轧制理论与工艺

前滑值： S
h

vh v 100 % v
后滑值：
SH
v cos vH 100 % v cos
• 前后滑之间的关系：
1 Sh 1 S H cos
轧制过程基本理论－轧制过程的前滑与后滑
轧制过程基本理论－轧制过程的前滑与后滑
• 轧件在变形区内各不同断 面上的运动速度
轧制过程基本理论－轧制过程的宽展
• 宽展的分类
在不同的轧制条件下，轧件在轧制过程中的宽展形式是不同的。根据金属沿横 向流动的自由程度，宽展可分为： 1.自由宽展 轧件在轧制过程中，被压下的金属横向流动时，具有向垂直于轧
制方向的两侧自由移动的可能性，此时金属流动除受接触摩擦的影响外，不
受其他任何的阻碍和限制，这种情况称为自由宽展。 2.限制宽展 轧件在轧制过程中，金属横向移动时，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的条件，此时产生的宽展 称为限制宽展。由于孔型侧壁的限制作用，使横向流动体积减小，因此所形 成的宽展小于自由宽展。 3.强制宽展 轧件在轧制过程中，金属横向流动时，不仅不受任何阻碍，且受 有强烈的推动作用，使轧件宽度产生附加的增长，此时产生的宽展称为强迫 宽展。由于出现有利于金属横向流动的条件，所以强迫宽展大于自由宽展。
1)材料塑性之变形阻力（应力-应变图 ）
应力
屈服点
应变%
轧制过程基本理论－轧制压力
2)轧下率R 轧辊压力P C B R1 A R2 R3 D
接触弧长 O L1 L2 L3
轧制过程基本理论－轧制压力
3)工辊辊径 轧辊负荷P
D3 D2
D1
轧下率%
不同辊径对轧延负荷的影响（zelikow)
其中D为工辊辊径
2
2f
轧制过程基本理论－轧制过程的前滑与后滑
• 前滑的计算公式
前滑公式的推导是以变形区各横断面秒流量体积不变的条件，即Fxvx＝常数 为出发点：v h v h
h


v v cos
h h D1 cos
vh h D 1 cos cos v h
l
2 1 1 Rh 8 R p E1 2 2 1 1 8 Rp E1
轧辊与轧件弹性压扁时接触弧长度
1、E1分别为轧辊的泊松系数与弹性模量； 式中：
p 为平均单位压力；
轧制过程基本理论－轧制过程基本概念
• 轧制变形的表示方法
1.绝对变形量（以绝对值表示轧件厚度方向的变化）
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
摩擦角β与摩擦系数 f 的关系： tanβ＝f， 则： • 极限咬入条件： α＝ β
上轧辊对轧件作用力分解图
•
自然咬入条件：
α < β（咬入角小于摩擦角）
轧制过程基本理论－实现轧制过程的条件
• 稳定轧制条件
• 中性角γ的确定
根据轧件受力平衡条件确定中性面的位置及中性角γ的大小。 不计轧件宽展，考虑到作用在轧件单位宽度上的所有作用力在水平方 向上的分力为零，即： Q1 Q0 x p sin Rd t cos Rd t cos Rd 0 x x x x x x x x x
轧制基本理论介绍（一）
武继权
2012.04.10
主
要
内
容
1. 轧制过程基本概念
2. 实现轧制过程的条件
3. 轧制过程的前滑与后滑
4. 轧制过程的宽展
5. 轧制压力
轧制过程基本理论－轧制过程基本概念
• 轧制过程的定义：轧制过程就是 依靠旋转的轧辊与轧件之间形成 的摩擦力将轧件拖进辊缝内，使 轧件受到压缩产生塑性变形的过 程。 • 轧制的作用：轧制过程不仅要使
轧件获得所要求的形状和尺寸精
度，而且还必须改善轧件的组织 和性能。
简单轧制过程示意图
轧制过程基本理论－轧制过程基本概念
• 咬入角（α）
定义：轧件与轧辊相接触的圆弧所 对应的圆心角；
Δh cosα 1 2 sin cos α 1 ; 2 D
2
o 当α很小时，（ 10 ~ 15）；
轧件逐渐填充辊缝的过程中，中心角 φ逐渐减小；当轧件完全充满辊缝时， 开始了稳定轧制阶段，中心角φ值为 最小值，且不再发生变化。 y 即：

