4.轧制过程中的前滑与后滑安徽工业大学材料学院2012.9.261主要内容：v4.1轧制时的前滑和后滑 v4.2前滑值的计算v4.3中性角的计算v4.4影响前滑的因素v4.5连轧时前滑及有关工艺参数的确定方法2目的及要求：p掌握前后滑的定义及相互关系；p熟悉确定中性角的方法；p掌握前后滑的计算公式；p掌握影响前滑的因素； p熟悉连轧时的前滑及工艺参数确定方法 。3u4.1轧制时的前滑和后滑 n4.1.1 前后滑v前滑：轧制时轧件的出口速度大于轧辊在该处的 线速度(圆周速度)。v后滑：轧制时轧件的入口速度小于轧辊在该处的 线速度的水平分量。金属流动分界线 p轧件延伸是被压下金属向轧辊进出口方向流动的结果。4v当轧件在满足咬入条件并逐渐充 填辊缝的过程中，由于轧辊对轧 件作用力的合力作用点内移、作 用角减小而产生剩余摩擦力，此 剩余摩擦力和轧制方向一致，这 时相当于后滑区的受力情况。n4.1.2 前滑的产生(力学分析)Rv稳定轧制阶段剩余摩擦力最大 ：Rx=fPcos/2-Psin/2 5v在剩余摩擦力的作用下， 轧件前端的变形金属获得 加速，使金属质点流动速 度加快。v当在变形区内金属前端速 度增大到大于该点轧辊辊 面的水平速度时，就开始 形成前滑，并形成前滑区 和后滑区，这时摩擦力t的 方向在前后滑区相反。u从力学的观点来看，前滑 是由剩余摩擦力产生的。 6v金属塑性变形时的体积是不变 的，轧制时轧件高度方向受到 压缩，其金属质点必须沿纵向 和横向流动。金属质点向轧件 出口侧流动形成前滑，向入口 侧流动形成后滑，向两侧流动 形成宽展。u从变形的观点来说，轧件高 度方向上的压缩变形是产生前 滑的原因。n4.1.2 前滑的产生(变形分析)7n4.1.2 前滑的产生实质u前滑主要是金属在塑 性变形时体积不变，高 度方向受压缩金属质点 纵向流动的结果。当然 ，剩余摩擦力对前滑是 有影响的，但不是产生 前滑的实质。v剩余摩擦力在轧件被轧辊咬入阶段是将轧件加速拉入 变形区的作用力，在实现稳定轧制阶段是维持轧件向前 运行的作用力。8v带钢压下：在轧件实现咬入后的轧制过程中增加压下 量，咬入角增大，剩余摩擦力减少；压下量增大，变 形区长度增加，高向压下位移体积增加，金属质点向 纵向流动量增加，前滑增大。u带钢压下时加大压下量轧 件仍能稳定轧制，同时剩余 摩擦力下降而前滑增大，这 说明了剩余摩擦力不是产生 前滑的实质，而是维持轧件 向前运动的作用力。9v从轧辊入口断面至中 性面的变形区，称为 后滑区；v从中性面至轧辊出口 断面的变形区，称为 前滑区。n4.1.3 前后滑区及其特点后滑区前滑区10v前滑区内，任一断面上金属沿断面高度的平均运动 速度大于轧辊圆周速度，金属相对轧辊表面向前滑 动； v后滑区内，任一断面上金属沿断面高度的平均运动 速度小于轧辊圆周速度的水平分量，金属相对轧辊 表面向后滑动；u在前后滑区内，作用在轧 件表面上的摩擦力的方向 相反，都指向中性面。 n4.1.4 前后滑区的金属质点流动和摩擦力特点11n4.1.5 前后滑值的定义、表达式及实验式 u1) 定义及表达式 v前滑值：通常将轧件出口速度与对应点轧辊的线速 度之差与轧辊线速度之比值称为前滑值。即： p前滑是轧制时金属纵向延伸和摩擦力作用的结果。 12v后滑值：指轧件入口速度与轧辊在该点处圆周速度 的水平分量之差同轧辊圆周速度水平分量之比值。13u2)实验式 p事先在轧辊表面上刻出距离为LH的两个小坑，轧制后 轧件的表面上出现距离为Lh的两个凸包。p用刻痕法计算前滑14u按秒流量相等的条件n4.1.6 前后滑及延伸系数间的相互关系15v一般轧制过程都必然存在前滑区和后滑区。