塑性变形与轧制技术-轧制过程中的横变形-宽展
项目05 轧制过程中的横变形-宽展
项目五轧制过程中的横变形———宽展一、教学目标1.掌握宽展的定义。
2.掌握宽展类型及各类的特征。
3.了解宽展的组成。
4.掌握影响宽展的因素,能分析这些因素如何影响宽展。
5.学习计算宽展的经验公式。
6.分析经验公式中包含的影响因素。
7.查找资料做宽展的推算。
二、课时分配本项目共3个任务，安排4课时。
三、教学重点1.轧制过程中的横变形———宽展2.影响宽展的因素。
3.宽展计算的方法。
四、教学难点1.在宽展计算的经验公式中,选择适合的经验公式。
2.影响宽展的因素及影响规律。
任务一宽展的概念、类型和组成知识储备一、宽展的概念轧件在宽度方向上线尺寸的变化,即绝对宽展,直接称为宽展,用Δb表示。
Δb=b-B式中:B、b———轧制前、后轧件宽度,单位:mm。
二、宽展对实际生产的影响实际型钢轧制生产中,必须克服孔型未充满和过充满的现象,但是由于轧制过程的复杂性,还没有一个能适应多种实际情况下准确计算宽展的理论公式。
一般使用一些经验公式来适应各自的具体情况。
三、宽展种类1.自由宽展2.限制宽展3.强制宽展四、宽展的分布1.双鼓形2.单鼓形3.平直形4.实际意义任务二影响宽展的因素知识储备影响宽展的因素及影响规律1.压下量Δh基本规律：随着压下量的增加,宽展也增加。
2.轧辊直径基本规律：随着轧辊直径增大,宽展量增大。
3.轧件宽度基本规律：轧件宽度增大,即变形区平均宽度增加,横向流动阻力增大,宽展减小。
4.摩擦系数基本规律一般情况(短变形区),宽展随摩擦系数的增大而增大;对长变形区,随摩擦系数的增大,宽展可能保持不变。
5.轧制道次在总压下量相同的条件下,轧制道次越多,总的宽展量越小。
6.后张力基本规律：在后张力作用下,延伸增大,宽展减小,且宽展量随后张力的增大成线性。
7.工具形状工具形状对宽展的影响分为两方面,一方面是指轧制时所用的工具(圆柱形轧辊有利于轧件的延伸)形状不同于其他加工方式;另一方面是指孔型形状的不同对宽展所产生的影响也不同。
塑性变形与轧制技术：宽展的概念及种类
限制宽展
在斜配孔型内的宽展
三、宽展的种类
3、强迫宽展
坯料在轧制过程中，被压下的金属体积受轧辊凸峰的切展而强制金属横向流 动，使轧件的宽度增加，这种变形叫做强制宽展。
例如：立轧孔内轧制钢轨、轧制扁钢时采用的“切展”孔型。 特点：可以用宽度较小的钢坯，轧制成宽度较大的成品。 注意：强迫宽展在剧烈的不均匀变形条件下产生。
宽展的概念及种类
一、宽展的概念 二、宽展的意义 三、宽展的种类
主要内容
一、宽展的概念
金属在轧制过程中，由于轧制力的作用，轧件在高度方 向上被压缩的金属体积将流向纵向和横向,流向横向的金 属使轧件产生横向变形，产生宽展。
图1-1 轧制示意图
一、宽展的概念
轧制前、后轧件横向尺寸的绝对差值，称为绝对宽展，简
济指标亦有着重要的保证。
三、宽展的种类
根据金属沿横向流动的自由程度，宽展可分为： 自由宽展，限制宽展和强迫宽展。
图4-12 自由宽展
图4-13 限制宽展 展
图4-14 在斜配孔型内的宽
图4-15 强迫宽展 a）-钢轨底层的强迫宽展；b）-切展孔型的强迫宽展
三、宽展的种类
1、自由宽展 轧件在轧制过程中，金属高度受到压缩而可以自由横向展
称为宽展。以Δb表示。即 b b B
a）
b）
图4-1 矩形断面工件轧制前后的尺寸
a）加工前矩形坯料；b）加工后矩形轧件
二、研究宽展的意义
1）给定坯料尺寸、压下量可以确定轧后产品的尺寸； 或已知轧后轧件尺寸、压下量，可以确定坯料尺寸。 2）在孔型设计中，可以利用轧后产品要求，反推出轧件
