第二章 实现轧制过程的条件

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作业实验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；◆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。

轧制过程的三阶段一、咬入阶段◆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。

◆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。

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。

二、稳定轧制阶段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。

稳定轧制阶段：三、甩出阶段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。

甩出阶段：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βtg f =确定摩擦角●轧件对轧辊的作用力P与摩擦力T●轧辊对轧件的作用力N与摩擦力T 一、咬入时的作用力分析上轧辊对轧件作用力分解接触瞬间轧辊对轧件的作用力：径向反作用力N：水平分力N x，垂直分力N y切线摩擦力T:水平分力T x，垂直分力T y作用力的功能：垂直分力N y和垂直分力T y对轧件起压缩作用，使轧件产生塑性变形水平分力N x阻止轧件进入轧辊辊缝。

水平分力T x与轧件运动方向一致，力图将轧件咬入轧辊辊缝上轧辊对轧件作用力分解三种情况：T x<N x T x＝N x T x>N x 不能实现自然咬入平衡状态可以实现自然咬入上轧辊对轧件作用力分解力的关系分析：αsin N N x =ααcos cos Nf T T x ==T x >N x 时ααcos sin Nf N <f<αtan摩擦角大于咬入角时才能自然咬入 合力F 的水平分力F x 与轧制方向相同自然咬入f =βtan 令上轧辊对轧件作用力分解力的关系分析：αsin N N x =ααcos cos Nf T T x ==T x =N x 时ααcos sin Nf N =f=αtan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，无水平分力极限咬入条件上轧辊对轧件作用力分解力的关系分析：αsin N N x =ααcos cos Nf T T x ==T x <N x 时ααcos sin Nf N >f>αtan摩擦角小于咬入角，不能自然咬入 合力F 的水平分力F x 逆轧制方向◆当T x ＞N x 时这就是轧件的咬入条件=βαβα≥ 通常将咬入条件定为ααcos fN αsin N β＞＞◆当T x ＜N x 时，同样，＜可推得轧件不能咬入轧机◆当T x ＝N x 时，同样可推得是轧件咬入的临界条件。

βα热轧型钢：α=20°～25°带钢：α=10°～20°一、剩余摩擦力的产生剩余摩擦力：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；而当摩擦系数为定值时，随咬入角减小，剩余摩擦力增大。

二、建立稳定轧制状态后的轧制条件●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•稳定轧制阶段中心角ψ为最小值xK αϕ=K x 为合力作用点系数•稳定轧制阶段力的分析ϕtan >y f ϕϕcos sin y Nf N <x yy K f αtan >f y ，βy ，αy 为稳定轧制阶段的摩擦系数、摩擦角、咬入角xyy K αβ>•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K x 约为2，则◆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K x 倍，或近似地认为大2倍。

◆在生产实践中“带钢压下”。

2y y αβ>2y αϕ=x yy K αβ>yy βα2<极限咬入条件理论上允许的极限稳定轧制条件yy y K βα=αββαy x y K =ββααy x y K = 极限咬入条件和极限稳定轧制条件的差异取决于K x 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。

●合力作用点位置或系数K的影响x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K x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K x 值越高。

在其他条件不变的前提下，K值越高，则αy越高，x即在稳定轧制阶段允许实现较大的咬入角。

●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。

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。

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＝（1.5～1.7）y αα＝（2～2.4）y αα冷轧情况下，稳态轧制时的最大咬入角。

一、按最大咬入角计算最大压下量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1max max h D cos α∆=-（））（2max 111f D h +-=∆不同轧制条件下的最大咬入角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）（2max 3.0111800+-=∆h =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︒︒=︒⨯===28~257.16)7.1~5.1(3.0)7.1~5.1()7.~5.1(arctg βα增加的压下量为93.6-34=59.6mm mmh 6.9328cos 1800max '=-=∆）（§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§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§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。

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。

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。

（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。

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。

普碳钢的f ＜合金钢的f铸铁的f ＜钢的f轧制碳钢时，随钢中含碳量的增加，f 降低。

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。

铸铁轧辊的f＜钢轧辊的f③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。

④轧制速度的影响随着轧制速度的增加，摩擦系数降低。

轧制速度对摩擦系数的影响（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。