第二章 实现轧制过程的条件

25
§2.4 最大压下量的计算方法
铜陵学院机械工程系 不同轧制条件下的最大咬入角
16:05:25
26
§2.4 最大压下量的计算方法
铜陵学院机械工程系
例题 假设热轧时轧辊直径D=800mm，摩擦系数0.3 ，求咬入条件所允许的最大压下量及建立稳定轧制过 程后，利用剩余摩擦力可以达到的最大压下量。 解：（1）咬入条件允许的最大压下量

16:05:25
垂直分力Ny 和垂直分力Ty 对轧件起 压缩作用，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 10
§2.1 咬入条件
上轧辊对轧件作用力分解
铜陵学院机械工程系
三种情况：

Tx < Nx Tx ＝Nx Tx > Nx
铸铁轧辊的 f ＜ 钢轧辊的 f
16:05:25
35
§2.5 影响咬入的因素及改善咬入的措施
③轧制温度的影响 轧制温度的影响主要是通过氧化铁皮起作用。 热轧时,在轧制过程中随氧化铁皮厚度的增加摩擦 系数逐渐增大，但另一方面，氧化铁皮的熔点较低， 当轧制温度达到一定高度时，它又熔化起着润滑剂的 作用。
tan f

16:05:25
摩擦角小于咬入角，不能自然咬入 合力F的水平分力Fx逆轧制方向
14
§2.1 咬入条件
当Tx＞Nx时
fN cos ＞ N sin
铜陵学院机械工程系
＞
这就是轧件的咬入条件 当Tx＜Nx时，同样， 可推得 ＜ 轧件不能咬入轧机 当Tx＝Nx时，同样可推得 = 是轧件咬 入的临界条件。 通常将咬入条件定为 ≥
了解咬入阶段与稳定轧制阶段咬入条件之间的
区别；
熟悉生产实际中改善咬入条件的措施。
16:05:25
3
§2.0 轧制过程的三阶段
铜陵学院机械工程系
轧制过程：靠旋转的轧辊与轧件之间的摩擦力将轧件拖 入辊缝，并使之受到压缩产生塑性变形，获得一定形状 、尺寸和性能的压力加工过程。 轧制过程的三阶段 一 、咬入阶段 咬入：依靠旋转的轧辊与轧件间的摩擦力将轧件拖 入辊缝的现象。 咬入阶段：轧件前端与轧辊接触的瞬间起到前端达 到变形区的出口断面（轧辊中心连线）称为咬入阶段。 如图所示。
铜陵学院机械工程系
16:05:25
温度对钢的摩擦系数的影响
36
§2.5 影响咬入的因素及改善咬入的措施
④轧制速度的影响 随着轧制速度的增加，摩擦系数降低。
铜陵学院机械工程系
轧制速度对摩擦系数的影响
16:05:25 37
§2.5 影响咬入的因素及改善咬入的措施
（2）提高途径 ①改变轧件或轧辊的表面状态; ②合理的调节轧制速度. （3）实际生产中提高摩擦的措施 ①热轧时在轧制前几道次的轧辊上刻痕、堆焊；冷轧 时，不涂油或涂粘度系数小的油。 ②去除轧件表面的氧化铁皮。 实验表明，钢坯表面的炉生氧化铁皮，使摩擦 系数降低。由于氧化铁皮的影响，使咬入困难，或 者以极限咬入后在稳定轧制阶段发生打滑现象。 ③调速轧制。 由此可见，清除氧化铁皮对保证顺利的咬入及 轧制是十分必要的。
16:05:25
33
§2.5 影响咬入的因素及改善咬入的措施
铜陵学院机械工程系
轧制碳钢时，随钢中含碳量的增加， f 降低。 普碳钢的f ＜合金钢的 f 铸铁的f ＜ 钢的f
16:05:25
34
§2.5 影响咬入的因素及改善咬入的措施
铜陵学院机械工程系
②工具表面状态和材质的影响
随着工具表面光洁度的提高，（表面凹凸不 平度的减小）, f 减小。
铜陵学院机械工程系
从轧件后端进入入口断面时起到轧件完全通过辊 缝（轧辊轴心连线），称为甩出阶段。
16:05:25
7
§2.1 咬入条件
铜陵学院机械工程系