孔型设计尺寸； 也可以利用宽展确定孔型是恰好充满、未充满还是过充满。 3）正确估计宽展值，对于实现负公差轧制，改善技术经
金属塑性加工技术及模具轧制
咬入角α; 变形区长度l(接触弧AB的水平投影长度);
变形区形状参数l/h平和B/h平,h平=(H+h)/2。
其中：变形区长度l
① 两轧辊直径相等时变形区长度
l=
② 两轧辊直径不相等时变形区长度, 假设两个轧辊的接触弧 长度相等,即:
❖ 轧件宽度的影响
条件相同时,宽展随轧件宽度的增大而增加。但 当轧件宽度增大到一定值后,宽展不再出现 明显变化。（轧件与轧辊的接触面积增大, 金属沿横向流动的摩擦阻力增大,大部分金 属将向纵向流动）（1-MB1,2-纯铝，32A12）
❖ 摩擦的影响
宽展随摩擦因数增大而增加。（摩擦因数增加 时,延伸和宽展的摩擦力都增加。但是延伸 区的接触面积比宽展区大…）
变形分成薄轧件和厚轧件两种情况进行讨论。
（1） 薄轧件
几何形状系数l/h平=0.5~1.0,热轧薄板和冷轧一般属于这种情况。
①薄板轧制的变形特点
轧件断面高度较小(即为薄轧件),变形容易深透到内部。由于在轧件接触 表面(表层)存在摩擦力,前、后滑区接触摩擦力方向均指向中性面,从而阻 碍金属的塑性流动。
影响摩擦因素：
轧辊表面、
轧制温度（主要是通过氧化铁皮的性质影响摩
擦因数：在热轧的低温阶段,生成的氧化铁皮
使接触表面摩擦因数升高,从而宽展增加。而
在高温阶段,由于氧化铁皮开始熔化,起着润滑
作用,使摩擦因数降低,从而宽展减小。
化学成分
（3）宽展的计算
宽展的影响因素很多,很难用一个确定的公式来表示。在实 际生产中习惯用一些经验公式。
③ 考虑轧辊弹性压扁时变形区长度
轧制过程之塑性变形与轧制技术介绍课件
智能优化技 术：利用优 化算法、仿 真技术实现 轧制工艺的 优化和改进
01
02
03
04
轧制技术的绿色环保趋势
节能降耗： 提高能源利 用率，降低 生产成本
01
循环利用：提 高废料回收利 用率，实现资 源循环利用
03
02
04
减少污染：采 用环保工艺， 减少废气、废 水、废渣排放
智能化：采用 智能控制系统， 提高生产效率， 降低能耗
和动态再结晶
轧制技术介绍
轧制技术的分类
热轧：在高温下进行轧制，适用于 塑性较好的材料
冷轧：在常温下进行轧制，适用于 塑性较差的材料
温轧：在温度介于热轧和冷轧之间的 条件下进行轧制，适用于塑性适中的 材料
特种轧制：包括连续铸轧、粉末轧制、 等离子体轧制等，适用于特殊材料和 特殊工艺要求
轧制技术的特点
采用智能化控制系统：如 自动控制系统、专家系统 等，以提高轧制过程的稳 定性和准确性
采用先进的轧制设备：如 高速轧机、连续轧机等， 以提高生产效率和降低能 耗
优化轧制工艺流程：如采 用连续轧制、热轧冷轧相 结合等，以提高生产效率 和产品质量
轧制技术的发展趋势
轧制技术的创新方向
智能化：利用人工智能、大数据等技术，实 现轧制过程的自动化、智能化 绿色化：采用节能、环保的轧制工艺和技术， 降低能耗和污染
演讲人
轧制过程之塑性变形与 轧制技术介绍课件
目录
01. 塑性变形原理 02. 轧制技术介绍 03. 轧制过程控制 04. 轧制技术的发展趋势
塑性变形原理
塑性变形的定义
塑性变形是指材料在 1 外力作用下产生永久
变形的现象。
塑性变形过程中，材 2 料的内部结构发生变 化，产生位错滑移、 孪生等微观机制。
材料塑性成形工程学-金自立老师名词解释
