【正文】 產(chǎn) ?第五篇 管材生產(chǎn)工藝和理論 第一 篇 軋制理論 ? 1 軋制過程基本概念 ? 2 實(shí)現(xiàn)軋制過程的條件 ? 3 軋制過程中的橫變形 —寬展 ? 4 軋制過程中的縱變形 —前滑和后滑 ? 5 軋制壓力及力矩的計(jì)算 ? 6 不對稱軋制理論 1 軋制過程基本概念 ? 基本概念 ? 變形區(qū)主要參數(shù) ? 金屬在變形區(qū)內(nèi)的流動規(guī)律 基本概念 ?軋制過程 ：靠旋轉(zhuǎn)的軋輥與軋件之間形成的摩擦力將軋件拖進(jìn)輥縫之間，并使之受到壓縮產(chǎn)生塑性變形的過程。 ?研究簡單軋制過程可以搞清楚軋制過程的共性問題。 ?軋制變形區(qū)的主要參數(shù)： ?咬入角 ?接觸弧長度 咬入角 (α) ?咬入角 ：軋件與軋輥相接觸的圓弧所對應(yīng)的圓心角。 接觸弧長度 (l) (1)兩軋輥直徑相等時(shí)的接觸弧長度 ?所求的接觸弧長度實(shí)際上是該弧弦的長度。 ?軋輥彈性壓扁的結(jié)果使接觸弧長度增加。 接觸弧長度 (l) (3)軋輥和軋件產(chǎn)生彈性壓縮時(shí)接觸弧的長度 ?設(shè)軋輥與軋件的彈性壓縮量分別為 Δ 1和 Δ 2，為使軋件獲得 Δ h的壓下量，必須把每個軋輥再壓下 Δ 1+Δ 2，此時(shí)軋件與軋輥的接觸線為 A2B2C曲線。 ?絕對壓下量 ：為軋制前后軋件厚度 H、 h之差，即： ?絕對寬展量 ：為軋制前后軋件寬度 B、 b之差，即： ?絕對延伸量 ：為軋制前后軋件長度 L、 l之差，即： ?絕對變形不能正確地表達(dá)變形量的大小，但由于習(xí)慣而常被使用，特別是壓下量與寬展量。 ? 壓下系數(shù) ： ? 寬展系數(shù) ： ? 延伸系數(shù) ： ? 變形系數(shù)能夠簡單而正確地反映變形的大小，因此在軋制變形方面得到了極為廣泛的應(yīng)用。 ?后者比較客觀地反映了軋制時(shí)金屬變形規(guī)律。 ?其主要內(nèi)容為： ?(1)沿軋件斷面高度方向上的變形、應(yīng)力和流動速度分布都不均勻； ?(2)幾何變形區(qū)內(nèi)，在軋件與軋輥接觸表面上，不但有相對滑動，而且還有粘著，所謂粘著系指軋件與軋輥間無相對滑動； 沿軋件斷面高向上變形的分布 ?(3)變形不但發(fā)生在幾何變形區(qū)內(nèi)，而且也產(chǎn)生在幾何變形區(qū)以外，且變形分布都不均勻。 ?坐標(biāo)網(wǎng)格的變化，證明了沿軋件斷面高度方向上的變形分布是不均勻的。軋件中心層的變形比表面層大，中心層金屬流動速度比表面層快。 沿軋件斷面高向上變形的分布 ?實(shí)驗(yàn)研究還表明，沿軋件斷面高度方向上的變形不均勻分布與 變形區(qū)形狀系數(shù) (l/h)有很大關(guān)系。 沿軋件斷面高向上變形的分布 ?結(jié)果表明：在上述壓下率范圍內(nèi)沿軋件斷面高度方向上的變形分布都是不均勻的。 ?外端對變形區(qū)金屬流動的分布產(chǎn)生一定的影響作用，前后外端對變形區(qū)產(chǎn)生張應(yīng)力。 ?這兩種張應(yīng)力引起的應(yīng)力以ζAB表示，它與延伸阻力 ζs方向相反，削弱了延伸阻力，引起形成寬展的區(qū)域 ADB及 CGE收縮為 adb和 cge。 復(fù)習(xí)思考題 ? 1 軋制過程基本概念 2 實(shí)現(xiàn)軋制過程的條件 ? 咬入條件 ? 穩(wěn)定軋制條件 ? 