一、摩擦力、摩擦系数与摩擦角 如图所示总反力与法向反力之间的夹角称为摩擦角。
摩擦角与摩擦系数的关系为
f tg
确定摩擦角
16:05:25 8
§2.1 咬入条件
16:05:25
增加的压下量为 93.6-34=59.6mm
27
§2.5 影响咬入的因素及改善咬入的措施
铜陵学院机械工程系
重要性
改善咬入条件是顺利操作增加压下提高生产效率 的有效措施. 具体办法 由咬入条件 α≤β可知: 凡是使α降低及β增加的因素,均有利于咬入
16:05:25
28
§2.5 影响咬入的因素及改善咬入的措施
材料成型原理
主讲：刘建 班级：07材控本
第一章 轧制过程基本概念
铜陵学院机械工程系
一、轧制过程的三阶段 二、咬入条件 三、稳定轧制条件 四、咬入条件的比较
五、最大压下量的计算方法
复习
16:05:25
作业
实验
2
第一章 轧制过程基本概念
铜陵学院机械工程系
目的、要求：
熟练掌握咬入条件、稳定轧制条件；
16:05:25 32
§2.5 影响咬入的因素及改善咬入的措施
铜陵学院机械工程系
二、提高摩擦角β的途径及生产实际中常用的措施 1、提高摩擦角β的途径
（１）影响β（摩擦系数f
）的因素
①金属种类和化学成分的影响
总的来说，金属材料硬度、强度越高，摩擦系 数越小;凡是能提高材料硬度、强度的化学成分都 可使摩擦系数减小。
16:05:25
21
§2.3咬入和稳定轧制阶段咬入条件的比较
合力作用点位置或系数Kx的影响 轧件被咬入后，随轧件前端在辊缝中前进，轧件与 轧辊的接触面积增大，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Kx恒大于1，在 轧制过程产生的宽展愈大，则变形区的宽度向出口逐 渐扩张，合力作用点愈向出口移动，即ψ角越小则Kx 值越高。 在其他条件不变的前提下，Kx值越高，则αy越高， 即在稳定轧制阶段允许实现较大的咬入角。
hmax 800 1 （ 1 1 0.3
2
） =34mm
（2）在建立稳定轧制过程后，利用剩余摩擦力可 达到的最大压下量
(1.5 ~ .7) (1.5 ~ 1.7)arctg0.3 (1.5 ~ 1.7) 16.7 25 ~ 28
h' max 800 1 cos28 ） 93.6mm （
16:05:25 4
§2.0 轧制过程的三阶段
铜陵学院机械工程系
16:05:25
5
§2.0 轧制过程的三阶段
二、稳定轧制阶段
稳定轧制阶段：
铜陵学院机械工程系
从轧件前端离开轧辊轴心连线开始，到轧件后端 进入变形区入口断面止，这一阶段称为稳定轧制阶段。
16:05:25
6
§2.0 轧制过程的三阶段
三 、甩出阶段 甩出阶段：
16:05:25 20
§2.3咬入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 y K y y
y y Kx
y y Kx
铜陵学院机械工程系
极限咬入条件和极限稳定轧制条件的差异取决于 Kx和βy/β两个因素，即取决于合力作用点位置与摩擦 系数的变化。
数为定值时，随咬入角减小，剩余摩擦力增大。
16:05:25
17
§2.2 稳定轧制条件
二 、建立稳定轧制状态后的轧制条件
铜陵学院机械工程系
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δ不断减小 表示合力作用点的中心角ψ 自ψ ＝α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，δ＝0，合力F的作用点的位置也固 定下来，中心角ψ不再发生变化，开始稳定轧制阶段
极限咬入条件

