轧制变形理论第一至第五章课件.ppt

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1、1,轧制变形理论第一至第五章,2,1、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,3,1.1 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。,轧制目的：形状（shape）尺寸（size）组织 （microstructure）,4,5,1.1.1 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,6,简单理想轧制过程示意图,简单理想轧制： 轧辊直径相同、转速相等、轧辊为圆柱形刚体、轧件为均

2、匀连续体,轧制时变形均匀，轧件为平板。几何变形区： 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 。,7,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*cos,hR2,h=D(1-cos),8,9,2）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：,10,3）接触面积 接触面水平投影面积。,简单理想轧制过程示意图,11,考虑轧辊和轧件弹性变形时,1）咬入角,1轧辊的弹性变形2轧件的弹性变形,12,2）变形区长度 l 弹

3、性压扁造成的接触弧长增加量可达30100,13,1和2的值可由弹性理论中关于两个圆柱体压缩时的计算公式来确定。考虑轧件厚度与轧辊直径相比非常小 ，忽略轧件弹性变形：,1轧辊的泊松系数 E1轧辊的弹性模量,14,迭代法求解时变形区长度 l 公式,P为总轧制压力，未知。 需要迭代求解,15,1.1.2 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,16,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,水平段为表面粘着区,沿轧件断面高度方向上的变形分布不均匀,17,带钢表面粗晶区的形成和轧制状态有关：1）轧制时，由于摩

4、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。粗晶区的存在会降低带钢的延伸率，冷弯性能变差。,18,1-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,沿轧件断面高度方向上金属流动分布不均匀,表面层流动速度大，中心层流动速度小,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,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,7一临界面金属流动速度,

5、流动速度分布均匀,临界面上金属流动速度分布均匀，等于轧辊水平速度,表面层流动速度小，中心层流动速度大,流动速度分布均匀,19,“+”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,沿轧件断面高度方向上金属应力分布不均匀,20,轧制变形区I-易变形区；II-难变形区；III-自由变形区,21,不均匀变形理论：1）沿轧件断面高度方向上的变形、应力和金属流动分布都是不均匀的。2）在几何变形区内，在轧件与轧辊接触表面上，不但有相对滑动，而且还有粘着，在粘着区轧件与轧辊之间无相对滑动。3）变形不但发生在几何变形区内，也产生在几何变形区以外，其变形分布都是不均匀的，轧制

6、变形区分为变形过渡区，前滑区，后滑区和粘着区。4）在粘着区有一个临界面，在这个面上金属的流动速度分布均匀，且等于该处轧辊的水平速度。,22,变形不均匀性与变形区形状系数的关系变形区形状参数：,0.51.0时 ：轧件高度相对于接触弧长不太大时，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,0.51.0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。,0.51.0时金属流动速度与应力分布,23,沿轧件宽度方向上的流动规律纵向受摩擦阻力3横向受摩擦阻力2根据最小阻力定律可把轧制变形区分成4部分：,两侧宽展区

7、：金属横向流动增加宽展,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AB，削弱延伸，使得宽展区收缩,24,2、 咬入条件和轧制过程的建立知识点：咬入条件稳定轧制条件改善咬入条件的途径,25,2.1 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,26,接触瞬间轧辊对轧件的作用力：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,上轧辊对轧件作用力分解,作用力的功能：垂直分力Ny和垂直分力Ty对轧件起压缩

8、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，力图将轧件咬入轧辊辊缝,27,上轧辊对轧件作用力分解,三种情况：Tx Nx,不能实现自然咬入平衡状态可以实现自然咬入,28,上轧辊对轧件作用力分解,力的关系分析：,Tx Nx 时,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,自然咬入,令,29,上轧辊对轧件作用力分解,力的关系分析：,Tx = Nx 时,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,极限咬入条件,30,上轧辊对轧件作用力分解,力的关系分析：,Tx Nx 时,摩擦角小于咬入角，不能自然咬入合

9、力F的水平分力Fx逆轧制方向,31,2.2 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不断减小表示合力作用点的中心角自开始逐渐减小。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，0，合力F的作用点的位置也固定下来，中心角不再发生变化，开始稳定轧制阶段,32,稳定轧制阶段中心角为最小值,Kx为合力作用点系数,稳定轧制阶段力的分析,fy，y，y为稳定轧制阶段的摩擦系数，摩擦角，咬入角,33,稳定轧制阶段当沿接触弧应力均匀分布时，在这种情况下，合力作用点在接触弧的中点，合力作用点系数Kx约为2，则,如果假设稳定轧制阶段的摩擦系数不变且其

