12 轧制过程中的摩擦12.1 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。 1 112.2 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。 2 212.3 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-变变形热热；-接触表面上原子的相互作用；-润润滑时时，润润滑剂剂的粘度、膜厚及其化学性质质的作用；-塑性加工条件：变变形压压力、温度、速度、材质质、表面状态态 。3 3摩擦的特点1）是在高压压力下产产生的摩擦。 金属所受的单单位压压力，热变热变 形时时100150MPa，冷变变形时时500 2500MPa，接触面上承受的单单位压压力愈高，润润滑就愈困难难。2）塑性成形时时，摩擦情况是不断变变化的。接触面上金属各点的位移情况也 不同，有滑动动的，有粘着的。由于金属的变变形而不断产产生新的接触表面，工具在加工过过程中不断受到 磨损损3）很多塑性成形是在高温下进进行的，金属的组织组织 和性能不断发发生变变化，表 面状态态也在变变化 。钢钢的热轧热轧 ： 开轧1200 至终轧900，奥氏体发生再结晶、晶粒长大轧制变形区I-易变形区；II-难变形区；III-自由变形区4 4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。5 512.4 接触摩擦理论 四种摩擦状态态： 干摩擦 在轧辊轧辊 与轧轧件两洁净洁净 的表面之间间，不存在其他物质质 。这这种摩擦方式在轧轧制过过程中不可能出现现，但在真空条件下， 表面进进行适当处处理后，在实验实验 室条件下，一定程度上可以再现现 这这种干摩擦过过程。 边边界摩擦 在接触表面内，存在一层层厚度为为百分之一微米数 量级级的薄油膜。其特性是可以承受高的载载荷，同时对时对 各层间层间 剪切抵抗不大。 在边边界润润滑条件下，摩擦系数很小，就是因为为各层层之间间剪切抗力 很小。6 6液体摩擦 在轧轧件与轧辊轧辊 之间间存在较较厚的润润滑层层（油膜）， 接触表面不再直接接触。例如在高速冷轧润轧润 滑情况下，属此类润类润 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边界摩擦的混合，部分区域 存在粘性介质质薄膜，这这是在润润滑表面之间间，润润滑剂剂很 少的情况下出现现的。半液体摩擦为为液体摩擦与干摩擦或者与边边界摩擦 的混合。在这这种情况下，接触物体之间间有一个润润滑层层 ，但没有把接触表面之间间完全分隔开来。在进进行滑动动 时时，在个别别点上由于表面凹凸不平处处相啮啮合，即出现现 了边边界摩擦区或干摩擦区。在工艺润艺润 滑的冷轧变轧变 形区 中常出现现7 712.5 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 ： p59 （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，即出现了粘着区。p32, p63 3）在粘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。8 8（2）当 时 ：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，因此单位摩擦 力常数区域消失，塑性变形在 滑动区就开始发生。塑性变形 在停滞区内停止，摩擦力近似 按直线规律变化。n摩擦力沿接触弧呈三角形.9 9（3）当 时： 粘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.1010（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.1111在实际轧制过程中，变形区内各点的摩擦力方向 a)轧辊轧辊 接触区投影 ; b)中性面上的摩擦力分布 变变形区内摩擦力的分布 121212.6 确定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。 13131)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。 1414艾克隆德研究了热轧热轧 低碳钢钢（0.15%C）咬入时时的摩擦系数：e=k(1.05-0.0005t) （不低于）对对于冷硬光滑表面铸铁辊铸铁辊 k=0.8；对对于钢轧辊钢轧辊 ，k=1.0，t为轧为轧 件温度 。斯米尔诺诺夫式：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)1.5k1k2 Ra轧辊轧辊 的算术术平均表面粗糙度，m。 k1=1-(0.348+0.00017t)C C钢钢中碳含量百分数。k2取决于轧辊速度， 1515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。 1616稳态轧制时的摩擦系数(1) 轧轧件温度：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。n对对于低碳钢钢：轧轧制温度在 以上n=0.55-0.00024t1717n在无润滑情况下热轧低碳钢时的摩擦系数1818(2)轧件化学成分 热轧时轧热轧时轧 件化学成分对对摩擦系数的影响通常取决 于氧化铁铁皮形成机制。实验表明轧制碳钢的摩擦系数 随钢中碳含量的增加而下降1919(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， 2020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% 2121n(4)轧轧制速度 n 轧轧制速度增加使稳态轧稳态轧 制时时的摩擦系数减小。钢轧辊钢轧辊 ：=1.05-0.0005t-0.056V铸铁辊铸铁辊 ：=0.92-0.0005t-0.056V磨光钢轧辊钢轧辊 和冷硬铸铁辊铸铁辊 ： =0.82-0.0005t-0.56V 2222(5)工艺润艺润 滑 稳态轧稳态轧 制时时的摩擦系数随润润滑油浓浓度的增加而减小。当 润润滑油的浓浓度达到一定值时值时 ，再增加浓浓度，对对降低摩擦系数 的作用不明显显。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2323咬入时：12.7 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 2424(3) 轧轧制速度的影响 随轧制速度的增加，咬入摩擦系数下降。 实验轧实验轧 制3.9mm厚0.3%C碳钢试样钢试样 ，蓖麻油润润滑,轧轧 辊辊表面粗糙度为为0.20.4m：轧轧制速度在0-0.15m/s，咬入摩擦系数下降很快 ；轧轧制速度0.15m/s时时，咬入摩擦系数随轧轧制速度 的增加缓缓慢下降。（4）轧辊材质和表面粗糙度的影响 2525稳定轧制时：当轧件温度增加时摩擦系数增加。 （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稳态轧稳态轧 制时时的摩擦系数； t轧轧件温度，； a取决于轧辊轧辊 表面光洁洁度的修正系数：光滑辊辊面 a=0.00110.0015；粗糙辊辊面 a=0.0035 0.00732626碳钢轧钢轧 制采用润润滑时时，轧轧件化学成分对对摩擦系数的影响可以忽略。奥氏体不锈钢轧锈钢轧 制时时，由于存在轧辊轧辊 粘结趋势结趋势 ，因此，其摩擦系数 通常比碳钢钢的增大1020。（4）润滑剂粘度 （3）轧件化学成分 通常油膜厚度随润润滑剂剂粘度增加而增加，因此，摩擦力也随之下降 。50在50时润时润 滑剂剂粘度， m2/s10； C-对对于矿矿物油，c=1.4，对对植物 油，c=1.0。2727在润润滑条件下， 油膜厚度与轧轧制速度成 正比,因此当轧轧制速度 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 282812.8 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。29293)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。 30305) 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。3131