赵鸿金金 教授教授材料科学与工程学院材料科学与工程学院2012年年9月月金属塑性加工学金属塑性加工学-轧制理论与工艺轧制理论与工艺目录目录n绪论n第一篇第一篇 轧制理制理论n第二篇第二篇 轧制工制工艺基基础n第三篇第三篇 型材和棒型材和棒线材生材生产 n第四篇第四篇 板、板、带材生材生产n第五篇第五篇 管材生管材生产工工艺和理和理论 2江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院第一第一 篇篇 轧制理论轧制理论n1 轧轧制制过过程基本概念程基本概念n2 实现轧制制过程的条件程的条件n3 轧轧制制过过程中的横程中的横变变形形宽宽展展n4 轧制制过程中的程中的纵变形形前滑和后滑前滑和后滑n5 轧制制压力及力矩的力及力矩的计算算n6 不不对称称轧制理制理论3江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1 轧制过程基本概念轧制过程基本概念n1.0 基本概念基本概念n1.1 变形区主要参数形区主要参数n1.2 金属在金属在变形区内的流形区内的流动规律律4江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.0 基本概念基本概念n轧制制过程程：靠旋：靠旋转的的轧辊与与轧件之件之间形成的摩擦力形成的摩擦力将将轧件拖件拖进辊缝之之间，并使之受到，并使之受到压缩产生塑性生塑性变形的形的过程。程。n轧制制过程的作用：程的作用：u外部：使外部：使轧件件获得一定的形状和尺寸；得一定的形状和尺寸；u内部：使内部：使组织和性能得到一定程度的改善。和性能得到一定程度的改善。n为了了解和控制了了解和控制轧制制过程，程，须对轧制制过程形成的程形成的变形区形区及及变形区内的形区内的金属流金属流动规律律有一概括了解。有一概括了解。5江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.1 变形区主要参数变形区主要参数n1.1.0 简单轧制制过程程n1.1.1 轧制制变形区及其主要参数形区及其主要参数n1.1.2 轧制制变形的表示方法形的表示方法6江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.1.0 简单轧制过程简单轧制过程n简单轧制制过程程：是指：是指：u1)上下上下轧辊直径相等，直径相等，转速相同，且均速相同，且均为主主动辊；u2)轧制制过程程对两个两个轧辊完全完全对称；称；u3)轧辊为刚性；性；u4)轧件除受件除受轧辊作用外，不受其他任何外力作用；作用外，不受其他任何外力作用；u5)轧件在入件在入辊处和出和出辊处速度均匀；速度均匀；u6)轧件的机械性件的机械性质均匀均匀n的的轧制制过程。程。n研究研究简单轧制制过程可以搞清楚程可以搞清楚轧制制过程的共性程的共性问题。n由于生由于生产实践中所使用的践中所使用的轧机机结构形式多构形式多样，理想，理想的的简单轧制制过程很程很难找到。找到。7江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.1.1 轧制变形区及其主要参数轧制变形区及其主要参数n轧制制变形区形区：轧件承受件承受轧辊作用而作用而发生生变形的部分，形的部分，即即实际变形区。形区。n几何几何变形区形区：从：从轧件入件入辊的垂直平面到的垂直平面到轧件出件出辊的的垂直平面所垂直平面所围成的区域。成的区域。n轧制制变形区的主要参数：形区的主要参数：u咬入角咬入角u接触弧接触弧长度度8江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.1.1.1 咬入角咬入角()n咬入角咬入角：轧件与件与轧辊相接触的相接触的圆弧所弧所对应的的圆心角。心角。n压下量与下量与轧辊直径及咬入角之直径及咬入角之间存在如下的关系：存在如下的关系：9江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.1.1.1 咬入角咬入角()nh，D和和三者关系三者关系计算算图：n已知已知h，D和和三个参数中的任意两个，便可用三个参数中的任意两个，便可用计算算图很快地求出第三个参数。很快地求出第三个参数。10江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.1.1.1 咬入角咬入角()n变形区内任一断面高度形区内任一断面高度hx求法：求法：11江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.1.1.2 接触弧长度接触弧长度(l)n接触弧接触弧长度度：轧件与件与轧辊相接触的相接触的圆弧的水平投影弧的水平投影长度，也叫度，也叫咬入弧咬入弧长度度、变形区形区长度度。n接触弧接触弧长度随度随轧制条件不同而异：制条件不同而异：u两两轧辊直径相等直径相等时；u两两轧辊直径不等直径不等时；u轧辊和和轧件件产生生弹性性压缩时。12江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.1.1.2 接触弧长度接触弧长度(l)(1)两两轧辊直径相等直径相等时的接触弧的接触弧长度度n所求的接触弧所求的接触弧长度度实际上是上是该弧弦的弧弦的长度。度。13江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.1.1.2 接触弧长度接触弧长度(l)(2)两两轧辊直径不相等直径不相等时接触弧接触弧长度度n设两个两个轧辊的接触孤的接触孤长度相等，度相等，则：14江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.1.1.2 接触弧长度接触弧长度(l)(3)轧辊和和轧件件产生生弹性性压缩时接触弧的接触弧的长度度n轧辊的的弹性性压扁扁u轧辊的的弹性性压缩变形称形称为轧辊的的弹性性压扁扁。u由于由于轧件与件与轧辊间的的压力作用，力作用，轧辊会会产生局部生局部弹性性压缩变形。此形。此变形可能很大，尤其在冷形可能很大，尤其在冷轧薄板薄板时更更为显著。著。u轧辊弹性性压扁的扁的结果使接触弧果使接触弧长度增加。度增加。n轧件的件的弹性性压扁扁u轧件在件在轧辊间产生塑性生塑性变形形时，也伴随，也伴随产生生弹性性压缩变形，形，称称为轧件的件的弹性性压扁扁。u此此变形在形在轧件出件出辊后即开始恢复，后即开始恢复，这也会增大接触弧也会增大接触弧长度。度。n在在热轧薄板和冷薄板和冷轧板板过程中，必程中，必须考考虑轧辊和和轧件的件的弹性性压缩变形形对接触弧接触弧长度的影响。度的影响。15江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.1.1.2 接触弧长度接触弧长度(l)(3)轧辊和和轧件件产生生弹性性压缩时接触弧的接触弧的长度度n设轧辊与与轧件的件的弹性性压缩量分量分别为1和和2，为使使轧件件获得得h的的压下量，下量，必必须把每个把每个轧辊再再压下下1+2，此，此时轧件与件与轧辊的接触的接触线为A2B2C曲曲线。16江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.1.1.2 接触弧长度接触弧长度(l)(3)轧辊和和轧件件产生生弹性性压缩时接触弧的接触弧的长度度n此此时接触弧接触弧长度度为：17江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.1.1.2 接触弧长度接触弧长度(l)(3)轧辊和和轧件件产生生弹性性压缩时接触弧的接触弧的长度度n金属的金属的弹性性压缩变形很小形很小时，2可忽略不可忽略不计，则得得西西齐柯克公式：柯克公式：18江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.1.2 轧制变形的表示方法轧制变形的表示方法n1.1.2.1 用用绝对变形量表示形量表示n1.1.2.2 用相用相对变形量表示形量表示n1.1.2.3 用用变形系数表示形系数表示n1.1.2.4 用真用真应变表示表示19江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.1.2.1 用绝对变形量表示用绝对变形量表示n绝对变形量形量：用：用轧制前、后制前、后轧件件绝对尺寸之差表示尺寸之差表示的的变形量。形量。n绝对压下量下量：为轧制前后制前后轧件厚度件厚度H、h之差，即：之差，即：n绝对宽展量展量：为轧制前后制前后轧件件宽度度B、b之差，即：之差，即：n绝对延伸量延伸量：为轧制前后制前后轧件件长度度L、l之差，即：之差，即：n绝对变形不能正确地表达形不能正确地表达变形量的大小，但由于形量的大小，但由于习惯而常被使用，特而常被使用，特别是是压下量与下量与宽展量。展量。20江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.1.2.2 用相对变形量表示用相对变形量表示n相相对变形量形量：用：用轧制前、后制前、后轧件尺寸的相件尺寸的相对变化表化表示的示的变形量。形量。n相相对压下量下量(压下率下率)：n相相对宽展量展量(宽展率展率)：n相相对延伸量延伸量(延伸率延伸率)：n相相对变形只能近似地反映形只能近似地反映变形的大小，不能反映形的大小，不能反映变形的形的过程程积累。累。21江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.1.2.3 用变形系数表示用变形系数表示n变形系数形系数：用：用轧制前、后制前、后轧件尺寸的比件尺寸的比值表示的表示的变形形程度。程度。n压下系数下系数：n宽展系数展系数：n延伸系数延伸系数：n变形系数能形系数能够简单而正确地反映而正确地反映变形的大小，因此在形的大小，因此在轧制制变形方面得到了极形方面得到了极为广泛的广泛的应用。用。