10、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”。,34,2.3 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,极限咬入条件和极限稳定轧制条件的差异取决于Kx和y/两个因素，即取决于合力作用点位置与摩擦系数的变化。,35,2.4 改善咬入条件的方法 凡是能增加角的一切因素和减小角的一切因素都有利于咬入,36,（1）降低角途径1)增加轧辊直径D 2)减小压下量,37,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,生产中降低 的方法：1）用钢锭的小头先送入轧辊或以

11、带有楔形端的钢坯进行轧制 。,38,（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）。,39,3 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,40,3.1 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,41,2） 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：

12、 l=l-l0 相对延伸： l= l/l0,42,3 ）位移体积及对数变形系数,变形前:h0,b0,l0变形后:h1,b1,l1 设f为单元形变阶段内六面体垂直Z轴的断面面积，则有,整个变形过程中Z轴方向的位移体积：,43,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：,Y轴,X轴方向的位移体积：,Y轴，X轴方向的相对位移体积：,44,体积不变，则：,为延伸系数，为宽展系数，为压下系数,45,3.2 轧制时金属的宽展1） 宽展与其实际意义宽展： 轧制过程中轧件的高度承受轧辊压缩作用，压缩下来的体积，将移向纵向及横向。由移向横向的体积所引起的轧件宽度的变 化。 金属在孔型中轧

13、制时，宽展规律很复杂,a. 未充满-椭圆度大; b. 过充满产生耳子由于宽展估计不足产生的缺陷,46,2） 宽展分类（1）自由宽展 特点： 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，轧件宽度上线尺寸增加。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,47,（2）限制宽展 特点： 金属质点横向移动时，除受接触摩擦作用外，还受孔型侧壁的限制，不能产生自由流动,a. 箱形孔内的宽展; b.闭口孔内的宽展限制宽展,带立辊轧制,48,（3）强制宽展 特点： 金属质点横向流动不受任何阻力，而且受推动作用，使得轧件宽度产生附加的增长。强迫宽展大于自由宽展。

14、,a-凹形孔型 b-两侧金属受强烈压缩时,49,3) 宽展的组成,滑动宽展B1：变形金属与轧辊的接触面产生相对滑动所增加的宽展量。翻平宽展B2；由于接触摩擦阻力的作用，使得轧件两侧的金属在变形过程中翻转到接触表面上，使得轧件宽度增加。,鼓形宽展B3 ：由于摩擦阻力的作用，轧件两侧变为鼓形而造成的宽展,理论宽展b ：将轧制后的轧件的横断面化为同厚度的矩形之后，其宽度与轧制前轧坯宽度之差。bBhBH,50,（1）宽展沿轧件横断面高度上的分布 滑动宽展B1、翻平宽展B2和鼓形宽展B3的数值，依赖于摩擦系数和变形区的几何参数的变化。,摩擦系数值越大，不均匀变形就越严重，翻平宽展B2和鼓形宽展B3的值就

15、越大，滑动宽展越小。,51,宽展与 的关系,小，粘着区越大，因此滑动宽展小，宽展主要由翻平宽展和鼓形宽展组成。,52,沿横截面上宽展的分布,大：变形深入到中心，表面由于接触摩擦的存在，轧件侧面为单鼓形。,小：变形仅在轧件表面，不能深入到中心，宽展也仅产生在接触表面附近，轧件侧面为双鼓形。一般为轧制高轧件时发生。,一定范围：宽展在接触表面和中心层的分布时均匀的，轧件侧面为平直。,53,(2)宽展沿轧件宽度上的分布 第一种假说：以均匀变形和外区作用做为理论基础，认为宽展沿轧件宽度均匀分布。理由： 变形区与前后外区彼此时同一块金属，紧密结合在一起，对变形起着均匀作用，沿长度方向上各部分金属延伸相同，