Kx
Kx：合力作用点系数 y ：稳定阶段咬入角 极限稳定轧制条件：
y Kx y
稳定轧制条件：
简单轧制稳定轧制阶段轧件受力分解图
y Kx y
1 ln
2 ln
b ; B
3.变形系数
压下系数：＝ H ; 宽展系数： ＝
h
b ; B
延伸系数：
＝
l L
轧制过程基本理论－实现轧制过程的条件
• 咬入条件
咬入的概念：依靠旋转的轧辊与轧件之间 的摩擦力将轧件拖入轧辊之间。
在没有附加外力作用的条件下，咬入力Tx 与阻力Nx的关系：
根据体积不变条件，相对于轧辊来说： a.轧件在前滑区超前于轧辊，而且在 出口处速度达到最大； vh>v b.在后滑区轧件速度落后于轧辊线速 度的水平分量，在入口处的速度最 小； vH<vcosα c.在中性面上轧件速度与轧辊的水平 分速度相等； vγ=vcosγ
轧制过程轧辊与轧件速度示意图
轧制过程基本理论－轧制过程的前滑与后滑
轧制过程基本理论－轧制压力
4)摩擦阻力 轧辊压力P 中心点移动轨迹
μ3
μ2 μ1 其中：μ3>μ2>μ1
接触弧长
摩擦系数的影响
轧制过程基本理论－轧制压力
5)张力作用
轧延负荷P
后张 张力 N1 L
前张
O1
O2 M
N O O3
N2 E N3
D C B A
增加
接触弧长
轧制过程基本理论－轧制压力的计算
变化，因此在板带材生产中一般都应力争高精度轧制和按负公差轧制。
2、板形：指板带材是否产生波浪与瓢曲，板形要平坦，才好使用。普通中 厚板，每米长度上的瓢曲度不得大于15mm，优质板不得大于10mm,普 通薄板小于20mm。板形不良的主要原因是变形的不均匀。 3、表面质量好：钢板多用作外围构件，必须保证表面质量。 常见的表面缺 陷有：气泡、结疤、拉裂、刮伤、折叠、裂缝、夹杂和压入氧化铁皮， 这些缺陷极易成为应力集中的薄弱环节。 4、性能：有机械性能、工艺性能和某些钢板的特殊物理或化学性能。
0

0
2b
px：单位压力；
tx，tx’：后滑区和前滑区单位摩擦力；
b：轧件宽度； R：轧辊半径； Q0，Q1：作用在轧件上的后张力和前张力；
轧制过程基本理论－轧制过程的前滑与后滑
• 中性角γ的确定
为了计算简便，假设单位压力px沿接触弧均匀分布，且令tx＝fpx时（f 为摩 擦系数），上页的公式经积分可导出带前后张力的计算公式：
取
sin

2


2
，
α Δh R
可得近似解：
简单轧制过程的变形区形状
轧制过程基本理论－轧制过程基本概念
• 接触弧长度（l）
定义：轧件与轧辊相接触的圆弧的水平投影长 度；
h 2 ; 对于简单轧制过程： l Rh 4 2
4
由于 h 比 RΔh小得多，可以忽略，则：
l Rh
Hitchock公式：
（待续）
谢 谢！
压下量：Δh=H - h； 宽展量：Δb=B - b ； 延伸量：Δl=L - l 2.相对变形量（决定变形量与轧前厚度的比值，一般用百分比表示） a.公称应变： b.真应变：
e1
H h 100 %; H h ; H
e2
Байду номын сангаас
bB 100 %; B
3 ln
l L
e3
lL 100 % L
Sh vh v v
E.芬克前滑公式：
Sh
Sh
D cos h 1 cos
h
S.艾克隆得前滑公式：
2 D
1 2 h
D.德雷斯登公式：
Sh
2
h
R
热轧轧延理论P61
轧制过程基本理论－加热理论
加热的过程既通过 燃料燃烧所释放出 来的热量传递给要 加热的工件。其中 热量传递的过程有 热传导、对流及热 辐射等。对于再加 热炉温度高于1100 度，主要是以辐射 传热为主。
宽展沿轧件横断面高度分布
轧制过程基本理论－轧制压力
轧延力:轧机将板材由一截面积，经轧辊轧延后减至另一较小的截面积时， 对板材所施加的力。主要包括轧辊与板材中间的摩擦力合板材塑性 变形之变形抗力。 轧制力的主要影响因素： 材料的变形抗力 张力作用 工辊直径 轧下率 轧机的刚性 磨擦阻力
轧制过程基本理论－轧制压力
sin sin 1 cos Q1 Q0 2 2f 4 pfbR
当Q1＝Q0或者Q1＝Q0＝0时的中性角公式：
sin sin 1 cos 2 2f

2 sin 当α很小时， ， sin ， 1 cos 2 sin 2 可得到中性角的简化公式： 1
y ：稳定轧制阶段摩擦角
轧制过程基本理论－轧制过程的前滑与后滑
• 前滑与后滑现象
轧件的延伸是由于被压下的金属向轧辊入口和出口两个方向流动的结果。
在实际的轧制过程中，轧件出口速度vh大于轧辊在该处的线速度，即vh>v的现 象称为前滑现象。 而轧件进入轧辊的速度vH小于轧辊在该处的线速度v的水平分量：vcosα的现 象称为后滑现象。