n根据体根据体积不不变原理，三者之原理，三者之间存在如下关系：存在如下关系：22江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.1.2.3 用变形系数表示用变形系数表示n实际上型材上型材轧制制时宽展系数常用如下展系数常用如下习惯表示：表示：23江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.1.2.4 用真应变表示用真应变表示n真真应变：用：用轧制后、前制后、前轧件尺寸之比的自然件尺寸之比的自然对数表数表示的示的变形量。形量。n相相对压下量下量(压下率下率)：n相相对宽展量展量(宽展率展率)：n相相对延伸量延伸量(延伸率延伸率)：n导自移自移动体体积的概念，能的概念，能够正确地反映正确地反映变形的大小。形的大小。24江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.2 金属在变形区内的流动规律金属在变形区内的流动规律n1.2.1 沿沿轧件断面高向上件断面高向上变形的分布形的分布n1.2.2 沿沿轧件件宽度方向上的流度方向上的流动规律律25江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.2.1 沿轧件断面高向上变形的分布沿轧件断面高向上变形的分布n关于关于轧制制时变形的分布有两种不同理形的分布有两种不同理论：u均匀均匀变形理形理论u不均匀不均匀变形理形理论。n后者比后者比较客客观地反映了地反映了轧制制时金属金属变形形规律。律。n均匀均匀变形理形理论：u该理理论认为，沿，沿轧件断面高度方向上的件断面高度方向上的变形、形、应力和金力和金属流属流动的分布都是均匀的。的分布都是均匀的。u造成造成这种均匀性的主要原因是由于未种均匀性的主要原因是由于未发生塑性生塑性变形的前形的前后外端的后外端的强制作用，因此又把制作用，因此又把这种理种理论称称为刚端理端理论。26江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.2.1 沿轧件断面高向上变形的分布沿轧件断面高向上变形的分布n不均匀不均匀变形理形理论：该理理论认为，沿，沿轧件断面高度方件断面高度方向上的向上的变形、形、应力和金属流力和金属流动分布都是不均匀的。分布都是不均匀的。n其主要内容其主要内容为：u(1)沿沿轧件断面高度方向上的件断面高度方向上的变形、形、应力和流力和流动速度分布速度分布都不均匀；都不均匀；u(2)几何几何变形区内，形区内，在在轧件与件与轧辊接接触表面上，不但触表面上，不但有相有相对滑滑动，而，而且且还有粘着，所有粘着，所谓粘着系指粘着系指轧件件与与轧辊间无相无相对滑滑动；27江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.2.1 沿轧件断面高向上变形的分布沿轧件断面高向上变形的分布u(3)变形不但形不但发生在几何生在几何变形区内，而且也形区内，而且也产生在几何生在几何变形区以外，且形区以外，且变形分布都不均匀。形分布都不均匀。l轧制制变形区可分成形区可分成变形形过渡区渡区、前滑区前滑区、后滑区后滑区和和粘粘着区着区。u(4)在粘着区内有一个在粘着区内有一个临界面，在界面，在这个面上金属的流个面上金属的流动速速度分布均匀，并且等于度分布均匀，并且等于该处轧辊的水平速度。的水平速度。28江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.2.1 沿轧件断面高向上变形的分布沿轧件断面高向上变形的分布n大量大量实验证明，不均匀明，不均匀变形理形理论比比较正确，其中以正确，其中以. (塔塔尔诺夫斯基夫斯基)实验最具代表。最具代表。n.研究了沿研究了沿轧件件对称称轴纵断面上的断面上的坐坐标网格的网格的变化，化，证明了沿明了沿轧件断面高度方向上的件断面高度方向上的变形分布是不均匀的。形分布是不均匀的。29江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.2.1 沿轧件断面高向上变形的分布沿轧件断面高向上变形的分布n由由图可可见：n1)在接触弧开始在接触弧开始处靠近接触靠近接触表面的表面的变形比形比轧件中心件中心层大，大，且表面且表面层金属流金属流动速度比中速度比中心心层快。快。n2)曲曲线1与与2的交点是的交点是临界面界面的位置，在的位置，在这个面上金属个面上金属变形和流形和流动速度是均匀的。速度是均匀的。n3)在在临界面的右界面的右边，即出，即出辊方向，出方向，出现了相反了相反现象。象。轧件中心件中心层的的变形比表面形比表面层大，大，中心中心层金属流金属流动速度比表面速度比表面层快。快。30江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.2.1 沿轧件断面高向上变形的分布沿轧件断面高向上变形的分布n4)在接触弧的中在接触弧的中间部分，部分，曲曲线上有一段很上有一段很长的平行的平行于横坐于横坐标轴的的线段，段，说明明在在轧件与件与轧辊相接触的表相接触的表面上存在着粘着区。面上存在着粘着区。n5)在入在入辊前和出前和出辊后后轧件件表面表面层和中心和中心层都都发生有生有变形，形，说明在外端和几何明在外端和几何变形区之形区之间有有变形形过渡区，渡区，在在这个区域内个区域内变形和流形和流动速度也是不均匀的。速度也是不均匀的。31江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.2.1 沿轧件断面高向上变形的分布沿轧件断面高向上变形的分布n. 根据根据实验研究把研究把轧制制变形区形区绘成成下下图，用以描述，用以描述轧制制时整个整个变形的情况。形的情况。32江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.2.1 沿轧件断面高向上变形的分布沿轧件断面高向上变形的分布n实验研究研究还表明，沿表明，沿轧件断面高度方向上的件断面高度方向上的变形不形不均匀分布与均匀分布与变形区形状系数形区形状系数(l/h)有很大关系。有很大关系。n1)当当l/h 0.51.0时，即，即轧件断面高度相件断面高度相对于接触弧于接触弧长度不太大度不太大时，压缩变形完全深入到形完全深入到轧件内部，形件内部，形成中心成中心层变形比表面形比表面层变形大的形大的现象；象；33江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院1.2.1 沿轧件断面高向上变形的分布沿轧件断面高向上变形的分布n2)当当l/h Nsinuftgu因因f=tan，为摩擦角摩擦角u故故46江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院2.1 咬入条件咬入条件n咬入力咬入力Tx与咬入阻力与咬入阻力Nx之之间的关系有以下的关系有以下3种情况：种情况：uTx。uTxNx，可以，可以实现自然咬入，此自然咬入，此时Nx，Tx=Tcos=Nfycos，Nx=Nsinn此即此即稳定定轧制条件制条件49江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院2.2 稳定轧制条件稳定轧制条件n一般达到一般达到稳定定轧制制阶段段时，=y/2，即，即Kx2，故可，故可近似写成近似写成yy/2或或2yy。n即：若由咬入即：若由咬入阶段段过渡到渡到稳定定轧制制阶段的摩擦系数段的摩擦系数不不变且其他条件均相同且其他条件均相同时，稳定定轧制制阶段的允段的允许的的咬入角比咬入咬入角比咬入阶段的咬入角可大段的咬入角可大Kx倍或近似大倍或近似大2倍。倍。n可得：可得：极限极限稳定定轧制条件制条件：50江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院2.3 咬入阶段与稳定轧制阶段咬入条件的比较咬入阶段与稳定轧制阶段咬入条件的比较n2.3.1 合力作用点位置或系数合力作用点位置或系数Kx的影响的影响n2.3.2 摩擦系数摩擦系数变化的影响化的影响51江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院2.3 咬入阶段与稳定轧制阶段咬入条件的比较咬入阶段与稳定轧制阶段咬入条件的比较n为比比较从咬入从咬入阶段向段向稳定定轧制制阶段段过渡渡时咬入条件咬入条件的的变化，化，现比比较其极限条件。其极限条件。n极限咬入条件：极限咬入条件： =n极限极限稳定定轧制条件：制条件： y=Kxyn其比其比值：n可可见，其差异取决于，其差异取决于Kx与与y/两个因素，即合力作两个因素，即合力作用点位置与摩擦系数的用点位置与摩擦系数的变化。化。52江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院2.3.1 合力作用点位置或系数合力作用点位置或系数Kx的影响的影响n其他条件不其他条件不变时，Kx愈高，愈高，则y愈高，即在愈高，即在稳定定轧制制阶段允段允许实现较大的咬入角。大的咬入角。n在填充在填充辊缝阶段，随段，随轧件前端在件前端在辊缝中前中前进，轧件件与与轧辊的接触面的接触面积增大，合力作用点向出口方向移增大，合力作用点向出口方向移动，由于合力作用点一定在咬入弧上，所以，由于合力作用点一定在咬入弧上，所以Kx恒大恒大于于1。n在在轧制制过程中，程中，产生的生的宽展愈大，展愈大，则变形区的形区的宽度度向出口逐向出口逐渐扩张，合力作用点愈向出口移，合力作用点愈向出口移动，即，即角愈小，角愈小，则Kx值就愈高。就愈高。53江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院2.3.2 摩擦系数变化的影响摩擦系数变化的影响n冷冷轧及及热轧时摩擦系数摩擦系数变化不同化不同u冷冷轧时，由于温度和氧化，由于温度和氧化铁皮的影响甚小，可近似地取皮的影响甚小，可近似地取y/1。