轧制变形理论第一至第五章

沿轧件断面高度方向上金属流动分布不均匀
1-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 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 7一临界面金属流动速度 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
流动速度分 布均匀
1 cos 2(sin

2 sin( / 2) / 2
)2
h / R
7
h / R
8
2）变形区长度 l
轧件和轧辊接触圆弧的水平投影长度
两轧辊直径相等时：
l 2 R2 (R h 2 ) 2
2 h l 2 R h 4
h 2 l Rh 4


径向反作用力N： 水平分力Nx，垂直分力Ny 切线摩擦力T: 水平分力Tx，垂直分力Ty
作用力的功能：



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 水平分力Nx阻止轧件进入轧辊辊缝。 水平分力Tx与轧件运动方向一致，力图 26 将轧件咬入轧辊辊缝
上轧辊对轧件作用力分解

y y
Kx
y
2
y
y
2
y 2 y
如果假设稳定轧制阶段的摩擦系数不变且其它条件相同时，稳定 轧制阶段允许的咬入角比咬入阶段的咬入角可以大Kx倍，或近似地 认为大2倍。 在生产实践中“带钢压下”。
33
2.3 咬入阶段和稳定轧制阶段咬入条件的比较
极限咬入条件 理论上允许的极限稳定轧制条件
l / h <0.5～1.0时金属流动速度与应力分布
22

沿轧件宽度方向上的流动规律
纵向受摩擦阻力σ3 横向受摩擦阻力σ2 根据最小阻力定律可把轧制变形区分成4部分：
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σAB， 削弱延伸，使得宽展区收缩
两侧宽展区：金属横向流动增加宽展
23
2、 咬入条件和轧制过程的建立
相对位移体积：位移体积与物体的体积之比。
Z轴方向的相对位移体积：
Vz0 Vz h ln 1 V h0
Y轴,X轴方向的位移体积：
b1 V y V ln b0
Vx V ln l1 l0
Y轴，X轴方向的相对位移体积：
b V ln 1 V b0
0 y
Vy
Vx0
Vx l ln 1 V l0
轧件与轧辊接触面之间的几何区， 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 。
6 简单理想轧制过程示意图
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*cosα △h=D(1-cosα) △h≈Rα2
自然咬入


摩擦角大于咬入角时才能自然咬入 合力F的水平分力Fx与轧制方向相同
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上轧辊对轧件作用力分解
力的关系分析：
N x N sin
Tx T cos Nf cos
Tx = Nx 时
N sin Nf cos
tan f
极限咬入条件

咬入力和咬入阻力处于平衡状态 轧辊对轧件作用力的合力F是垂直方向，无水平分力
E1－轧辊的弹性模量
13
迭代法求解时变形区长度 l „公式
l Rh
2P 1 v12 R R(1 8 ) hB E1
P为总轧制压力，未 知。 需要迭代求解
14
1.1.2 金属在轧制变形区内的流动规律 沿轧面高向上的变形分布
均匀变形理论 不均匀变形理论
15

沿轧件断面高度方向上的变形分布不均匀
l R h
9
3）接触面积
接触面水平投影面积。
BH b F B l R h 2
10 简单理想轧制过程示意图
考虑轧辊和轧件弹性变形时
1）咬入角 (h 1 ) / R
△1轧辊的弹性变形 △2轧件的弹性变形
11
2）变形区长度 l '
弹性压扁造成的接触弧长增加量可达30－100％
轧制变形理论 第一至第五章
1
1、轧制过程的基本概念
本节应掌握的知识点： 轧制变形区的概念 咬入角α 接触弧长度l

轧制变形的表示方法:
压下量，宽展量，延伸量
金属在变形区内的流动规律
2
1.1 轧制变形区的几何参数 轧制过程－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。
21
变形不均匀性与变形区形状系数的关系 变形区形状参数： l / h

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 l / h <0.5～1.0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。
l / h >0.5～1.0时 ：轧件高度相对于接触弧长不太大时，
38
3 轧制过程中金属的变形
本节应掌握的知识点： 1. 宽展的分类 2. 影响宽展的因素 3. 简单轧制时宽展量的计算
39
3.1 轧制时金属变形的基本概念及变形系 数 1)基本概念 压下：高度方向变形 宽展：宽度方向变形 延伸：长度方向变形
40
2） 工程变形系数 (1)压下：h=h0-h 相对压下：h=h/h0 (2)宽展： b=b0-b 相对宽展： b= b/b0 (3)延伸： l=l-l0 相对延伸： l= l/l0
水平段为表面粘着区
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
16
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。 17 粗晶区的存在会降低带钢的延伸率，冷弯性能变差。
29
上轧辊对轧件作用力分解
力的关系分析：
N x N sin
Tx T cos Nf cos
Tx < Nx 时
N sin Nf cos
tan f


摩擦角小于咬入角，不能自然咬入 合力F的水平分力Fx逆轧制方向
30
2.2 稳定轧制条件
•当轧件被轧辊咬入后开始逐渐填充辊缝， •在此过程中，轧件前端与轧辊轴心连线间的夹角δ不断减小 表示合力作用点的中心角φ自φ＝α开始逐渐减小。合力F逐渐 向轧制方向倾斜，有利于咬入。 •当轧件完全充满辊缝时，δ＝0，合力F的作用点的位置也固 31 定下来，中心角φ不再发生变化，开始稳定轧制阶段
三种情况： Tx < Nx Tx ＝Nx Tx > Nx
不能实现自然咬入 平衡状态 可以实现自然咬入
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上轧辊对轧件作用力分解
力的关系分析：
N x N sin
Tx T cos Nf cos
Tx > Nx 时
N sin Nf cos
tan f
令
tan f
临界面上金属流动 速度分布均匀，等 于轧辊水平速度
表面层流动速度大， 中心层流动速度小
流动速度 分布均匀 表面层流动速度小， 中心层流动速度大
18

沿轧件断面高度方向上金属应力分布不均匀
“+”－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
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轧制变形区
I-易变形区；II-难变形区；III-自由变形区
DB3 h 1 2 2
B1B3 1 2
h x1 2 R 1 2 2
x2 2R1 2
x1 R h
h l x1 x2 2 R 1 2 2 R1 2 2
（1）降低α角途径
1)增加轧辊直径D 2)减小压下量
h arccos 1 D

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生产中降低 α的方法： 1）用钢锭的小头先送入轧 辊或以带有楔形端的钢 坯进行轧制 。
优点：保证顺利的自然咬入和进行稳定轧 制，并对产品质量亦无不良影响。
2)强迫咬入
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（2）提高的方法 1)改变轧件或轧辊的表面状态，以提高摩 擦角。 2)合理的调节轧制速度，轧制速度提高， 摩擦系数降低。 （3）增加轧件与轧辊的接触面积或采用合 适的孔型侧壁倾角（在孔型轧制情况下）。
知识点：
咬入条件 稳定轧制条件 改善咬入条件的途径

24
2.1 平辊轧制的咬入条件
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N 切线摩擦力T
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上轧辊对轧件作用力分解
接触瞬间轧辊对轧件的作用力：
产生条件：变形比较均匀。 平辊轧制矩形断面－－板带轧制 宽度有很大富裕的孔型内轧制－扁平孔型
轧制目的：
形状（shape）
尺寸（size） 组织 （microstructure）
3
4
1.1.1 轧制变形区
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
5
简单理想轧制：