咬入階段與穩(wěn)定軋制階段咬入條件的比較 ? 改善咬入條件的途徑 咬入條件 ?咬入 ：依靠回轉(zhuǎn)的軋輥與軋件之間的摩擦力，軋輥將軋件拖入軋輥之間的現(xiàn)象。 ?Nx與軋件運(yùn)動方向相反，形成咬入阻力； ?Tx與軋件運(yùn)動方向一致，形成咬入力。 ?TxNx，可以實(shí)現(xiàn)自然咬入，此時(shí) αβ ，稱為 自然咬入條件 。 ?合力作用點(diǎn)中心角 θ也自θ=α開始逐漸減小。 穩(wěn)定軋制條件 ?設(shè)： 合力作用點(diǎn)系數(shù) ?則 ?穩(wěn)定軋制階段 ?TxNx， Tx=Tcosθ=Nfycosθ， Nx=Nsinθ ?此即 穩(wěn)定軋制條件 xK??? 1xxKK????= ta n ta n ta n yy y yxyyxfKK???????? 穩(wěn)定軋制條件 ?一般達(dá)到穩(wěn)定軋制階段時(shí)， θ=αy/2，即 Kx≈2，故可近似寫成 βyαy/2或 2βyαy。 yyxyyxKKK??????????? 合力作用點(diǎn)位置或系數(shù) Kx的影響 ?其他條件不變時(shí)， Kx愈高，則 αy愈高，即在穩(wěn)定軋制階段允許實(shí)現(xiàn)較大的咬入角。 ?熱軋時(shí)， βy/β1，即從咬入過渡到穩(wěn)定軋制階段摩擦系數(shù)在降低。在實(shí)際生產(chǎn)中，往往因此造成在自然咬入后過渡到穩(wěn)定軋制階段發(fā)生打滑現(xiàn)象。一般是： ?熱軋時(shí)，由于溫度和氧化鐵皮的影響，使摩擦系數(shù)顯著的降低，所以 K值較冷軋時(shí)為小，一般是： ? 以上說明 ?穩(wěn)定軋制階段的最大允許咬入角比開始咬入時(shí)的最大允許咬入角大； ?相應(yīng)地，穩(wěn)定軋制階段的最大允許的壓下量比咬入時(shí)的最大允許壓下量大數(shù)倍。 降低 α角的方法 ?由 ?可知，若降低 α角，必須： ? (1) 增加軋輥直徑 D ?當(dāng) Δh等于常數(shù)時(shí)，軋輥直徑 D增加， α可降低。 復(fù)習(xí)思考題 3 軋制過程中的橫變形 —寬展 ? 寬展及其分類 ? 影響寬展的因素 ? 寬展計(jì)算公式 ? 在孔型中軋制時(shí)寬展特點(diǎn)及其簡化計(jì)算方法 寬展及其分類 ? 寬展及其實(shí)際意義 ? 寬展分類 ? 寬展的組成 寬展及其實(shí)際意義 ? 寬展 ：在軋制過程中，軋件沿橫向移動的體積所引起的軋件寬度的變化稱為寬展。 ?若是從大斷面坯軋成小斷面成品時(shí)，則不希望有寬展，因消耗于橫變形的功是多余的，在這種情況下，應(yīng)該力求以最小的寬展軋制。 ?計(jì)算寬展 ：用各種模型公式計(jì)算估計(jì)的寬展。 ?以上兩種情況均造成軋件報(bào)廢。 限制寬展 ?坯料在軋制過程中，金屬質(zhì)點(diǎn)橫向移動時(shí)，除受接觸摩擦的影響外，還承受孔型側(cè)壁的限制作用，因而破壞了自由流動條件，此時(shí)產(chǎn)生的寬展稱為 限制寬展 。 ?由于出現(xiàn)有利于金屬質(zhì)點(diǎn)橫向流動的條件，所以強(qiáng)迫寬展大于自由寬展。 ?翻平寬展 ：由于接觸摩擦阻力的作用，使軋件側(cè)面的金屬，在變形過程中翻轉(zhuǎn)到接觸表面上，使軋件增加的寬展量。它們有一定的變化規(guī)律，但至今定量的規(guī)律尚未掌握。