u热轧时，y/1，即从咬入，即从咬入过渡到渡到稳定定轧制制阶段摩擦系段摩擦系数在降低。数在降低。n热轧时产生摩擦系数生摩擦系数变化的原因化的原因为：u(1) 轧件端部温度件端部温度较其他部分低，使咬入其他部分低，使咬入时的摩擦系数大的摩擦系数大于于稳定定轧制制阶段的摩擦系数。段的摩擦系数。u(2) 咬入咬入时轧件与件与轧辊接触和冲接触和冲击，易使，易使轧件端部的氧化件端部的氧化铁皮脱落，所以摩擦系数皮脱落，所以摩擦系数较高。高。n影响摩擦系数降低最主要的因素是影响摩擦系数降低最主要的因素是轧件表面上的氧件表面上的氧化化铁皮。在皮。在实际生生产中，往往因此造成在自然咬入中，往往因此造成在自然咬入后后过渡到渡到稳定定轧制制阶段段发生打滑生打滑现象。象。54江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院2.3.2 摩擦系数变化的影响摩擦系数变化的影响n可可见，K值变化化较复复杂，随，随轧制条件不同而异。制条件不同而异。u冷冷轧时，可近似地，可近似地认为摩擦系数无摩擦系数无变化。由于化。由于Kx值较高，所高，所以以K值也也较高，高，说明咬入条件与明咬入条件与稳定定轧制条件制条件间的差异的差异较大。大。一般是：一般是：u热轧时，由于温度和氧化，由于温度和氧化铁皮的影响，使摩擦系数皮的影响，使摩擦系数显著的降著的降低，所以低，所以K值较冷冷轧时为小，一般是：小，一般是：n以上以上说明明u稳定定轧制制阶段的最大允段的最大允许咬入角比开始咬入咬入角比开始咬入时的最大允的最大允许咬咬入角大；入角大；u相相应地，地，稳定定轧制制阶段的最大允段的最大允许的的压下量比咬入下量比咬入时的最大的最大允允许压下量大数倍。下量大数倍。n在生在生产实践中有的采用践中有的采用“带钢压下下”的技的技术措施，就措施，就是利用是利用稳定定轧制制阶段咬入角的潜力。段咬入角的潜力。55江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院2.4 改善咬入条件的途径改善咬入条件的途径n改善咬入条件是改善咬入条件是进行行顺利操作、增加利操作、增加压下量、提高下量、提高生生产率的有力措施，也是率的有力措施，也是轧制生制生产中中经常碰到的常碰到的实际问题。n根据咬入条件根据咬入条件，可以得出：凡是能提高，可以得出：凡是能提高角的一角的一切因素和降低切因素和降低角的一切因素都有利于咬入。角的一切因素都有利于咬入。56江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院2.4.1 降低降低角的方法角的方法n由由 n可知，若降低可知，若降低角，必角，必须：n(1) 增加增加轧辊直径直径Du当当h等于常数等于常数时，轧辊直径直径D增加，增加，可降低。可降低。n(2) 减小减小压下量下量hu由由h=H-h可知，可通可知，可通过降低降低轧件开始高度件开始高度H或提高或提高轧后后的高度的高度h，来降低，来降低，以改善咬入条件。，以改善咬入条件。57江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院2.4.1 降低降低角的方法角的方法n在在实际生生产中常中常见的降低的降低的方法有：的方法有：n(1) 钢锭小小头进钢n(2) 强迫咬入迫咬入58江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院2.4.2 提高提高角的方法角的方法n(1) 改改变轧件或件或轧辊的表面状的表面状态，以提高摩擦角，以提高摩擦角u清除炉生氧化清除炉生氧化铁皮。皮。n(2) 合理地合理地调节轧制速度制速度u低速咬入，高速低速咬入，高速轧制。制。59江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院复习思考题复习思考题60江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院3 轧制过程中的横变形轧制过程中的横变形宽展宽展n3.1 宽展及其分展及其分类n3.2 影响影响宽展的因素展的因素n3.3 宽展展计算公式算公式n3.4 在孔型中在孔型中轧制制时宽展特点及其展特点及其简化化计算方法算方法62江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院3.1 宽展及其分类宽展及其分类n3.1.1 宽展及其展及其实际意意义n3.1.2 宽展分展分类n3.1.3 宽展的展的组成成63江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院3.1.1 宽展及其实际意义宽展及其实际意义n宽展展：在：在轧制制过程中，程中，轧件沿横向移件沿横向移动的体的体积所引起所引起的的轧件件宽度的度的变化称化称为宽展。展。n习惯上用上用轧件在件在宽度方向度方向线尺寸的尺寸的变化即化即绝对宽展量展量表示。表示。n轧制中的制中的宽展可能是希望的，也可能是不希望的。展可能是希望的，也可能是不希望的。u当从窄的坯当从窄的坯轧成成宽成品成品时希望有希望有宽展，如用展，如用宽度度较小的小的钢坯坯轧成成宽度度较大的成品，大的成品，则必必须设法增大法增大宽展。展。u若是从大断面坯若是从大断面坯轧成小断面成品成小断面成品时，则不希望有不希望有宽展，因消展，因消耗于横耗于横变形的功是多余的，在形的功是多余的，在这种情况下，种情况下，应该力求以最小力求以最小的的宽展展轧制。制。u纵轧的目的是的目的是为了得到延伸，除特殊情况外，了得到延伸，除特殊情况外，应该尽量减小尽量减小宽展，降低展，降低轧制功能消耗，提高制功能消耗，提高轧机生机生产率。率。n不不论在哪种情况下，希望或不希望有在哪种情况下，希望或不希望有宽展，都必展，都必须掌掌握握宽展展变化化规律以及正确律以及正确计算它，在孔型中算它，在孔型中轧制制则宽展展计算更算更为重要。重要。64江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院3.1.1 宽展及其实际意义宽展及其实际意义n正确估正确估计轧制中的制中的宽展是保展是保证断面断面质量的重要一量的重要一环。n计算算宽展展：用各种模型公式：用各种模型公式计算估算估计的的宽展。展。n实际宽展展：在：在实际轧制制过程中程中产生的真生的真实宽展。展。n欠充欠充满：计算算宽展大于展大于实际宽展，孔型充填不展，孔型充填不满，造成很大的造成很大的椭圆度。度。n过充充满：计算算宽展小于展小于实际宽展，孔型充填展，孔型充填过满，形成耳子。形成耳子。n以上两种情况均造成以上两种情况均造成轧件件报废。65江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院3.1.2 宽展分类宽展分类n3.1.2.1 自由自由宽展展n3.1.2.2 限制限制宽展展n3.1.2.3 强迫迫宽展展66江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院3.1.2.1 自由宽展自由宽展n坯料在坯料在轧制制过程中，被程中，被压下的金属体下的金属体积其金属其金属质点点在横向移在横向移动时，具有沿垂直于，具有沿垂直于轧制方向朝两制方向朝两侧自由自由移移动的可能性，此的可能性，此时金属流金属流动除受接触摩擦的影响除受接触摩擦的影响外，不受其他任何的阻碍和限制，如孔型外，不受其他任何的阻碍和限制，如孔型侧壁、立壁、立辊等，等，结果明确地表果明确地表现出出轧件件宽度上度上线尺寸的增加，尺寸的增加，这种情况称种情况称为自由自由宽展展。n自由自由宽展展发生于生于变形比形比较均匀的条件下，如平均匀的条件下，如平辊上上轧制矩形断面制矩形断面轧件，以及件，以及宽度有很大富裕的扁平孔度有很大富裕的扁平孔型内型内轧制。制。n自由自由宽展展轧制是最制是最简单的的轧制情况。制情况。67江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院3.1.2.2 限制宽展限制宽展n坯料在坯料在轧制制过程中，金属程中，金属质点横向移点横向移动时，除受接，除受接触摩擦的影响外，触摩擦的影响外，还承受孔型承受孔型侧壁的限制作用，因壁的限制作用，因而破坏了自由流而破坏了自由流动条件，此条件，此时产生的生的宽展称展称为限制限制宽展展。n在孔型在孔型侧壁起作用的凹型孔型中壁起作用的凹型孔型中轧制制时即属于此即属于此类宽展。由于孔型展。由于孔型侧壁的限制作用，使横向移壁的限制作用，使横向移动体体积减小，故所形成的减小，故所形成的宽展小于自由展小于自由宽展。展。68江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院3.1.2.3 强迫宽展强迫宽展n坯料在坯料在轧制制过程中，金属程中，金属质点横向移点横向移动时，不，不仅不不受任何阻碍，且受有受任何阻碍，且受有强烈的推烈的推动作用，使作用，使轧件件宽度度产生附加的增生附加的增长，此，此时产生的生的宽展称展称为强迫迫宽展展。n由于出由于出现有利于金属有利于金属质点横向流点横向流动的条件，所以的条件，所以强迫迫宽展大于自由展大于自由宽展。展。n凸型孔型中凸型孔型中轧制及有制及有强烈局部烈局部压缩的的轧制条件是制条件是强迫迫宽展的典型例子。展的典型例子。69江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院3.1.3 宽展的组成宽展的组成n3.1.3.1 宽展沿展沿轧件横断面高度上的分布件横断面高度上的分布n3.1.3.2 宽展沿展沿轧件件宽度上的分布度上的分布70江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院3.1.3.1 宽展沿轧件横断面高度上的分布宽展沿轧件横断面高度上的分布n由于由于轧辊与与轧件的接触表面上存在着摩擦，以及件的接触表面上存在着摩擦，以及变形区几何形状和尺寸的不同，因此沿按触表面上金形区几何形状和尺寸的不同，因此沿按触表面上金属属质点的流点的流动轨迹与接触面附近的区域和迹与接触面附近的区域和远离的区离的区域是不同的。