16、宽展沿宽度分布也时均匀的。,适用范围： 轧制宽而薄的薄板时，宽展很小，甚至可以忽略，可以认为宽展是均匀的。,54,第二种假说：变形区可分为四个区域，即在两边的区域为宽展区，中间分为前后两个延伸区。,55,4） 影响宽展的因素 凡是影响变形区形状和轧辊形状的各种因素都会影响变形区内金属流动的纵横阻力比，影响变形区内金属的纵向延伸和宽展。基础： 最小阻力定律及体积不变定律。因素：高向移动体积；变形区内轧件变形的纵横阻力比，即变形区内轧件应力状态中纵向压缩主应力3/横向压缩主应力 2关系。,56,最小阻力定律，三种情况：（1）如变形在两个主轴方向是给定的，则质点只有在第三主轴一个方向流动的可能性。,

17、（2）如变形在一个主轴方向是给定了的，而在第二个主轴方向受阻，此时，在第三个主轴方向流动的多少由这两方面阻力而定，阻力小者流动的多。 （3）如变形在一个主轴方向是给定了的，而在另外两个主轴方向上，物体有自由流动的可能性，此时向阻力小的主轴流的多。,57,（1）相对压下量对宽展的影响 压下量增加，宽展量也增加。原因： 1）压下量增加时，变形区长度增加，变形区水平投影形状l/b增加，使得纵向塑性流动阻力增加，纵向压缩主应力值增大，根据最小阻力定律，金属横向运动的趋势增加。2） 增加，高向压下来的金属体积也增加。,用最短线法定律说明变形区对宽展的影响,58,59,在h、H和h为常数时宽展指数与压下率

18、的关系,60,（2）轧制道次对宽展的影响,轧制道次与宽展量的关系,轧制温度t,%,mm,1 1000 1 74.5 22.4,2 1085 6 73.6 15.6,3 925 6 75.4 17.5,4 920 1 75.1 33.2,N0.,道次数,在总压下量一定的前题下，轧制道次愈多，宽展愈小。,61,()轧辊直径对宽展的影响,随轧辊辊径的增加宽展增加,原因： 变形区长度增加，纵向流动阻力增加。即使变形区长度与轧件宽度相等，延伸量总是大于宽展量,62,（4)摩擦系数对宽展的影响,摩擦系数增加，宽展增加。影响摩擦系数的因素都影响宽展。原因：轧辊形状系数KG随摩擦系数增加而增加，使得变形区内纵

19、向阻力增加。,相对压下量,63,轧制温度对宽展的影响 低温阶段，生成氧化铁皮，摩擦系数增加，宽展增加。 高温阶段，氧化铁皮溶化起润滑作用，摩擦系数减小，宽展减小。,64,轧制速度的影响,轧制速度升高，摩擦系数减小，宽展减小。,65,轧辊表面状态的影响 轧辊表面粗糙，摩擦系数大，宽展大。轧件的化学成份的影响 合金钢的宽展比碳素钢大。轧辊化学成分的影响 钢轧辊比铸铁轧辊轧制时的宽展大。,66,（5）轧件宽度对宽展的影响,l1B1到l2B2，宽展区增加，宽展增大l2B2到l3B3，宽展区变化不大，延伸区逐渐增大。,变形区长度一定，轧件宽度逐渐增加,后滑区,前滑区,宽展区,宽展区,67,轧件宽度与宽展

20、的关系,68,（6）前、后张力对宽展的影响,69,1）孔型的基本知识 轧槽： 型钢是在带有轧槽的轧辊上轧制出来的。在一个轧辊上用来轧制轧件的工作部分，即轧制时轧辊与轧件相接触的部分。,孔型： 由二个或二个以的轧槽，在通过其轧辊轴线的平面上所构成的孔洞孔型组成：辊缝、圆角、侧壁斜度,3.3 在孔型中轧制时宽展特点,70,常用延伸孔型系统,椭圆-圆孔型系统,椭圆-立椭圆孔型系统,椭圆-方孔型系统,菱-方孔型系统,71,孔型中轧制时的变形特点由于工具形状和轧件形状的特点，变形区内的主要几何参数都不再保持常数： H，h，D，l，h,（1）沿轧件宽度的压下量不均匀,平辊轧制：hHh孔型中轧制： h？,宽