轧制过程:靠旋转的轧辊与轧件之间形成的摩擦力将轧件拖进辊缝之间,并使之受到压缩产生塑性变形的过程.几何变形区:轧件承受轧辊作用发生变形的部分称为轧制变形区,即从轧件入轧辊的垂直平面到轧件出轧辊的垂直平面区域,通常又把它称为几何变形区.咬入角:α是指轧件开始轧入轧辊时,轧件和轧辊最先接触点和轧辊中心线所构成的圆心角.接触弧长:轧件与轧辊相接触的圆弧水平投影长度称为接触弧长度,也叫咬入弧长度.最小阻力定律:轧件承受轧辊作用产生塑性变形,压缩下来的金属体积,将优先移向阻力最小的方向.中性角:是决定变形区内金属相对轧辊运动速度的一个参量,是中性面与轧件出口面间圆弧对应的圆心角.γ中性面: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,截面为中性面.轧制力矩:轧制压力与上下两辊中心连线垂直距离的乘积.连轧:轧机顺序排列,轧制线上每一机架的秒流量保持相等,轧件同时通过两架或两架以上轧机的轧制方式称为连轧.咬入:依靠回转的轧辊与轧件之间的摩擦力,轧辊将轧件拖入轧辊之间的现象称为咬入.轧制:两个或两个以上的旋转工具间靠摩擦拉入工具间变形.自由宽展:坯料在轧制过程中,被压下的金属体积可以自由展宽的量.强迫宽展:被压下的金属受轧辊孔型凸峰的切展而强制金属沿横向流动,使轧件的宽度增加.限制宽展:坯料在轧制过程中,金属质点横向移动时,除受接触摩擦的影响外,还承受孔型侧壁的限制作用,因而破坏了自由流动条件.异步轧制:两个工作辊线速度不相等的一种轧制方法.异径轧制:在板带材生产中,两工作辊的线速度基本相同而直径与转速相差很大的轧制状态静力矩:轧辊做匀速转动时所需的力矩.动力矩:轧辊做不均速转动时所需的力矩.前滑:在轧制过程中,轧件出口速度Vh大于轧辊在该处的线速度V的现象.后滑:在轧制过程中,轧件进入轧辊的速度VH小于轧辊在该处线速度的水平分量Vcosα的现象.控制冷却:是一种利用余热进行的热处理过程.控制轧制:是严格控制非调质钢材的轧制过程.1斯通平均单位压力公式是建立在平面变形的基础上,假设接触表面为全滑动摩擦,轧件相等于在平板间压缩.2确定平均单位压力的方法归纳为:理论计算法,实测法,经验公式和图表法.3对轧机的驱动电机要进行两方面的校核:温升,过载;当电机达到允许的最大力矩时,要求持续时间在15秒.4连续轧制时,保持连轧机的条件:轧件在轧制线上每一个机架的秒流量维持不变.5存在宽展的条件下,用前滑公式计算的前滑值(如E芬克公式)与实际前滑值比较要大,用前滑的定义公式计算的前滑值与实际的前滑值比较结果是相等.+M m+M k+M d6在不可逆轧制中,电机传动轧辊的力矩组成M=M Zi7在不同的轧制条件下,坯料在轧制中的宽展形式是不同的,宽展可分为:自由宽展,限制宽展,强迫宽展8材料成型的方法:铸造,焊接,爆破成型,离心浇铸,铸造塑性成型的方法:冲压,拉拔,挤压,轧制宽展:在轧制过程中轧件的高度方向承受轧辊压缩作用,压缩下来的体积将按照最小阻力法则沿着纵向及横向移动.沿横向移动的体积所引起的轧件宽度的变化成为宽展.1轧件在孔型轧制时可能有几种宽展？简要说明.自由宽展,限制宽展,强迫宽展.轧制的前几道次为自由宽展,最后一二道次为限制宽展.在某些型钢轧制中存在强迫宽展,如轧制宽扁带钢时采用的切深孔型等.2简单轧制过程:a轧制过程上下轧辊直径相等b转速相同c轧辊无切槽d均为传动辊e无外力或推力f轧辊为刚性体3改善咬入的措施:意义: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.方法:凡是使α降低及β增加的因素均有利于咬入. (1) 降低α:增加轧辊直径D减小压下量△h.实际生产中主要降低△h.根据△h=H-h,降低轧前高度H,提高轧后高度h.