這是因?yàn)閷捄癖仍叫?，粘著區(qū)越大。 寬展沿軋件寬度上的分布 ?寬展沿寬度均勻分布的假說，對于軋制寬而薄的薄板，寬展很小甚至可以忽略時(shí)的變形可以認(rèn)為是均勻的。但是它能定性地描述寬展發(fā)生時(shí)變形區(qū)內(nèi)金屬質(zhì)點(diǎn)流動的總趨勢，便于說明寬展現(xiàn)象的性質(zhì)和作為計(jì)算寬展的根據(jù)。 ? (1) 當(dāng)無接觸摩擦存在時(shí)，六面體產(chǎn)生均勻變形。 ?3) L=常值時(shí)，對一定 lnη， Δb隨 B增大而增大。 2ln l n l n2 2l n l n 1 l n22L LbBLLlLBB? ??? ? ?? ????? ?????????? ? ? ? ??? ?????? ??? ? 軋輥形狀的影響 ? 軋制時(shí)變形區(qū)縱斷面上，軋輥為一圓弧，故作用在軋件上的徑向壓力 P的水平分量不為零，此力將對縱向流動阻力產(chǎn)生影響。 xGyWKW? 軋輥形狀的影響 ?設(shè)在 I區(qū)壓力分布均勻，其合力將作用于 1222si n si n c os c os22c os si n122c os si n22,I I Ix x x yIIxI xG II I I I I IxxIIIG IIGW T P W TTPKTP P P T T P fP f PKP f fhhfDDKfD? ? ? ???? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ????? ? ?? ? ?????? ? ? ??????? ? ???? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ?????????? 軋輥形狀的影響 ?將此函數(shù)關(guān)系繪成圖。 ,IGKfD? ???? ????10IGK?? 具體工藝因素對軋件寬展的影響 ? 相對壓下量的影響 ? 軋制道次的影響 ? 軋輥直徑對寬展的影響 ? 摩擦系數(shù)的影響 ? 軋件寬度對寬展的影響 相對壓下量的影響 ?壓下是形成變形的源泉，壓下越大，延伸與寬展均增大。 ?Δh/H↑，壓下體積增加，故 Δb↑。 ?同時(shí) Δh增加，使金屬壓下體積增加，也促使 Δb增加，二者綜合作用的結(jié)果，將使 Δb增加得較快。 ?且到一定程度后 Δh增加超過 Δb/增加， Δb/Δh反而會下降。 ?當(dāng) D↑時(shí)， l↑加大，縱向的阻力 ↑。 ? ?13, , ,f t v K K?? 摩擦系數(shù)的影響 ?凡影響摩擦系數(shù)的因素，都將通過摩擦系數(shù)引起寬展的變化，這主要有： ? (1) 軋制溫度的影響 ?t通過影響氧化鐵皮的性質(zhì)影響 f，從而影響 Δb。 ?舊輥比新輥 Δb大；軋輥表面潤滑后， Δb減小。 ? (5) 軋輥的化學(xué)成分對的影響 ?鋼軋輥比鑄鐵輥 Δb大。 ?實(shí)踐證明，用巴赫契諾夫公式計(jì)算平輥軋制和箱形孔型中的自由寬展可以得到與實(shí)際相接近的結(jié)果，因此可以用于實(shí)際變形計(jì)算中。 ?計(jì)算簡單，應(yīng)用最早，但只考慮壓下量，因此不全面，不準(zhǔn)確。 ? 區(qū)域，此區(qū)域 ，產(chǎn)生負(fù)值寬展，即限制寬展。 ? ?c os si nz z zW N T N f ??? ? ? ?? ?c os si nz z zT N N f? ? ? ? 