域是不同的。n因此因此宽展可由以下几个部分展可由以下几个部分组成：成：u滑滑动宽展展u翻平翻平宽展展u鼓形鼓形宽展展71江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院3.1.3.1 宽展沿轧件横断面高度上的分布宽展沿轧件横断面高度上的分布n滑滑动宽展展：变形金属在与形金属在与轧辊的接触面的接触面产生相生相对滑滑动所增加的所增加的宽展量。展量。n翻平翻平宽展展：由于接触摩擦阻力的作用，使：由于接触摩擦阻力的作用，使轧件件侧面面的金属，在的金属，在变形形过程中翻程中翻转到接触表面上，使到接触表面上，使轧件件增加的增加的宽展量。展量。n鼓形鼓形宽展展：轧件件侧面面变成鼓形而造成的展成鼓形而造成的展宽量。量。n轧件件总展展宽量量72江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院3.1.3.1 宽展沿轧件横断面高度上的分布宽展沿轧件横断面高度上的分布n通常通常理理论宽展展及及计算算宽展展是指将是指将轧制后制后轧件的横断件的横断面化面化为同厚度的矩形之后，其同厚度的矩形之后，其宽度与度与轧制前制前轧坯坯宽度之差，即：度之差，即：n轧后后宽度度Bh，是一个，是一个为便于工程便于工程计算而采用的理想算而采用的理想值。73江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院3.1.3.1 宽展沿轧件横断面高度上的分布宽展沿轧件横断面高度上的分布n宽展的各展的各组成部分的数成部分的数值，随摩擦系数和，随摩擦系数和变形区几形区几何参数的何参数的变化而不同。它化而不同。它们有一定的有一定的变化化规律，但律，但至今定量的至今定量的规律尚未掌握。律尚未掌握。n根据根据实验和初步的理和初步的理论分析，它分析，它们之之间有一些定性有一些定性关系。关系。u摩擦系数摩擦系数f值越大，不均匀越大，不均匀变形就越形就越严重，翻平重，翻平宽展和鼓展和鼓形形宽展的展的值就越大，滑就越大，滑动宽展越小。展越小。u各种各种宽展与展与变形区几何参数之形区几何参数之间有如有如图所示的关系，当所示的关系，当 宽厚比越小厚比越小时，则滑滑动宽展越小，而翻平和鼓形展越小，而翻平和鼓形宽展占展占主主导地位。地位。这是因是因为宽厚比越小，粘着区越大。厚比越小，粘着区越大。74江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院3.1.3.2 宽展沿轧件宽度上的分布宽展沿轧件宽度上的分布n关于关于宽展沿展沿轧件件宽度分布的理度分布的理论，基本上有两种假，基本上有两种假说：n均匀分布假均匀分布假说：宽展沿展沿轧件件宽度均匀分布。度均匀分布。这种假种假说主要以均匀主要以均匀变形和外区作用作形和外区作用作为理理论的基的基础。n不均匀分布假不均匀分布假说：变形区可分形区可分为四个区域，即在两四个区域，即在两边的区域的区域为宽展区，中展区，中间分分为前后两个延伸区。前后两个延伸区。75江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院3.1.3.2 宽展沿轧件宽度上的分布宽展沿轧件宽度上的分布n宽展沿展沿宽度均匀分布的假度均匀分布的假说，对于于轧制制宽而薄的薄而薄的薄板，板，宽展很小甚至可以忽略展很小甚至可以忽略时的的变形可以形可以认为是均是均匀的。但在其他情况下，均匀假匀的。但在其他情况下，均匀假说与与许多多实际情况情况是不相符合的，尤其是是不相符合的，尤其是对于窄而厚的于窄而厚的轧件更不适件更不适应。因此因此这种假种假说是有局限性的。是有局限性的。n变形区分区假形区分区假说，也不完全准确，也不完全准确，许多多实验证明明变形区中金属表面形区中金属表面质点流点流动的的轨迹，并非迹，并非严格地按所格地按所画的区画的区间进行流行流动。但是它能定性地描述。但是它能定性地描述宽展展发生生时变形区内金属形区内金属质点流点流动的的总趋势，便于，便于说明明宽展展现象的性象的性质和作和作为计算算宽展的根据。展的根据。n总之，之，宽展是一个极其复展是一个极其复杂的的轧制制现象，它受象，它受许多多因素的影响。因素的影响。76江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院3.2 影响宽展的因素影响宽展的因素n基本原理：基本原理：u最小阻力定律最小阻力定律u体体积不不变条件条件n影响影响宽展的因素可以展的因素可以归纳为：u高向移高向移动体体积u变形的形的纵横阻力比横阻力比n3.2.1 影响影响轧件件变形的基本因素分析形的基本因素分析n3.2.2 具体工具体工艺因素因素对轧件件宽展的影响展的影响77江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院3.2.1 影响轧件变形的基本因素分析影响轧件变形的基本因素分析n3.2.1.1 有接触摩擦有接触摩擦时金属的金属的宽展与展与变形区水平投影形区水平投影的几何尺寸的关系的几何尺寸的关系n3.2.1.2 轧辊形状的影响形状的影响78江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院3.2.1.1 有接触摩擦时金属的宽展与变形区水平有接触摩擦时金属的宽展与变形区水平投影的几何尺寸的关系投影的几何尺寸的关系n有接触摩擦存在有接触摩擦存在时，金属流，金属流动受到阻碍，由于受到阻碍，由于轧制制变形区形区长宽不等，故阻力不同，不等，故阻力不同，纵横横变形也不同。形也不同。n现以平以平锤头镦粗矩形六面体模粗矩形六面体模拟讨论平平辊轧制。制。n(1) 当无接触摩擦存在当无接触摩擦存在时，六面体，六面体产生均匀生均匀变形。形。79江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院3.2.1.1 有接触摩擦时金属的宽展与变形区水平有接触摩擦时金属的宽展与变形区水平投影的几何尺寸的关系投影的几何尺寸的关系n(2) 当有接触摩擦存在当有接触摩擦存在时n摩擦系数足摩擦系数足够大大时，可根据最小阻力定律将，可根据最小阻力定律将变形区形区分区。分区。n分以下两种情况分以下两种情况讨论：u当当BL时80江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院3.2.1.1 有接触摩擦时金属的宽展与变形区水平有接触摩擦时金属的宽展与变形区水平投影的几何尺寸的关系投影的几何尺寸的关系n当当BL时81江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院3.2.1.1 有接触摩擦时金属的宽展与变形区水平有接触摩擦时金属的宽展与变形区水平投影的几何尺寸的关系投影的几何尺寸的关系n当当BL时n可可见：u1) 与无摩擦相比，与无摩擦相比，b和和ln增大，增大，l和和ln减小。减小。u2) B=常常值时，对一定一定ln，b随随L增大而增大。增大而增大。u3) L=常常值时，对一定一定ln，b随随B增大而增大。增大而增大。u4) B/L增大增大时，ln减小，减小，ln增大。增大。82江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院3.2.1.1 有接触摩擦时金属的宽展与变形区水平有接触摩擦时金属的宽展与变形区水平投影的几何尺寸的关系投影的几何尺寸的关系n当当BL时n将上述将上述B与与L对换，ln与与ln对换n可可见：u1) 与无摩擦相比，与无摩擦相比，b和和ln减小，而减小，而l和和ln增大。增大。u2) b与与L成正比，成正比，L=常常值时，b不不变.u3) 随随B/L增大，增大，ln减小而减小而ln增大。增大。83江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院3.2.1.2 轧辊形状的影响轧辊形状的影响n轧制制时变形区形区纵断面上，断面上，轧辊为一一圆弧，故作用在弧，故作用在轧件上的径向件上的径向压力力P的水平分量不的水平分量不为零，此力将零，此力将对纵向流向流动阻力阻力产生影响。生影响。n在前滑区在前滑区(II区区)，中心角，中心角较小，且区域小，且区域较小，故小，故该水平水平分量分量较小，影响不大。小，影响不大。n在后滑区在后滑区(I区区)，影响，影响较大。大。n该影响可用工具形状系数予以考影响可用工具形状系数予以考虑：n式中：式中：uWx代表代表纵向延伸阻力；向延伸阻力；uWy代表横向代表横向宽展阻力。展阻力。84江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院3.2.1.2 轧辊形状的影响轧辊形状的影响n设在在I区区压力分布均匀，其合力将作用于力分布均匀，其合力将作用于85江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院3.2.1.2 轧辊形状的影响轧辊形状的影响n将此函数关系将此函数关系绘成成图。n可可见：n说明：明：u由于由于轧辊形状的影响，形状的影响，纵向阻力小于横向阻力，延伸向阻力小于横向阻力，延伸大于大于宽展，极限展，极限时KGI=1，此，此时D无限大。无限大。uKG愈小，延伸越大，愈小，延伸越大，宽展越小。展越小。l增大，增大， KG减小；减小；lf减小，减小， KG减小。减小。