前滑区 的摩擦力是轧件进入变形区的阻力，轧辊是通过后 滑区的摩擦力的作用将轧件拉入辊缝，故后滑区的 摩擦力具有主动作用力的性质，所以前滑区和后滑 区是两个相互矛盾着的方面；n4.1.7 前滑区存在的必要性 16v前滑区对稳定轧制过程又是不可缺少的。当由于某 种因素的变化，使阻碍轧件前进的水平阻力增大( 如后张力增大)，或使拉入轧件进入辊缝的水平作 用力减小(如摩擦系数减小)，前滑区均将会部分地转化为后滑区，使拉入轧件前进的摩擦力的水平分 量增大，使轧制过程得以在新的平衡状态下继续进 行下去。n4.1.7 前滑区存在的必要性 17v1.前后滑现象是纵变形(延伸)研究的基本内容。 v2.使用带张力轧制及连轧时必须考虑前滑值。在确定 如压下制度、轧辊的转速、旋转轧辊所需力矩和机架 间张力时均须知道前滑值。在轧机调整时必须正确估 计前滑值，否则可能造成两架轧机之间的堆钢，或者 因Sh值估计过大而致使轧件被拉断等现象。 v3.在计算设备的实际工作时间时，应考虑到前滑数值 。同一轧制，如果前滑值愈大，则生产率愈高。因此 ，要提高生产率就应该考虑前滑。 v4.研究外摩擦时必须计算前滑。通过测量前滑值可以 测定摩擦力的大小。前滑的测定比较简单和直观，可 由前滑来分析和推测金属在变形区内的流动情况。 n4.1.8 研究前滑的意义： 18p结论：v前滑和后滑是延伸的组成部分；v当延伸系数和轧辊圆周速度v已知时，轧件进出辊 的实际速度vH和vh决定于前滑值Sh；知道前滑值即可求出后滑值；v咬入角、延伸系数一定时，前滑增加，后滑值就 必然减少。u讨论：延伸越大，前滑越大?n 实际应用中只要研究一种现象即可。本章只讨论前 滑问题。19变形区内金属速度p轧制过程的速度图示u4.2 轧制过程中的变形运动学n几点假设：v轧件无宽展；v变形区内任一截 面不同高度变形 均匀，水平速度 一致；v变形区内单位时 间秒流量相等。20u4.3 前滑的计算式Fink前滑公式v忽略宽展，根据变形区各横断面秒流量体积不变条件 ，确定轧制过程中轧制参数与前滑值的关系式。n前滑Sh是辊径D、出口轧件厚度h及中性角的函数。Fink前滑公式21艾克隆德(Ekelund)公式v轧制薄板时，很小，也很小，Fink公式简化为：u前滑的简化计算式Ekelund和Dresden公式v若轧件很薄，D/h1，忽略1。德雷斯登(Dresden)公式n上述两个公式均不考虑宽展，如考虑宽展得到的前滑 值将小于计算值。一般生产条件下，前滑值在2%10% 之间波动。22l按秒流量相等则：又由：(1)(2)将(2)代入(1)得 ： (3)又由：将(3)式代入得：将Sh用芬克公式展开：u后滑值的计算23u按Fink前滑公式计算的曲线 v D、 =C，前滑与h呈双曲线关系； v h、 =C，前滑与D呈直线关系； vh、D=C，前滑与呈抛物线关系。p曲线1：p曲线2：p曲线3：24v为能比较简单地得到中性角的计算公式，首先作 如下假设： (1)咬入弧上单位压力均匀分布，其合力作用在咬入 弧中点； (2)接触面上全部为滑动区，并且接触面上各点的摩 擦系数相同； (3)轧件的宽展很小，可以忽略；(4)认为轧制过程中金属在变形区内运动是均匀的， 惯性力为零，金属在外力作用下处于平衡状态。u4.4 中性角的确定25v轧件变形区存在一截面 ，轧件的运动速度与该 截面对应轧辊线速度水 平分量相等，该截面为 中性面，将变形区划分 为两个部分，前滑区和 后滑区。v中性面与轧件出口面间 圆弧对应的圆心角为中 性角，用表示。u变形区内金属流动速度 与轧辊水平速度中性面处：变形区 内金属速度=轧辊 水平速度26u4.4 中性角的计算v简单理想轧制情况：p接触面全滑动，遵守库仑摩擦定律；p设p、t沿接触弧均匀分布；p无宽展。