21、展的特点： 金属沿宽度的压下量不同，但轧制后轧件的长度并不因此沿着轧件宽度而不同，延伸在轧件的任何部分相同,在大压下区高向压下的金属被迫向宽度方向发展，增加了宽展；低压下区受轧件整体性的影响可能产生横向收缩现象。,72,（2）轧件与轧辊接触的非同时性使变形区长度沿轧件宽度是变化的,接触的非同时性,A点局部接触,B点接触,C点接触,D点接触,被压缩部分较小，纵向延伸困难，产生局部宽展,压缩面积逐步增大，压缩部分金属的延伸受到未压缩部分金属的抑制，产生宽展,以延伸为主,73,非同时接触对轧制的影响,局部金属产生宽展,74,（3）轧制时速度差对宽展的影响,由于12,边部金属的延伸受中部金属的抑制，产

22、生宽展,75,（4）受孔型形状的影响限制宽展或强制宽展,切入孔： 凸形孔型中孔型侧壁给予轧件的力： 正压力P 摩擦力T轧件宽度方向上的横向阻力：PxTx,菱形孔： 凹形孔型中孔型侧壁给予轧件的力： 正压力P 摩擦力T轧件宽度方向上的横向阻力：PxTx,76,3.4 平辊轧制时宽展的计算 1）采里柯夫公式,理论依据：最小阻力定律，体积不变定律,变形区：两个宽展区，前滑区，后滑区,77,ABC区内： 由体积不变定律，高度方向的体积减少全部转变为横向移动变为宽展,距离出口断面为(xdx)的ac断面移动dx距离后到达bd位置，在宽展区域内压下的体积都横向移动形成宽展,高向减小的体积,横向增加的体积,7

23、8,当h/H0.9时，忽略前滑区的宽展，得到：,79,2）S.艾克隆德公式依据： 宽展决定于压下量及轧件与轧辊接触面上纵横阻力的大小。假设条件：接触面范围内，横向及纵向的单位面积上的单位功相同；在延伸方向上，滑动区为接触弧长的2/3，粘着区为接触弧长的 1/3。根据体积不变条件，轧后宽度为：,80,3）巴赫契诺夫公式根据移动体积与其消耗功成正比的关系： 、 向宽度方向移动的体积与其所消耗功； 、 高度方向移动体积与其所消耗的功。考虑因素： 摩擦、相对压下量、变形区长度、轧辊形状、轧件宽度、前滑。适用范围： 平辊轧制和箱形孔型中的自由宽展,81,3.5孔型中轧制时宽展的计算,平均高度法轧制前轧件

24、平均高度轧制后轧件平均高度轧件的平均压下量轧辊的工作直径 带入自由宽展公式，得到孔型中的宽展,82,4 轧制过程中的运动学本节应掌握的知识点:前滑与后滑的定义及前滑值的计算；影响前滑的主要因素；中性角的确定。,83,4.1 平辊轧制时的运动学1 ）轧制时的前滑与后滑的定义轧制过程中的运动形式：轧辊转动、轧件运动、轧件内部金属的流动。轧件的延伸是被压下金属向轧辊入口和出口两个方向流动的结果,84,现象： 前滑：轧件出口速度大于轧辊在该处的线速度 前滑值：,后滑：轧件出口速度小于轧辊在该处的线速度的水平分量后滑值：,v轧辊线速度vh在轧辊出口处轧件的速度vH在轧辊入口处轧件的速度,85,延伸系数和

25、前滑、后滑的关系,由体积不变条件：,延伸由前滑和后滑组成,86,2） 轧件在变形区内各不同断面上的运动速度,假设： 轧件无宽展，且沿每个高度断面上质点变形均匀，水平运动速度一样。,在前滑区： 轧件相对于轧辊来说，超前于轧辊，且在出口处的速度vh最大 vhv在后滑区： 轧件速度低于轧辊线速度的水平分量，并在入口处的速度vH最小 vHvcos在中性面： 轧件和轧辊的水平分速度相等。 v=vcos,vHv vh,87,单位时间内通过变形区内任意横断面上的金属体积为常数,任意横断面上的速度和出口断面速度的关系为：,中性面上的速度和出口断面速度的关系为：,忽略宽展，则,忽略宽展，则,88,4.2 前滑值

