=0.00350.0073)2 . 0(5 . 01 2 . 0Ra130 碳鋼軋制采用潤滑時，軋件化學成分對摩擦系數的影響可以忽略。 奧氏體不銹鋼軋制時，由于存在軋輥粘結趨勢，因此，其摩擦系數通常比碳鋼的增大1020。（4）潤滑劑粘度 （3）軋件化學成分 通常油膜厚度隨潤滑劑粘度增加而增加，因此，摩擦力也隨之下降。03. 0)(5

12、 . 05 . 050c50在50時潤滑劑粘度，m2/s10；C-對于礦物油，c=1.4，對植物油，c=1.0。131 在潤滑條件下，油膜厚度與軋制速度成正比,因此當軋制速度增加時，摩擦系數下降 （6）道次壓下量 （5）軋制速度 道次壓下量對摩擦系數的影響取決于軋件表面粗糙度以及加工硬化程度。 低碳鋼軋制，采用蓖麻油和10礦物油乳液潤滑時軋件摩擦系數隨道次壓下量的變化 132 5.7 摩擦系數的測量法1)最大咬入角法思路：用很小的推力，將軋件送向旋轉的軋輥，并在此時使軋輥的輥縫盡可能小，然后逐漸抬升上輥，使輥縫增大，達到剛好實現咬入。2)最大接觸角法思路：采用楔形件，將軋件送入固定輥縫的軋輥中，由于沿軋件長度上，壓下量逐漸增大，直至軋卡為止，此時變形區屬于全后滑。1333)前滑法思路：測出穩定軋制過程的前滑值Sh，由芬克前滑公式計算出中性角，代入三個特征角（、）公式中，求得摩擦角。4)壓力法思路：根據實測軋制壓力，計算出平均單位壓力作為實測的平均單位壓力。同時選擇恰當的平均單位壓力公式，代入適當的金屬變形抗力及摩擦系數值，使實測的平均單位壓力與計算的平均單位壓力一致。 1345)軋件強迫制動法思路：在軋件的后端作用一制動力