xp变形区内水平力平衡条件27中性角理论公式： 式中：接触角；f摩擦系数；Q0作用在轧件上的后张力； Q1作用在轧件上的前张力；径向单位压力；轧件的平均宽度； R轧辊的半径。28n当Q1=Q0或Q1=Q0=0时，或n当 f = 0.4和0.3时，中性 角最大只有46。nf 越大，越大，前滑区 越大，与呈抛物线关系 。l费因别尔格公式u咬入角和中性角关系曲线29p当= = f 时，中性角有最大值;前滑区达到整个变形区的1/4。 p当=0或=2时，无前滑仅有后滑，整个接触弧都是 后滑区，摩擦力的方向完全指向轧制方向。u三个特征角、之间巴甫洛夫关系式30n 由三特征角、之间的关系曲线可知：v当 = ，即在极限咬入条件下，中性角有最大值，其 值为0.25或0.25；v当时，随增加，增加；v当时，随增加，减小；当=2时，=0。 三特征角之间的关系31u实际轧制时，p、t沿接触弧不均匀分布，接触面上也 不一定全滑动，存在粘着区(如热轧)。 考虑弹性变形采利柯夫公式(板带生产)Bland-Ford公式(冷带 )p全滑动 忽略弹性变形p全粘着-Sims公式(热带)32u4.5 影响前滑的因素n剩余摩擦力概念：l 摩擦力除了克服一切咬入阻力外还有剩余，这部分剩 余的摩擦力用于增加金属塑性流动的速度。剩余摩擦 影响前滑，前滑是稳态轧制时的必然现象。 l 由实现轧制过程的咬入条件知，TxPx，T0。l 由vh=v(1+Sh)，T，金属塑性流动速度，前滑值升 高。 l 轧制过程建成条件满足2T反映在2。l 当，剩余摩擦力，前滑值Sh。33u1) 压下率(=h/H)的影响p，Sh，高向压缩变形金属 移动体积纵向延伸金 属塑性流动速度Shp压下率与前滑的关系 (普碳钢轧制温度为1000，D为400mm)34u2) 轧件厚度的影响p轧后轧件厚度h，Shh，h，金属移动体积 金属塑性流动速度，Sh。p轧件轧后的厚度与前滑的关系 (铅试样h=1.2mm，D=158.5mm)35u3) 辊径D的影响p当D400mm时，前滑 值Sh随D增加较快；辊径D400mm时，Sh 增加较慢。 (1) D，vf，剩余摩 擦力(2) D，变形区长度l ，纵向阻力，B延 伸 v两个因素的共同作用， 使前滑值增加较为缓慢 。D，, Shp辊径D对前滑的影响400mm36u4) 摩擦系数f 的影响p摩擦系数 f，剩余摩擦力，Sh 。 p凡是影响摩擦系数的因素(如轧辊材质、表面状态、 轧制温度和轧制速度等)都影响前滑。p轧制温度、压下量对前滑的影响 p前滑与咬入角、摩擦系数f关系37u5) 轧件宽度的影响p轧件B一定值(40mm)时，B，Sh，B一定值时 ，B，Sh=C。 轧制时Bl，B，横向阻力，B，金属向延伸方 向流动的多，Sh。p当B大于一定值 (40mm)时，达到平 面变形条件，轧件 宽度对宽展不起作 用，故B=0，延伸 为定值，Sh不变。p轧件宽度对前滑的影响 (铅试样h=1.2mm，D=158.3mm)38u6) 张力的影响vQh，金属向前滑区流 动阻力减少，Sh；vQH，金属向后滑区流 动阻力减少，SH。p张力对前滑的影响39u4.6 孔型中轧制时的前滑v前滑公式的推导是在平截面假设下进行的，在进行 一些实际校正后，用于板带连轧机还是可以的。然 而对于型材轧制来说，则有不少问题。v通常沿孔型周边各点轧辊的线速度不同，但由于金 属的整体性和外端的作用轧件横断面上各点又必须 以同一速度出辊，这就必然引起孔型周边各点的前 滑值不同。40u4.6 孔型中轧制时的前滑v孔型轧制时，由于轧件变形的不均匀性和非