26、的计算方法依据：变形区各横断面秒流量体积不变。变形区出口断面金属的秒流量应等于中性面处金属的秒流量。,89,推导过程：,前滑值：,90,前滑值：,影响前滑值的工艺参数为轧辊直径，轧件厚度，中性角,曲线1：前滑与轧件厚度呈双曲线的关系；曲线2：前滑与辊径呈直线关系；曲线3：前滑与中性角呈抛物的关系。,91,前滑值：,当中性角很小时，,爱克隆得前滑公式：,在一般生产条件下，前滑值在210之间。,92,4.3 平辊轧制时中性角的确定,中性角：中性面所对应的角为中性角，在此面上轧件运动速度与轧辊线速度的水平分速度相等。在前滑区金属力图相对轧辊表面向前滑动；在后滑区金属力图相对轧辊表面向后滑动，因此，前

27、、后滑区摩擦力的方向相反，都指向中性面。,93,作用在轧件单位宽度上得所有力在水平方向分力之和为零。即,假设单位压力沿接触弧均匀分布，则有,积分后得到中性角公式：,94,前后张力相等或无前后张力时，则,角很小时,中性角简化公式：,95,对公式 微分，微分为零时，得到中性角极大值：,即当咬入角等于摩擦角时，中性角有极大值。,中性角最大值为：,96,97,4.4 影响前滑的主要因素,98,剩余摩擦力的概念 轧件从开始咬入到轧制建成的过程中，有利于轧件咬入的水平分力Tx不断增加，而阻碍轧件咬入的水平分力Nx不断减小，Tx-Nx的差值愈来愈大，也就是咬入过程所要求的靠摩擦作用的曳入力愈来愈富余。剩余摩

28、擦力Ts,当、很小时，tg，cos1，sin,99,1） 轧辊直径的影响 前滑值随轧辊直径增加而增加 原因： 轧辊辊径增加，咬入角减小，摩擦角保持不变。稳定轧制阶段的剩余摩擦力增加，使得金属塑性流动的速度增加。,100,2）摩擦系数的影响 摩擦系数增加，摩擦角增加，剩余摩擦力增加，前滑增加。,101,3）压下率的影响 压缩变形量大，参与变形的金属增加，纵向横向变形都增加。,102,4） 轧件厚度的影响 轧后轧件厚度减小，前滑增加,103,5） 轧件宽度对前滑的影响,6） 张力的影响 张力使得前滑显著增加,104,5 轧制过程中的摩擦5.1 基本概念摩擦： 金属塑性成形时，在金属和成形工具的接触

29、面之间产生阻碍金属流动或滑动的界面阻力。作用：加工载荷；咬入能力；工件变形形状、尺寸精度、表面质量和工具磨损；工件内部的组织、性能分布。,105,5.2 轧制时摩擦机理,微观考察工件工具界面 1-硬相；2、6-基体；3-吸附膜；4-反应膜；5-表面层,摩擦机理:工具和工件的微观表面凸凹不平,（1）轧件轧辊的表面并非绝对光滑，而是有许多小的峰谷；（2）由于变形热或热加工使接触表面温度上升，会使局部熔化和焊接；（3）很少有纯的金属界面，一般它们为反应层所覆盖；（4）许多情况下，有润滑剂存在。,106,5.3 金属塑性成形时摩擦的特点,塑性加工过程中影响摩擦的因素 -变形热； -接触表面上原子的相互

30、作用； -润滑时，润滑剂的粘度、膜厚及其化学性质的作用； -塑性加工条件：变形压力、温度、速度、材质、表面状态。,107,摩擦的特点 1）是在高压力下产生的摩擦。 金属所受的单位压力，热变形时100150MPa，冷变形时5002500MPa，接触面上承受的单位压力愈高，润滑就愈困难。 2）塑性成形时，摩擦情况是不断变化的。接触面上金属各点的位移情况也不同，有滑动的，有粘着的。 由于金属的变形而不断产生新的接触表面，工具在加工过程中不断受到磨损3）很多塑性成形是在高温下进行的，金属的组织和性能不断发生变化，表面状态也在变化 。 钢的热轧： 开轧1200 至终轧900，奥氏体发生再结晶、晶粒长大,

31、轧制变形区I-易变形区；II-难变形区；III-自由变形区,108,摩擦对金属成形时的影响：1)改变金属所处的应力状态，使变形力增加，能耗增多。 热轧薄板时可使载荷增加20甚至倍以上。2)引起工件变形不均匀。 金属塑性成形时，因接触表面摩擦的作用而使金属质点流动受到阻碍，使工件各部分变形的发生，发展极不均匀。3)金属的粘结。 表层金属质点或氧化物从变形工件上转移到轧辊表面，产生轧辊表面粘结金属的现象4)轧辊磨损。 板带轧制时，常使辊形和辊面受到破坏，而影响板形和板表面质量。型钢轧制时，常使孔型局部磨损而影响型材形状尺寸精度。,109,5.4 接触摩擦理论,四种摩擦状态：干摩擦 在轧辊与轧件两洁