方法:a小头进钢或木契形端进钢b外加推力强迫咬入,头部压扁.实际生产中以带有木契形端咬入后利用稳定轧制阶段剩余摩擦力,实现咬入.利用外推力将轧件强制推入轧辊中,外力作用使轧件前段被压扁,相当于木契形外端降低压下量,有利于咬入.(2) 增加β:a改善轧辊或轧件表面状态,以是β提高.初轧粗轧在轧辊刻槽焊点滚花等目的均使f↑β↑.精轧通过立辊高压水除去氧化铁皮等办法改善轧件表面状态,f↑β↑.B合理调节轧制速度,利用稳定轧制条件下的剩余摩擦力,采用低速咬入,告诉轧制.4影响宽展的因素:基本因素:a有接触摩擦和无接触摩擦相比△b lnβ均增大,而lnμ△I减小.B为常数,对lnη一定值△b随L增,而增大,L为常数,对lnη一定值△b随B增,而增大,B/L比增, lnβ降,lnμ升,同理B/L>1. B轧辊形状的影响.工艺因素:a压下量的影响:压下越大宽展越大b轧制道次的影响:轧制道次越多,宽展越小c轧辊直径的影响分:宽展△B是随轧辊直径D的增加而增加的d摩擦系数的影响:宽展是随摩擦系数的增加而增加的.轧辊表面状态的影响:轧辊表面越粗摩擦系数越大宽展越大.轧件化学成分的影响,轧制温度影响,轧制速度的影响,轧辊化学成分的影响.e轧件宽度异步轧制的优点:轧制压力低,轧薄能力强,轧制精度高,适宜轧制难变形金属及极薄带材.实现异步轧制过程的两种方法:两个工作辊辊径相同,转速不同;两个工作辊转速相同,辊径不同咬入与稳定轧制条件比较:极限咬入:α=β;极限稳定:αy=Kx βy轧制过程如何咬入:与咬入条件直接有关的是轧辊对轧件的作用力.在没有附加外力的作用下,为实现自然咬入必须是咬入力大于咬入阻力.当摩擦角大于咬入角时才能开始自然咬入.2写出影响单位压力因素,表示平均单位压力的一般表达式,并说明各因素意义？P ̅=n σσφ=n β×n σ′×n σ′′×n σ′′′×n T ×n ϵ×n u ×σs (n T ,n ϵ,n u —考虑温度,变形程度和变形速度对轧件机械性能影响的系数σs —普通静态机械实验条件下的金属屈服极限 .n β—轧件宽度影响应力状态的系数.n σ′,n σ′′,n σ′′′—考虑外摩擦,外端,张力影响的系数 )3通过对简单轧制条件下轧件及轧辊在变形区速度的分析,说明轧件在变形区存在前后滑区的原因,简要说明研究轧件及轧辊在变形区速度的实际意义.前滑区:轧件运动速度大于轧辊线速度水平分量,出口处达到最大,金属相对轧辊表面向前滑动.后滑区:轧件运动速度小于轧辊线速度水平分量,轧件入口处有最小值,金属相对轧辊表面向后滑动.前滑值:轧件初口速度Vh 与对应点的轧辊圆周速度的线速度之差与轧辊圆周速度的线速度之比值.Sh=(Vh-V)/V*100% 后滑值:轧件入口端面轧件的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的水平分量之比值. SH=(Vcos α-VH)/ Vcos α*100%搓轧区:当异步轧制时,慢速辊侧的中性点向变形区入口侧移动,快速辊侧中性点向变形区出口侧移动,当慢速辊中性点移至入口处,快速辊侧中性点移至出口处时,使变形区内上下表面的摩擦力反向相反,形成了所谓的搓轧区,此状态叫全异步轧制 径向力N,切向力T.Nx 与Tx 作用在水平方向上，Nx 与轧件运动方向相反，阻止轧件进入轧辊辊缝中, Tx 与轧件运动方向相同，力图将轧件咬住轧辊辊缝中。
轧制过程——塑性变形与轧制技术
1、 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。
轧制时的咬入阶段
咬入阶段的某一瞬间有以下特点：