86江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院3.2.2 具体工艺因素对轧件宽展的影响具体工艺因素对轧件宽展的影响n3.2.2.1 相相对压下量的影响下量的影响n3.2.2.2 轧制道次的影响制道次的影响n3.2.2.3 轧辊直径直径对宽展的影响展的影响n3.2.2.4 摩擦系数的影响摩擦系数的影响n3.2.2.5 轧件件宽度度对宽展的影响展的影响87江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院3.2.2.1 相对压下量的影响相对压下量的影响n压下是形成下是形成变形的源泉，形的源泉，压下越大，延伸与下越大，延伸与宽展均展均增大。增大。nh，b。uh，l，l/b，Wx，KG，故，故b。nh/H，b。uh/H，压下体下体积增加，故增加，故b。88江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院3.2.2.1 相对压下量的影响相对压下量的影响nH=C和和h=C时，随，随h/H， b速度快。而速度快。而h=C时，随，随h/H， b速度慢。速度慢。u当当H=C或或h=C时，欲增加，欲增加h/H，需增加，需增加h，使，使l增加，因增加，因而而Wx增加，延伸减小，增加，延伸减小，宽展展b增加。增加。u同同时h增加，使金属增加，使金属压下体下体积增加，也促使增加，也促使b增加，二增加，二者者综合作用的合作用的结果，将使果，将使b增加得增加得较快。快。uh=C时，增加，增加h/H需减少需减少H，l不不变，故，故b的增加慢。的增加慢。89江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院3.2.2.1 相对压下量的影响相对压下量的影响nh/H与与b/h(宽展指数展指数)之关系也可之关系也可说明上述明上述结论：uh/H，b，故，故b/h直直线增加。增加。u当当H=C或或h=C时，增加，增加h/H，需增加，需增加h，故，故b/h 增加增加的慢。的慢。u且到一定程度后且到一定程度后h增加超增加超过b/增加，增加， b/h反而会下降。反而会下降。90江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院3.2.2.2 轧制道次的影响轧制道次的影响n在在h总一定一定时，轧制道次愈多，制道次愈多，宽展愈小。展愈小。u因因为在其他条件及在其他条件及总压下量相同下量相同时，一道，一道轧制制时l/b较大，大，所以所以宽展展较大；而当多道次大；而当多道次轧制制时， l/b较小，所以小，所以宽展展也也较小。小。91江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院3.2.2.3 轧辊直径对宽展的影响轧辊直径对宽展的影响n其他条件不其他条件不变时，D，b。u当当D时，l加大，加大，纵向的阻力向的阻力。92江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院3.2.2.4 摩擦系数的影响摩擦系数的影响n其他条件相同其他条件相同时，随，随f， b。u随随f，KG， b。n摩擦系数是摩擦系数是轧制条件的复制条件的复杂函数，可写成：函数，可写成：n式中：式中：ut轧制温度；制温度；uv轧制速度；制速度；uKl轧辊材材质及表面状及表面状态；uK3轧件的化学成分。件的化学成分。93江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院3.2.2.4 摩擦系数的影响摩擦系数的影响n凡影响摩擦系数的因素，都将通凡影响摩擦系数的因素，都将通过摩擦系数引起摩擦系数引起宽展的展的变化，化，这主要有：主要有：n(1) 轧制温度的影响制温度的影响ut通通过影响氧化影响氧化铁皮的性皮的性质影响影响f，从而影响，从而影响b。ut较低低时， t，氧化，氧化铁皮形成，皮形成，f，b；ut较低低时， t，氧化，氧化铁皮熔化，皮熔化，f，b。n(2) 轧制速度的影响制速度的影响uv，f， b。94江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院3.2.2.4 摩擦系数的影响摩擦系数的影响n(3) 轧辊表面状表面状态的影响的影响u轧辊表面粗糙度表面粗糙度， f，b。u旧旧辊比新比新辊b大；大；轧辊表面表面润滑后，滑后， b减小。减小。n(4) 轧件的化学成分的影响件的化学成分的影响u不同不同钢种硬度不同，氧化皮性种硬度不同，氧化皮性质不同，故不同，故f不同。不同。u一般合金一般合金钢比碳素比碳素钢b大。大。u用化学成分影响系数用化学成分影响系数m考考虑。n(5) 轧辊的化学成分的化学成分对的影响的影响u钢轧辊比比铸铁辊b大。大。95江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院3.2.2.5 轧件宽度对宽展的影响轧件宽度对宽展的影响n据最小阻力定律：据最小阻力定律：u(1) l一定一定时，随，随B， b先增加，后先增加，后趋于不于不变；u(2) 随随FB/FL， b/B；u(3) B一定一定时，随，随l，b；u(4) 随随FB/FL， b/B。n故一般故一般，b 。96江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院3.3 宽展计算公式宽展计算公式n3.3.1 .采里柯夫公式采里柯夫公式n3.3.2 .巴赫契巴赫契诺夫公式夫公式n3.3.3 S.爱克克伦得公式得公式n3.3.4 .古布金公式古布金公式n3.3.5 西斯公式西斯公式n3.3.6 谢别尔公式公式97江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院3.3.1 .采里柯夫公式采里柯夫公式n略去前滑区的略去前滑区的宽展，且当展，且当h/Hv2n但金属是一整体，但金属是一整体，v出出相等，中部受拉，相等，中部受拉，边部受部受压。n中部金属体中部金属体积大大时，边部金属拉不部金属拉不动中部，中部，导致致宽度增加。度增加。n可可见，在孔型中，在孔型中轧制制时不再是自由不再是自由宽展，非常复展，非常复杂。109江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院3.4.2 在孔型中轧制时计算宽展的简化方法在孔型中轧制时计算宽展的简化方法n平均高度法：将孔型内平均高度法：将孔型内轧制条件制条件简化成平板化成平板轧制，即制，即用同面用同面积、同、同宽度的矩形代替曲度的矩形代替曲线边的的轧件。件。n轧前：前：n轧后：后：n平均平均压下量：下量：n轧辊工作直径：工作直径：n然后用任一自由然后用任一自由宽展公式展公式计算。算。110江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院复习思考题复习思考题111江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院4 轧制过程中的纵变形轧制过程中的纵变形前滑和后滑前滑和后滑n4.1 轧制制过程中的前滑和后滑程中的前滑和后滑现象象n4.2 轧件在件在变形区内各不同断面上的运形区内各不同断面上的运动速度速度n4.3 中性角中性角的确定的确定n4.4 前滑的前滑的计算公式算公式n4.5 影响前滑的因素影响前滑的因素n4.6 连续轧制中的前滑及有关工制中的前滑及有关工艺参数的确定参数的确定113江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院4.1 轧制过程中的前滑和后滑现象轧制过程中的前滑和后滑现象n轧制制过程中程中轧件在高向受到件在高向受到压缩的金属，一部分向的金属，一部分向纵向流向流动形成延伸，另一部分向横向流形成延伸，另一部分向横向流动形成形成宽展。展。n轧件的延伸是由于被件的延伸是由于被压下金属向下金属向轧辊入口和出口两入口和出口两个方向流个方向流动的的结果。果。n前滑前滑现象象：在：在轧制制过程中，程中，轧件出口速度件出口速度vh大于大于轧辊在在该处的的线速度速度v，即，即vhv的的现象称象称为前滑前滑现象。象。n后滑后滑现象象：在：在轧制制过程中，程中，轧件件进入入轧辊的速度的速度vH小于小于轧辊在在该处线速度速度v的水平分量的水平分量vcos的的现象称象称为后滑后滑现象。象。114江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院4.1 轧制过程中的前滑和后滑现象轧制过程中的前滑和后滑现象n前滑前滑值：轧件出口速度件出口速度vh与与对应点的点的轧辊圆周速度周速度的的线速度之差与速度之差与轧辊圆周速度的周速度的线速度之比速度之比值称称为前滑前滑值。n后滑后滑值：轧件入口速度与件入口速度与轧辊在在该点点处圆周速度的周速度的水平分量之差同水平分量之差同轧辊圆周速度水平分量之比周速度水平分量之比值称称为后滑后滑值。n前滑前滑值的的实验测定方法定方法刻痕法：刻痕法：u热轧试验的温度修正：的温度修正：115江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院4.1 轧制过程中的前滑和后滑现象轧制过程中的前滑和后滑现象n前滑、后滑及有关工前滑、后滑及有关工艺参数参数间的关系：的关系：n可可见：u前滑和后滑是延伸的前滑和后滑是延伸的组成部分；成部分；u当当和和v一定一定时，轧件件vH和和vh取决于前滑取决于前滑值Sh；u若若Sh已知，已知，则SH也确定；也确定；u当当和和一定一定时， Sh增加，增加，则SH减少。减少。116江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院4.2 轧件在变形区内各不同断面上的运动速度轧件在变形区内各不同断面上的运动速度n轧制制过程中，程中，轧件在件在变形区中高度逐形区中高度逐渐减小，根据体减小，根据体积不不变条件，条件，变形区内各形区内各质点运点运动速度不同。金属各速度不同。金属各质点之点之间以及金属表面以及金属表面质点与工具表面点与工具表面质点之点之间产生生相相对运运动。