32、净的表面之间，不存在其他物质。 这种摩擦方式在轧制过程中不可能出现，但在真空条件下，表面进行适当处理后，在实验室条件下，一定程度上可以再现这种干摩擦过程。边界摩擦 在接触表面内，存在一层厚度为百分之一微米数量级的薄油膜。 其特性是可以承受高的载荷，同时对各层间剪切抵抗不大。在边界润滑条件下，摩擦系数很小，就是因为各层之间剪切抗力很小。,110,液体摩擦 在轧件与轧辊之间存在较厚的润滑层（油膜），接触表面不再直接接触。 例如在高速冷轧润滑情况下，属此类润滑。混合摩擦（半干摩擦和半液体摩擦）。 半干摩擦是干摩擦与边界摩擦的混合，部分区域存在粘性介质薄膜，这是在润滑表面之间，润滑剂很少的情况下出现的

33、。 半液体摩擦为液体摩擦与干摩擦或者与边界摩擦的混合。在这种情况下，接触物体之间有一个润滑层，但没有把接触表面之间完全分隔开来。在进行滑动时，在个别点上由于表面凹凸不平处相啮合，即出现了边界摩擦区或干摩擦区。在工艺润滑的冷轧变形区中常出现,111,5.5 接触剪应力沿变形接触区的分布摩擦规律 采利科夫根据 之值的大小，将轧制摩擦分为4种：（1）当 时：,1）靠近出口、入口处为滑动区，该区服从干摩擦定律；2）当单位摩擦力因为单位压力p的升高而达到k/2，即出现了黏着区。3）在黏着区中部中性点附近，出现塑性变形停滞区，该区域内没有塑性变形发生，摩擦力近似按直线规律变化。,112,（2）当 时 ：,

34、1）靠近出口、入口处为滑动区，该区服从干摩擦定律；2）由于接触弧长度不足以使得单位摩擦力达到k/2，因此单位摩擦力常数区域消失，塑性变形停滞区就开始发生。塑性变形停滞区内，该区域内没有塑性变形发生，摩擦力近似按直线规律变化。摩擦力沿接触弧呈三角形.,113,（3）当 时：,黏着发生在整个变形区，金属沿接触弧滑动的趋势非常小，摩擦力可用近似停滞区的三角形分布表示.,114,（4）当 时：,金属沿接触弧滑动的趋势更小,摩擦力可用近似停滞区的三角形分布表示.,115,在实际轧制过程中，变形区内各点的摩擦力方向,a)轧辊接触区投影 ; b)中性面上的摩擦力分布变形区内摩擦力的分布,116,5.6 确定

35、轧制时摩擦系数的方法决定摩擦系数的因素：表面接触状态和接触条件 ；润滑本身的特征 。三种类型的摩擦系数：咬入时的摩擦系数轧辊沿整个接触表面打滑时的摩擦系数稳态轧制时的摩擦系数。,117,1)热轧时的摩擦系数的确定,咬入时的摩擦系数： 通过用实验方法测定极限咬入角来确定的。,118,艾克隆德研究了热轧低碳钢（0.15%C）咬入时的摩擦系数： e=k(1.05-0.0005t) （不低于）对于冷硬光滑表面铸铁辊k=0.8；对于钢轧辊，k=1.0，t为轧件温度。斯米尔诺夫式： 考虑因素：轧件温度，轧辊表面粗糙度、轧件化学成分以及轧辊速度 。 e =0.7935-0.000356t+0.012(Ra)

36、1.5k1k2 Ra轧辊的算术平均表面粗糙度，m。k1=1-(0.348+0.00017t)C C钢中碳含量百分数。k2取决于轧辊速度，,119,对于各种轧辊表面状态时的最大咬入角和咬入时的摩擦系数，乌萨托斯基给出了实验结果。最大咬入角和咬入摩擦系数随轧辊表面粗糙度的增加而增加。,120,稳态轧制时的摩擦系数(1)轧件温度：对一定化学成分的钢轧件的摩擦系数在某温度下达到最大值后再下降。,对于低碳钢：轧制温度在以上=0.55-0.00024t,121,在无润滑情况下热轧低碳钢时的摩擦系数,122,(2)轧件化学成分,热轧时轧件化学成分对摩擦系数的影响通常取决于氧化铁皮形成机制。实验表明轧制碳钢的