（1）轧件的前端在变形区有三个自由端（面），仅后面有不参与变形的外端 （或称刚端）。 （2）变形区的长度由零连续地增加到最大值。 （3）变形区内的合力作用点、力矩皆不断的变化。 （4）轧件对轧辊的压力由零值逐渐增加到该轧制条件下的最大值。 （5）变形区内各断面的应力状态不断变化。
轧制过程——塑性变形与轧制技术
轧制过程
一、什么是轧制过程 二、轧制过程的三个阶段
一、什么是轧制过程
轧制过程：轧件被摩擦力拉进旋转的轧辊之间，受到压缩进行塑性变 形，到轧件被甩出为止的整个过程。
即从轧件与轧辊接触开始到轧件被甩出为止的过程。
轧制时的咬入阶段
二、轧制过程的三个阶段
轧制过程可分为三个阶段：此阶段的变形区参数、应力状态与变形都是变化的，是不稳定的， 称为不稳定的轧制过程。
2、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。
轧制时的稳定轧制阶段
稳定轧制阶段的特点：
变形区的大小不变； 轧件与轧辊的接触面积不变； 金属对轧辊的压力均恒； 变形区内各处的应力状态均恒。
谢谢大家！
图1-2 轧制时的稳定轧制阶 段
C 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。
轧制时的甩出阶段
甩出阶段的特点：
1）轧件的后端在变形区内有三个自由端（面），仅前面有刚端存在。 2）变形区的长度由最大变到最小——零。 3）变形区内的合力作用点、力矩皆不断地变化。 4）轧件对轧辊的压力由最大变到零。 5）变形区内断面的应力状态不断地变化。
塑性变形与轧制技术：宽展的影响因素(二)
五、轧制道次的影响
结论：总压下量相同时，轧制道次越多，总的宽展量越小。 公式表示：Δb＞Δb1+Δb2+……Δbn
轧制道次和宽展
五、轧制道次的影响
根据M·A·扎罗辛斯基的研究，得出： Δb=c(Δh)2
绝对宽展Δb与绝对压下量Δh的平方成正比。
图4-29 轧制道次对宽展的影响
五、轧制道次的影响
图中的纵坐标C=Δb/Δb0，Δb为有后张力时 的实际宽展量，Δb0为无后张力时的宽展量 。横坐标为qH/K，其中qH为作用在入口断面 上单位后张力，K为平面变形抗力
结论：后张力对宽展有很大影响，而前 张力对宽展影响很小。
因为轧件变形主要产生在后滑区。
实验结果：当后张力q=K/2时，轧件宽 展为零。在qH＜K/2时，C=Δb/Δb0随 qH/K增大成直线关系减小。
原因：在后张力作用下使金属质点纵向 塑性流动阻力减小，必然使延伸增大、 宽展减小。
七、工具形状的影响
轧制时所用的工具形状不同：圆柱形辊促进延伸。 孔型形状的不同，对宽展的影响：凹形孔限制宽展，凸性
孔促进宽展。
图4-31 在不同形状的孔型内轧制
谢谢大家！
例如：总压下量Δh=10mm。用一道次轧制10和两次每次 压下5mm哪个压下量大？
答：用一道次轧制：Δb1= C(Δh)2= C(10)2=100C（mm） 用两道次轧制：Δb2= 2C (Δh)2= 2C(5)2=50C（mm）
显然： Δb1＞Δb2
六、张力对宽展的影响
图4-30 后张力对宽展的影响
结论：宽展随摩擦系数的增加而增加。
四、摩擦系数的影响
影响摩擦的因素同样影响宽展。 1、轧辊材质及辊面状态 2、轧制温度 3、轧制速度 4、化学成分
塑性变形与轧制理论教学大纲
一、课程性质和任务本课程为材料成型专业的一门专业课。
通过本课程的学习，使学生基本掌握塑性变形的基础知识，对塑性变形的基本概念，基本定律有全面的了解和认识。
在此基础之上，深入学习轧制理论，全面掌握有关轧制方面的知识。