n设轧件无件无宽展，且沿每一高度断面上展，且沿每一高度断面上质点点变形均匀，形均匀，水平速度一致，水平速度一致，则：n根据体根据体积不不变条件，即金属秒流量相等：条件，即金属秒流量相等：n即金属的入口速度与出口速度之比等于出口断面的面即金属的入口速度与出口速度之比等于出口断面的面积与入口断面的面与入口断面的面积之比，等于延伸系数的倒数。之比，等于延伸系数的倒数。117江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院4.2 轧件在变形区内各不同断面上的运动速度轧件在变形区内各不同断面上的运动速度n若忽略若忽略宽展，展，则：n任意断面的速度与出口断面的速度关系任意断面的速度与出口断面的速度关系为：n若忽略若忽略宽展，展，则：n研究研究轧制制过程中的程中的轧件与件与轧辊的相的相对运运动速度有很大速度有很大的的实际意意义。如。如对连续式式轧机欲保持两机架机欲保持两机架间张力不力不变，很重要的条件就是必，很重要的条件就是必须遵守秒流量不遵守秒流量不变的条件。的条件。118江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院4.3 中性角中性角的确定的确定n中性面：中性面：轧件运件运动速度与速度与轧辊线速度的水平分速度速度的水平分速度相等的横断面。相等的横断面。n中性角：中性面所中性角：中性面所对应的中心角的中心角为中性角。中性角。119江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院4.3 中性角中性角的确定的确定n根据力平衡条件求中性角根据力平衡条件求中性角 。n设单位位压力力px均匀分布，即均匀分布，即px= ，且，且tx=fpx时，则：n当当Q1=Q0或或Q1=Q0=0时：120江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院4.3 中性角中性角的确定的确定n当当角很小角很小时，sin，sin，1-cos=2sin2(/2)2/2：n可可见，取决于取决于和和f。n求中性角求中性角的最大的最大值：n即当即当=f，即咬入角等于摩擦角，即咬入角等于摩擦角时，中性角，中性角有极大有极大值。121江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院4.4 前滑的计算公式前滑的计算公式n即前滑与即前滑与轧制参数的关系式。制参数的关系式。n据秒流量相等据秒流量相等(无无宽展展时)n此即此即为E.芬克前滑公式。芬克前滑公式。122江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院4.4 前滑的计算公式前滑的计算公式n可可见，影响前滑的主要工，影响前滑的主要工艺参数参数为轧辊直径直径D，轧件厚度件厚度h及中性角及中性角。显然，在然，在轧制制过程中凡是影响程中凡是影响D，h及及的各种因素必将引起前滑的各种因素必将引起前滑值的的变化。化。n如如图：u曲曲线1 Sh=f(h)，D=300mm，=5；u曲曲线2 Sh=f(D)，h=20mm，=5；u曲曲线3 Sh=f()，h=20mm，D=300mm。n可知：可知：u前滑与中性角呈抛物前滑与中性角呈抛物线的关系；的关系；u前滑与前滑与辊径呈直径呈直线关系；关系；u前滑与前滑与轧件厚度呈双曲件厚度呈双曲线的关系。的关系。123江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院4.4 前滑的计算公式前滑的计算公式n当中性角当中性角很小很小时：n此即此即为爱克克伦得前滑公式。得前滑公式。n一般一般D/h1，故：，故：n此即此即D.得里斯得里斯顿公式。公式。n当考当考虑宽展展时，实际前滑前滑值将小于上述公式将小于上述公式计算算结果。果。124江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院4.5 影响前滑的因素影响前滑的因素n4.5.1 压下率的影响下率的影响n4.5.2 轧件厚度的影响件厚度的影响n4.5.3 轧件件宽度的影响度的影响n4.5.4 轧辊直径的影响直径的影响n4.5.5 摩擦系数的影响摩擦系数的影响n4.5.6 张力力对的影响的影响n4.5.7 孔型形状的影响孔型形状的影响125江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院4.5.1 压下率的影响压下率的影响n前滑随前滑随压下率的增加而增加。下率的增加而增加。u其原因是由于高向其原因是由于高向压缩变形增加，形增加，纵向和横向向和横向变形都增形都增加，因而前滑加，因而前滑值Sh增加。增加。126江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院4.5.2 轧件厚度的影响轧件厚度的影响n轧件厚度件厚度h减小，前滑增加。减小，前滑增加。u因因为轧辊半径半径R和中性角和中性角不不变时，轧件厚度件厚度h越减小，越减小，则前滑前滑值Sh愈增加。愈增加。127江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院4.5.3 轧件宽度的影响轧件宽度的影响n轧件件宽度度较小小时，随，随宽度增加前滑亦增加；但度增加前滑亦增加；但轧件件宽度大于一定度大于一定值时，宽度再增加度再增加时，其前滑，其前滑值则为一定一定值。u因因为轧件件宽度小度小时，增加，增加宽度其相度其相应地横向阻力增加，地横向阻力增加，所以所以宽展减小，相展减小，相应地延伸增加，所以前滑也因之增加。地延伸增加，所以前滑也因之增加。u当大于一定当大于一定值时，达到平面，达到平面变形条件，形条件，轧件件宽度度对宽展展不起作用，故不起作用，故轧件件宽度再增加，度再增加，宽展展为一定一定值，延伸也，延伸也为定定值，所以前滑，所以前滑值也不也不变。128江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院4.5.4 轧辊直径的影响轧辊直径的影响n轧辊直径增加，前滑直径增加，前滑值增加。增加。u因因为辊径增加，咬入角径增加，咬入角降低，而摩擦角降低，而摩擦角保持常数，故保持常数，故稳定定轧制制时的剩余摩擦力增加，的剩余摩擦力增加，导致金属流致金属流动速度增加，速度增加，即前滑增加。即前滑增加。n但但应指出，指出，辊径径较小小时，前滑，前滑值随随辊径的增加而增径的增加而增加得加得较快；而快；而辊径径较大大时，前滑增加得，前滑增加得较慢。慢。u因因为辊径增大径增大时，随，随轧辊线速度增加，摩擦系数降低，速度增加，摩擦系数降低，剩余摩擦力有所减小；剩余摩擦力有所减小；u且且辊径增大径增大时，变形区形区长度增加，度增加，纵向阻力增大，延伸向阻力增大，延伸减少；减少；u这两个因素共同作用，使前滑两个因素共同作用，使前滑值增加得增加得较为缓慢。慢。129江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院4.5.5 摩擦系数的影响摩擦系数的影响n摩擦系数摩擦系数f越大，其前滑越大，其前滑值越大。越大。u因因为摩擦系数增大引起剩余摩擦力增加，从而前滑增大。摩擦系数增大引起剩余摩擦力增加，从而前滑增大。u或摩擦系数增加或摩擦系数增加导致中性角致中性角增加，因此前滑也增加。增加，因此前滑也增加。n凡影响摩擦系数的因素，均能影响前滑的大小。凡影响摩擦系数的因素，均能影响前滑的大小。 u如如轧辊材材质，表面状，表面状态，轧件化学成分，件化学成分，轧制温度和制温度和轧制速度等；制速度等；u如：如：轧制温度制温度对前滑的影响。前滑的影响。130江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院4.5.6 张力的影响张力的影响n张力存在，前滑力存在，前滑显著增加。著增加。u因因为张力使力使纵向延伸阻力减小，故前滑增加。向延伸阻力减小，故前滑增加。131江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院4.5.7 孔型形状的影响孔型形状的影响n孔型孔型轧制制时，沿孔型周，沿孔型周边各点各点轧辊的的线速度不同，速度不同，但但轧件出件出辊速度又一致，故各点前滑速度又一致，故各点前滑值不同。不同。n孔型形状孔型形状对前滑的影响很复前滑的影响很复杂，目前尚未很好地解，目前尚未很好地解决。决。n在工程在工程计算中算中为了粗略估了粗略估计孔型孔型轧制制时轧件的出件的出辊速度，很多人采用平均高度法，把孔型和来料化速度，很多人采用平均高度法，把孔型和来料化为矩形断面，然后按平矩形断面，然后按平辊轧矩形断面矩形断面轧件的方法来确件的方法来确定定轧辊的平均速度和平均前滑的平均速度和平均前滑值。但。但这个方法很不个方法很不精确，有待于精确，有待于进一步研究。一步研究。132江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院4.6 连续轧制中的前滑及有关工艺参数的确定连续轧制中的前滑及有关工艺参数的确定n4.6.1 连轧关系和关系和连轧常数常数n4.6.2 前滑系数和前滑前滑系数和前滑值n4.6.3 堆拉系数和堆拉率堆拉系数和堆拉率133江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院4.6.1 连轧关系和连轧常数连轧关系和连轧常数n连轧：各机架：各机架顺序排列，序排列，轧件同件同时通通过数架数架轧机机进行行轧制。制。n连轧时，各机架通，各机架通过轧件相互件相互联系，其系，其变形、运形、运动和和力学条件具有一系列特点。力学条件具有一系列特点。n连轧关系：关系：连轧时，随，随轧件断面减小，件断面减小，轧制速度制速度递增，增，保持正常保持正常轧制的条件是每一机架的秒流量保持相等。制的条件是每一机架的秒流量保持相等。