37、摩擦系数随钢中碳含量的增加而下降,123,(3)轧辊表面粗糙度 稳态轧制时，摩擦系数随轧辊表面粗糙度的增加而显著上升，,124,摩擦系数与轧辊表面粗糙度的关系1、2、3-用蓖麻油润滑，分别为10%、25%、40%；4-用乳化液润滑，25%,125,(4)轧制速度 轧制速度增加使稳态轧制时的摩擦系数减小。钢轧辊：=1.05-0.0005t-0.056V铸铁辊：=0.92-0.0005t-0.056V磨光钢轧辊和冷硬铸铁辊： =0.82-0.0005t-0.56V,126,(5)工艺润滑 稳态轧制时的摩擦系数随润滑油浓度的增加而减小。当润滑油的浓度达到一定值时，再增加浓度，对降低摩擦系数的作用不明

38、显。,图2-31 热轧时使用工艺润滑剂时的摩擦系数a-乳化液；b-水油混合物,127,咬入时：,5.6 冷轧时的摩擦系数,碳含量0.080.25%，锰含量0.270.65%范围内，化学成分对咬入摩擦系数无影响,（2）润滑条件的影响,（1）轧件材质的影响,128,(3) 轧制速度的影响,随轧制速度的增加，咬入摩擦系数下降。 实验轧制3.9mm厚0.3%C碳钢试样，蓖麻油润滑,轧辊表面粗糙度为0.20.4m： 轧制速度在0-0.15m/s，咬入摩擦系数下降很快； 轧制速度0.15m/s时，咬入摩擦系数随轧制速度的增加缓慢下降。,（4）轧辊材质和表面粗糙度的影响,129,稳定轧制时：,当轧件温度增加

39、时摩擦系数增加。,（2）轧辊表面粗糙度 摩擦系数随轧辊表面粗糙度增加而增大,（1）轧件温度的影响,20在20稳态轧制时的摩擦系数；t轧件温度，；a取决于轧辊表面光洁度的修正系数： 光滑辊面 a=0.00110.0015；粗糙辊面 a=0.00350.0073,130,碳钢轧制采用润滑时，轧件化学成分对摩擦系数的影响可以忽略。 奥氏体不锈钢轧制时，由于存在轧辊粘结趋势，因此，其摩擦系数通常比碳钢的增大1020。,（4）润滑剂粘度,（3）轧件化学成分,通常油膜厚度随润滑剂粘度增加而增加，因此，摩擦力也随之下降。,50在50时润滑剂粘度，m2/s10；C-对于矿物油，c=1.4，对植物油，c=1.0

40、。,131,在润滑条件下，油膜厚度与轧制速度成正比,因此当轧制速度增加时，摩擦系数下降,（6）道次压下量,（5）轧制速度,道次压下量对摩擦系数的影响取决于轧件表面粗糙度以及加工硬化程度。,低碳钢轧制，采用蓖麻油和10矿物油乳液润滑时轧件摩擦系数随道次压下量的变化,132,5.7 摩擦系数的测量法1)最大咬入角法思路：用很小的推力，将轧件送向旋转的轧辊，并在此时使轧辊的辊缝尽可能小，然后逐渐抬升上辊，使辊缝增大，达到刚好实现咬入。2)最大接触角法思路：采用楔形件，将轧件送入固定辊缝的轧辊中，由于沿轧件长度上，压下量逐渐增大，直至轧卡为止，此时变形区属于全后滑。,133,3)前滑法思路：测出稳定轧制过程的前滑值Sh，由芬克前滑公式计算出中性角，代入三个特征角（、）公式中，求得摩擦角。4)压力法思路：根据实测轧制压力，计算出平均单位压力作为实测的平均单位压力。同时选择恰当的平均单位压力公式，代入适当的金属变形抗力及摩擦系数值，使实测的平均单位压力与计算的平均单位压力一致。,134,5)轧件强迫制动法思路：在轧件的后端作用一制动力，强迫轧件在轧辊间停止下来，在开始打滑的瞬间测定制动力Q及轧制力P。,