軋件與軋輥接觸的非同時(shí)性使變形區(qū)長度沿軋件寬度是變化的 ?接觸順序： A→B→C ? (1) A→B：接觸壓縮小，延伸困難，造成局部寬展。 ?中部金屬體積大時(shí)，邊部金屬拉不動中部，導(dǎo)致寬度增加。 0FH B?Fhb?h H h? ? ? 00p FD D h D b? ? ? ?復(fù)習(xí)思考題 4 軋制過程中的縱變形 —前滑和后滑 ? 軋制過程中的前滑和后滑現(xiàn)象 ? 軋件在變形區(qū)內(nèi)各不同斷面上的運(yùn)動速度 ? 中性角 γ的確定 ? 前滑的計(jì)算公式 ? 影響前滑的因素 ? 連續(xù)軋制中的前滑及有關(guān)工藝參數(shù)的確定 軋制過程中的前滑和后滑現(xiàn)象 ?軋制過程中軋件在高向受到壓縮的金屬，一部分向縱向流動形成延伸，另一部分向橫向流動形成寬展。 軋制過程中的前滑和后滑現(xiàn)象 ?前滑值 ：軋件出口速度 vh與對應(yīng)點(diǎn)的軋輥圓周速度的線速度之差與軋輥圓周速度的線速度之比值稱為前滑值。 ? ? ? ?? ?? ?11/111c os c os11 c oshhH H h h H hHh h H hhHHhHFvF v F v v vFvv v S v SvSvSvvSS???????? ? ?? ? ? ??? ? ? ???? 軋件在變形區(qū)內(nèi)各不同斷面上的運(yùn)動速度 ? 軋制過程中，軋件在變形區(qū)中高度逐漸減小，根據(jù)體積不變條件，變形區(qū)內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動速度不同。如對連續(xù)式軋機(jī)欲保持兩機(jī)架間張力不變，很重要的條件就是必須遵守秒流量不變的條件。 ?設(shè)單位壓力 px均勻分布，即 px= ，且 tx=fpx時(shí)，則： ?當(dāng) Q1=Q0或 Q1=Q0=0時(shí)： 1000si n c os 39。 ? 據(jù)秒流量相等 (無寬展時(shí) ) ? 此即為 。； ?曲線 2 Sh=f(D)， h=20mm， γ=5186。 ? 一般 D/h1，故： ? 此即 。 軋件厚度的影響 ?軋件厚度 h減小，前滑增加。 ?當(dāng)大于一定值時(shí)，達(dá)到平面變形條件，軋件寬度對寬展不起作用，故軋件寬度再增加，寬展為一定值，延伸也為定值，所以前滑值也不變。 ?因?yàn)檩亸皆龃髸r(shí)，隨軋輥線速度增加，摩擦系數(shù)降低，剩余摩擦力有所減小； ?且輥徑增大時(shí)，變形區(qū)長度增加，縱向阻力增大，延伸減少； ?這兩個因素共同作用，使前滑值增加得較為緩慢。 ?凡影響摩擦系數(shù)的因素，均能影響前滑的大小。 孔型形狀的影響 ?孔型軋制時(shí)，沿孔型周邊各點(diǎn)軋輥的線速度不同，但軋件出輥速度又一致，故各點(diǎn)前滑值不同。 連續(xù)軋制中的前滑及有關(guān)工藝參數(shù)的確定 ? 連軋關(guān)系和連軋常數(shù) ? 前滑系數(shù)和前滑值 ? 堆拉系數(shù)和堆拉率 連軋關(guān)系和連軋常數(shù) ? 連軋：各機(jī)架順序排列，軋件同時(shí)通過數(shù)架軋機(jī)進(jìn)行軋制。 1 1 2 2 nnF V F V F V? ? ? 連軋關(guān)系和連軋常數(shù) ?為簡化：