n式中式中u1，2，n逆逆轧制方向的制方向的轧机序号；机序号；uF1，F2，Fn轧件通件通过各机架各机架时的的轧件断面件断面积：uV1，V2，Vn轧件通件通过各机架各机架时的的轧制速度；制速度；uF1V1，F2V2，FnVn轧件在各机架件在各机架轧制制时的秒流量。的秒流量。134江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院4.6.1 连轧关系和连轧常数连轧关系和连轧常数n为简化：化：n设：n则：n连轧常数常数：连轧时，轧件在各机架件在各机架轧制制时的秒流量的秒流量相等，即相等，即为一常数，此常数称一常数，此常数称为连轧常数。常数。135江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院4.6.2 前滑系数和前滑值前滑系数和前滑值n轧件离开件离开轧辊的速度与的速度与轧辊的的线速度不同，存在前速度不同，存在前滑。滑。n前滑的大小以前滑系数和前滑前滑的大小以前滑系数和前滑值来表示：来表示：u前滑前滑值：u前滑系数：前滑系数：n即：即：136江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院4.6.2 前滑系数和前滑值前滑系数和前滑值n考考虑前滑后，前滑后，轧件在各机架件在各机架轧制制时的秒流量的秒流量为：n此即考此即考虑前滑后的前滑后的连轧常数。常数。n在孔型中在孔型中轧制制时，前滑，前滑值常取平均常取平均值：137江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院4.6.3 堆拉系数和堆拉率堆拉系数和堆拉率n4.6.3.1 堆拉系数堆拉系数n4.6.3.2 堆拉率堆拉率138江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院4.6.3 堆拉系数和堆拉率堆拉系数和堆拉率n实际连轧时，不可能，不可能严格保持理格保持理论上的秒流量相等，上的秒流量相等，故故为使使轧制制过程程顺利利进行，常有意地采用堆行，常有意地采用堆钢或拉或拉钢操作技操作技术。n堆堆钢轧制制：前道：前道轧制秒流量大于后道制秒流量大于后道轧制秒流量。制秒流量。n拉拉钢轧制制：前道：前道轧制秒流量小于后道制秒流量小于后道轧制秒流量。制秒流量。n一般一般线材材连轧机上机机上机组与机与机组之之间采用堆采用堆钢轧制，制，而机而机组内的机架与机架之内的机架与机架之间采用拉采用拉钢轧制。制。n拉拉钢轧制有利也有弊制有利也有弊u利：可避免因堆利：可避免因堆钢而而产生事故；生事故；u弊：会使弊：会使轧件件头、中、尾尺寸不均匀，、中、尾尺寸不均匀，头尾尺寸超差。尾尺寸超差。u解决解决办法：法：为减少减少头尾尺寸超差，可采用微拉尾尺寸超差，可采用微拉钢(即微即微张力力轧制制) ，还应尽可能尽可能缩小机架小机架间的距离。的距离。139江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院4.6.3.1 堆拉系数堆拉系数n堆拉系数是堆堆拉系数是堆钢或拉或拉钢的一种表示方法。的一种表示方法。n注意：式中序号注意：式中序号为逆逆轧制方向，即制方向，即终道次道次为1。n当当K值小于小于1时，表示，表示为堆堆钢轧制。制。u连续轧制制时对于于线材机材机组与机与机组之之间要根据活套大小通要根据活套大小通过调节直流直流电动机的机的转数，来控制适当的堆数，来控制适当的堆钢系数。系数。n当当K值大于大于1时，表示，表示为拉拉钢轧制。制。u对于于线材材连续轧制制时粗粗轧和中和中轧机机组的机架与机架之的机架与机架之间的拉的拉钢系数一般控制系数一般控制为1.02l.04；精；精轧机机组随随轧机机结构形式的不同构形式的不同一般控制在一般控制在1.0051.02。140江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院4.6.3.1 堆拉系数堆拉系数n得考得考虑堆拉后的堆拉后的连轧关系：关系：141江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院4.6.3.2 堆拉率堆拉率n堆拉率是堆堆拉率是堆钢或拉或拉钢的另一表示方法，也是常采用的另一表示方法，也是常采用的方法。的方法。n当当为正正值时表示拉表示拉钢轧制，当制，当为负值时表示堆表示堆钢轧制。制。n移移项得：得：142江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院4.6.3.2 堆拉率堆拉率n得以堆拉率表示的得以堆拉率表示的连轧关系：关系：n堆拉系数与堆拉率堆拉系数与堆拉率间的关系：的关系：143江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院复习思考题复习思考题144江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院5 轧制压力及力矩的计算轧制压力及力矩的计算n5.1 计算算轧制制单位位压力的理力的理论n5.2 轧制制压力的工程力的工程计算算n5.3 主主电动机机传动轧辊所需力矩及功率所需力矩及功率146江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院5.1 计算轧制单位压力的理论计算轧制单位压力的理论n5.1.1 沿接触弧沿接触弧单位位压力的分布力的分布规律律n5.1.2 计算算单位位压力的卡力的卡尔曼微分方程与采利柯夫解曼微分方程与采利柯夫解n5.1.3 奥奥罗万微分方程与西姆斯万微分方程与西姆斯单位位压力公式力公式n5.1.4 斯通微分方程及其斯通微分方程及其单位位压力公式力公式147江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院5.1.1 沿接触弧单位压力的分布规律沿接触弧单位压力的分布规律n单位位压力在接触弧上的分布力在接触弧上的分布规律，律，对于确定于确定轧制力、制力、力矩和功率具有重大意力矩和功率具有重大意义。n平均平均单位位压力的确定方法有三种：力的确定方法有三种：u(1) 理理论计算法算法u(2) 实测法法u(3) 经验公式和公式和图表法表法n上述方法各有上述方法各有优缺点：缺点：u理理论法物理意法物理意义明确，但明确，但计算算烦琐，有局限性。，有局限性。u实测法受法受实验条件的限制。条件的限制。n本章重点介本章重点介绍理理论法。法。148江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院5.1.2 计算单位压力的卡尔曼微分方程与采利柯计算单位压力的卡尔曼微分方程与采利柯夫解夫解n卡卡尔曼假曼假设：u(1) 变形区横断面上流形区横断面上流动速度、速度、应力及力及变形均匀分布；形均匀分布；u(2) 接触摩擦系数接触摩擦系数为常数；常数；u(3) 忽略忽略宽展；展；u(4) 忽略忽略轧辊及及轧件件弹性性变形；形；u(5) 沿沿宽度方向度方向单位位压力均匀分布；力均匀分布；u(6) 金属的平面金属的平面变形抗力形抗力为K=l.15；u(7) 为平面平面变形。形。n在此基在此基础上上导出了基本微分方程即卡出了基本微分方程即卡尔曼方程曼方程u上后滑下前滑上后滑下前滑149江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院5.1.2 计算单位压力的卡尔曼微分方程与采利柯计算单位压力的卡尔曼微分方程与采利柯夫解夫解n采利柯夫采用全滑采利柯夫采用全滑动摩擦条件并以弦代弧几何摩擦条件并以弦代弧几何简化，化，经严密推密推导得：得：u在后滑区在后滑区u在前滑区在前滑区u其中：其中：n无无张力力时u在后滑区在后滑区u在前滑区在前滑区150江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院5.1.2 计算单位压力的卡尔曼微分方程与采利柯计算单位压力的卡尔曼微分方程与采利柯夫解夫解n可可见，影响，影响单位位压力的主要因素有：力的主要因素有：u(1) 相相对压下量下量u(2) 摩擦系数摩擦系数u(3) 轧辊直径直径u(4) 前后前后张力力151江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院5.1.2 计算单位压力的卡尔曼微分方程与采里柯计算单位压力的卡尔曼微分方程与采里柯夫解夫解n优点：点：u反映了上述一系列工反映了上述一系列工艺因素因素对单位位压力的影响。力的影响。n缺点：缺点：u没有考没有考虑加工硬化，没有考加工硬化，没有考虑粘着区；粘着区；u以弦代弧只适于以弦代弧只适于对冷冷轧。n应用：用：u适用于冷适用于冷轧薄板。薄板。152江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院5.1.3 奥罗万微分方程与西姆斯单位压力公式奥罗万微分方程与西姆斯单位压力公式n奥奥罗万假万假设：u(1) 无无宽展，平面展，平面变形；形；u(2) 摩擦条件不恒定：当摩擦条件不恒定：当ti，SM=i-1-1时，变形区由后滑区和搓形区由后滑区和搓轧区区组成；成；u当当i，i-1SM-1时，变形区由后滑区、搓形区由后滑区、搓轧区和前滑区和前滑区区组成；成；u当当=i，SM=i-1时，变形区由搓形区由搓轧区一区区一区组成；成；u当当=i，SMi-1时，变形区由后滑区和搓形区由后滑区和搓轧区区组成。成。216江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院6.1.2 异步轧制压力异步轧制压力n由于异步由于异步轧制制时存在搓存在搓轧区，故区，故单位位压力分布曲力分布曲线中中会削去同步会削去同步轧制制时的的单位位压力峰力峰值，使平均，使平均单位位压力力减小，从而使减小，从而使总轧制制压力降低。力降低。