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
16:05:25 13
§2.1 咬入条件
上轧辊对轧件作用力分解
铜陵学院机械工程系
力的关系分析： N x N sin Tx T cos Nf cos N sin Nf cos Tx < Nx 时
16:05:25 18
§2.2 稳定轧制条件
• 稳定轧制阶段中心角ψ为最小值
Kx
Kx为合力作用点系数
铜陵学院机械工程系
•稳定轧制阶段力的分析
N sin Nf y cos
f y tan
f y tan
y
Kx
y
y
Kx
fy，βy，αy为稳定轧制阶段的摩擦系数、摩擦角、咬入 角
16:05:25
30
§2.5 影响咬入的因素及改善咬入的措施
2、生产实际中减小咬入角α措施 （l）小头进钢 用钢锭的小头先进入轧辊或把钢坯的一端压扁进行轧 制。
铜陵学院机械工程系
钢锭小头进钢
这种方法可以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，所以在实际生产中应用较 为广泛。 16:05:25 31
y ＝（2～2.4）
。
16:05:25
24
§2.4 最大压下量的计算方法
一、按最大咬入角计算最大压下量
铜陵学院机械工程系
hmax D 1 cos max） （
摩擦系数可由公式计算或由表等资料查找 二、按摩擦系数计算最大压下量
hmax D（ 1 1 1 f
2
）
16:05:25
铜陵学院机械工程系
一、咬入时的作用力分析 轧件对轧辊的作用力P与摩擦力T0 轧辊对轧件的作用力N与摩擦力T
16:05:25
9
§2.1 咬入条件
上轧辊对轧件作用力分解
铜陵学院机械工程系
接触瞬间轧辊对轧件的作用力：


作用力的功能：

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
铜陵学院机械工程系
16:05:25
22
§2.3咬入和稳定轧制阶段咬入条件的比较
铜陵学院机械工程系
摩擦系数变化的影响 一般在冷轧时由于温度和氧化铁皮的影响甚小，可近 似地取βy/β≈1，即从咬入过渡到稳定轧制阶段，摩擦系 数近似不变。 热轧条件下，根据实验资料可知，此时的βy/β<1，即 从咬入过渡到稳定轧制阶段摩擦系数在降低。
16:05:25 15
§2.1 咬入条件
铜陵学院机械工程系
热轧型钢：α=20°～25° 带钢：α=10°～20°
16:05:25 16
§2.2 稳定轧制条件
一、剩余摩擦力的产生
铜陵学院机械工程系
剩余摩擦力：把用于克服推出力外还剩余的摩
擦力的水平分量称为剩余摩擦力。
摩擦系数越大，剩余摩擦力越大；而当摩擦系
自然咬入 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
12
16:05:25
§2.1 咬入条件
上轧辊对轧件作用力分解
铜陵学院机械工程系
力的关系分析：
N x N sin
Tx T cos Nf cos
Tx = Nx 时
N sin Nf cos
tan f
铜陵学院机械工程系
一、减小咬入角α的途径及生产实际中采用的措施。 1、减小咬入角α途径 由α=arccos（1-△h/D）知 （1）增加辊径D ； 当△h = C（常数 ），增加辊径D， 咬入角α减小。
α
16:05:25
29
§2.5 影响咬入的因素及改善咬入的措施
铜陵学院机械工程系
（2）减小压下量△h ； 当D=C，减小压下量△h（△h=H-h）， 咬入角α减小。
影响摩擦系数降低最主要的因素是轧件表面上的氧 化铁皮。造成在自然咬入后过渡到稳定轧制阶段发生 打滑现。
16:05:25 23
§2.3咬入和稳定轧制阶段咬入条件的比较
铜陵学院机械工程系
在热轧情况下，稳态轧制时的摩擦系数小于开始咬 入时的摩擦系数，即 y＝（1.5～1.7） 冷轧情况下，稳态轧制时的最大咬入角
16:05:25 19
§2.2 稳定轧制条件
•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
铜陵学院机械工程系

y
2
Baidu Nhomakorabea
y
y
Kx
y
y
2
y 2 y
如果假设稳定轧制阶段的摩擦系数不变且其它条件 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”。
不能实现自然咬入 平衡状态 可以实现自然咬入
16:05:25
11
§2.1 咬入条件
上轧辊对轧件作用力分解
铜陵学院机械工程系
力的关系分析：
N x N sin
Tx T cos Nf cos
Tx > Nx 时
N sin Nf cos
tan f
令

tan f
§2.5 影响咬入的因素及改善咬入的措施
铜陵学院机械工程系
（2）强迫咬入。 即用外力将轧件强制推入轧辊中，由于外力作用使 轧件前端被压扁。 相当于减小前端咬入角α，改善咬入条件。 （3）带钢压下 。 利用稳定轧制阶段允许的最大压下量比自然咬入时所 允许的最大压下量大。 （△h = D（1-cosα）） （4）无头轧制。 减少自然咬入次数。