n当当变形区只有搓形区只有搓轧区区组成成时，平均，平均单位位压力力为：n式中：式中：uK0、K1变形区入、出口平面形区入、出口平面变形抗力；形抗力；uq1、q2前、后前、后张应力；力；ua=s+b；其中；其中b为硬化指数，硬化指数，s为变形量形量为零零时的的变形抗力；形抗力；uKx=s +bx，x为任意断面任意断面处的的变形量；形量；u0=H0/H，其中，其中H0为软态原料厚度，原料厚度，H为本道次本道次轧前厚度；前厚度；u=H/h，h为本道次本道次轧后厚度。后厚度。217江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院6.1.2 异步轧制压力异步轧制压力n变形区由搓形区由搓轧区和后滑区两者区和后滑区两者组成成时：n式中：式中：ui异速比；异速比；ul变形区形区长度。度。218江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院6.1.2 异步轧制压力异步轧制压力n异步异步轧制与同步制与同步轧制相比可制相比可显著降低著降低轧制制压力。力。n延伸系数一定延伸系数一定时，异速比越大，平均，异速比越大，平均单位位压力越小；力越小；n延伸系数和速比一定延伸系数和速比一定时，轧件越薄，件越薄，轧制制压力降低力降低的幅度越大。的幅度越大。219江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院6.1.3 异步轧制的变形量及轧薄能力异步轧制的变形量及轧薄能力n异步异步轧制制时由于搓由于搓轧区的存在，使区的存在，使轧制制压力明力明显降低，降低，在相同的在相同的轧制制压力下，异步力下，异步轧制可以制可以获得更大的道次得更大的道次压下量或道次延伸系数。而且下量或道次延伸系数。而且轧件越薄，件越薄，这种种现象越象越明明显。n异步异步轧制另一突出特点是制另一突出特点是轧薄能力极薄能力极强。n最小可最小可轧厚度：当厚度：当轧件件产生塑性生塑性变形所需的平均形所需的平均单位位压力力 大于或等于大于或等于轧辊所能提供的平均所能提供的平均单位位压力力 时，轧件就不能件就不能产生塑性生塑性变形了。形了。nD.M.斯通最小可斯通最小可轧厚度公式：厚度公式：n根据根据实际情况，一般情况，一般D/h=15002000；而异步；而异步轧制制时D/h可达可达25000以上。以上。n其根本原因是搓其根本原因是搓轧区改区改变了了轧件的件的应力状力状态。220江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院6.1.4 异步轧制的轧制精度异步轧制的轧制精度n6.1.4.1 恒延伸异步恒延伸异步轧制的制的轧制精度制精度n6.1.4.2 拉直异步拉直异步轧制的制的轧制精度制精度221江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院6.1.4.1 恒延伸异步轧制的轧制精度恒延伸异步轧制的轧制精度n恒延伸异步恒延伸异步轧制：制：n当当vh/vH保持不保持不变，恒定恒定时：n即恒延伸即恒延伸轧制制时，随着，随着带材厚度的减薄，可以保持材厚度的减薄，可以保持相相对厚度差不厚度差不变或或绝对厚差成等比例下降。因此，厚差成等比例下降。因此，恒延伸恒延伸轧制随着厚度的减薄可以明制随着厚度的减薄可以明显地提高地提高轧制精制精度。度。222江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院6.1.4.1 恒延伸异步轧制的轧制精度恒延伸异步轧制的轧制精度n实现恒延伸恒延伸轧制有两种方式：制有两种方式：u“S”异步异步轧制；制；u异步恒延伸异步恒延伸轧制；制；n两种恒延伸两种恒延伸轧制的制的实现主要是主要是“S”辊的的贡献。献。u两种两种轧法均因法均因带材与材与辊面有包角存在，使面有包角存在，使张力可在一定力可在一定范范围内自内自动调节，以，以补偿因因辊缝、坯料厚度、坯料厚度、变形抗力形抗力波波动引起的引起的带材入口速度材入口速度变化，确保化，确保带材不与材不与辊面面产生生滑滑动，从而使延伸系数恒定。，从而使延伸系数恒定。223江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院6.1.4.1 恒延伸异步轧制的轧制精度恒延伸异步轧制的轧制精度n原始原始辊缝变化与延伸系数的关系：化与延伸系数的关系：u辊缝增大，增大，轧制制压力下降，但靠力下降，但靠“S”辊张力自然力自然补偿作作用使用使轧件前后件前后张力增大，力增大，维持持带材入口速度不材入口速度不变。n原料厚度波原料厚度波动与延伸系数的关系：与延伸系数的关系：u辊缝不不变，随厚度增大，随厚度增大，轧制制压力增大，力增大，张力靠力靠“S”辊的自然的自然补偿作用而逐作用而逐渐下降，延伸系数下降，延伸系数维特不特不变。n此外此外变形抗力波形抗力波动时，通，通过“S”辊张力的自然力的自然调节作用亦可保持延伸系数恒定。作用亦可保持延伸系数恒定。224江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院6.1.4.2 拉直异步轧制的轧制精度拉直异步轧制的轧制精度n带材精度主要取决于原料厚度、材精度主要取决于原料厚度、变形抗力，摩擦系形抗力，摩擦系数、数、轧辊偏心及油膜厚度等，其中原料厚度波偏心及油膜厚度等，其中原料厚度波动是是主要因素。主要因素。n由由P-h图可得：可得：n与常与常规轧制相比，异步制相比，异步轧制可大幅降低制可大幅降低轧制制压力，力，即其塑性曲即其塑性曲线斜率斜率M明明显低于同步低于同步轧制，因此：制，因此：n即原料相同即原料相同时，hyi；u采用良好的采用良好的润滑滑剂。226江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院6.1.6 异步轧制有关参数的选择异步轧制有关参数的选择n为保保证异步异步轧制的制的稳定运行，大量研究定运行，大量研究证明，异步明，异步速比速比i不能不能过大，一般大，一般应小于小于1.4，异步速比，异步速比过大大对稳定性不利。定性不利。n拉直异步拉直异步轧制中，制中，应保持延伸系数保持延伸系数大于异步速比大于异步速比i。同同时，轧制制时，应保持前保持前张应力大于后力大于后张应力。力。227江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院6.2 异径轧制理论异径轧制理论n6.2.1 概述概述n6.2.2 异径异径轧制原理与工制原理与工艺特点特点228江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院6.2.1 概述概述n异径异径轧制制：两工作：两工作辊的的线速度基本相同而直径与速度基本相同而直径与转速相差很大的速相差很大的轧制状制状态。n过程：程：u利用一个直径很小靠摩擦利用一个直径很小靠摩擦传动的工作的工作辊，通，通过减小接触减小接触面面积和和单位位压力来大幅度降低力来大幅度降低轧制制压力和能耗。力和能耗。u利用另一个足利用另一个足够大的工作大的工作辊来来传递轧制力矩和提高咬入制力矩和提高咬入能力。能力。n效果：效果：u可取得增大可取得增大压下量、减少道次、提高下量、减少道次、提高轧制效率和制效率和轧薄能薄能力，提高力，提高产品厚度精度和板形品厚度精度和板形质量的效果。量的效果。229江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院6.2.1 概述概述n异径异径轧制部分制部分实例：例：230江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院6.2.2 异径轧制原理与工艺特点异径轧制原理与工艺特点n异径异径轧制可以通制可以通过将一个工作将一个工作辊的直径大幅度减小，的直径大幅度减小，而达到大幅度降低而达到大幅度降低轧制制压力和力矩的效果，及由此力和力矩的效果，及由此带来厚度精度的提高，降低能耗等效果。来厚度精度的提高，降低能耗等效果。n由由图可可见：压力下降的幅度，随异径比力下降的幅度，随异径比(D大大/D小小)的的增加而增加而稳定地增大。定地增大。n其原因是：其原因是：u接触面接触面积大幅度大幅度缩小；小；u单位位轧制制压力力显著降低。著降低。231江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院6.2.2 异径轧制原理与工艺特点异径轧制原理与工艺特点n异径异径轧制制时平均平均单位位压力力显著降低的主要原因是：著降低的主要原因是：u(1) 变形区形区长度大幅度度大幅度缩减，使金属流减，使金属流动的的纵向阻力大向阻力大为减小，从而大大削弱了减小，从而大大削弱了轧制制变形形时的体的体应力状力状态，降低，降低了其了其应力状力状态系数；系数；u(2) 减小了一个工作减小了一个工作辊的直径，使其咬入角增大，因而增的直径，使其咬入角增大，因而增大了正大了正压力的水平分量，改力的水平分量，改变了了轧件的件的应力状力状态。n采用异径采用异径单辊传动轧制制时，轧制制压力降低幅度更大。力降低幅度更大。232江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院6.2.2 异径轧制原理与工艺特点异径轧制原理与工艺特点n采用异径采用异径单辊传动轧制制时，轧制制压力降低幅度更大。力降低幅度更大。n其原因是：异径其原因是：异径单辊传动轧制制时除异径的作用外，除异径的作用外，还有异步的效果有异步的效果(惰惰辊丢速速)。233江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院6.2.2 异径轧制原理与工艺特点异径轧制原理与工艺特点n异径异径轧制制时轧制制压力的力的计算：算：n前后滑区：前后滑区：n总轧制压力：234江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院复习思考题复习思考题235江西理工大学材料科学与工程学院江西理工大学材料科学与工程学院