二、教学基本要求本课程以塑性变形为基础，以轧制理论为重点。
通过本课程的学习应该达到如下基本要求：（1）掌握塑性变形的力学基础，基本定律等基本概念。
（2）了解金属在塑性加工中的组织性能的变化。
（3）了解金属塑性加工中摩擦与润滑的关系，金属塑性变形与变形抗力的关系，金属塑性变形时应力和应变的不均匀性及其影响。
（4）掌握轧制有关的基本问题。
（5）掌握轧制中的咬入，宽展（横变形），前滑与后滑，金属对轧辊的作用力，轧制力矩及功率，轧制时的弹塑性曲线，连轧的基本理论等。
三、教学内容第一章绪论教学目标：1.金属压力加工的概念，主要方法及其发展和作用。
2.金属压力加工在国民经济中的作用及其发展。
教学重点与难点：金属压力加工的概念及主要方法。
第二章塑性变形的力学基础教学目标：1.塑性加工时所受的力，内力应力和应力集中。
2,变形的概念和分类。
3,应力状态及应力图示，变形图示。
教学重点与难点：应力状态及应力图示，变形图示。
第三章金属在塑性加工变形中组织性能的改变教学目标：1.冷加工变形中组织性能的变化。
2.热加工对组织与性能的影响。
3.控轧控冷。
教学重点与难点：控轧控冷。
第四章塑性变形的基本定律教学目标：1.体积不变定律及应用，最小阻力定律及应用。
2,弹塑性共存定律。
3,极限状态理论。
教学重点与难点：体积不变定律及应用，最小阻力定律及应用，弹塑性共存定律。
第五章金属塑性加工中的摩擦与润滑教学目标：2.摩擦理论。
3.外摩擦的影响与特征，影响为摩擦的因数。
3,轧制时的摩擦系数。
教学重点与难点：轧制时的摩擦系数。
第六章金属的塑性与变形抗力教学目标：1.金属塑性的概念。
2.影响塑性的因数及提高塑性的方法。
3.变形抗力。
塑性变形与轧制技术：轧制变形区的主要参数
轧制时的变形区
二、变形区的主要参数
1、接触弧与其所对弦长 2、接触弧的水平投影 3、咬入角与压下量
二、变形区的主要参数
已知：轧辊的工作直径D（或半径R）、
E
轧制轧前后轧件的高度（H、h）、轧制
前后轧件的宽度（B、b）。
图1-1 轧制示意图
轧制时的变形区
1、接触弧与其பைடு நூலகம்对弦长
E
l AB Rh
轧制时的变形区
3、咬入角与压下量
h H h
cos OC R BC 1 h 1 h
OA
R
2R
D
h H h D（1 cos）
压下量与轧辊直径成正比，与咬入角成 正比。
咬入角与轧辊直径成反比，与压下量成 正比。
轧制时的变形区
3、咬入角与压下量
根据弧长公式l=αR 及当咬入角的数值不大时 l hR 得出 R hR
轧制时的变形区
2、接触弧的水平投影
h 2 lx AC Rh 4
E
lx l Rh
轧制时的变形区
3、咬入角与压下量
咬入角：指轧件开始轧入轧辊时，轧件
E
和轧辊最先接触的点和轧辊中心连线与
轧辊中心线所构成的圆心角，用α表示。
最大咬入角的大小与轧辊表面状态、轧 制温度以及轧辊转速、轧辊轧件间的摩 擦系数等有关。
h
R 57.29 h
R
3、咬入角与压下量
实际证明，当＜30°时，用精确公式与近似公式计算的咬 入角十分的接近，如下表。
近似公式与精确公式计算结果的比较
谢谢大家！
轧制变形区的主要参数
轧制变形区的主要参数
一、变形区的概念 二、变形区的主要参数
一、变形区的概念
认识轧制——塑性变形与轧制技术
谢谢大家！
轧件表面状况一样
轧制示意图
简单轧制满足的条件3
（3）工作条件：速度、作用力、装配
轧制示意图
非简单轧制
凡不满足上述条件的轧制过程称为非简单轧制，如： （1）单辊传动。 （2）带张力轧制。 （3）轧制速度在一道次内变化。 （4）轧辊直径不等。 （5）孔型中轧制等等。
实际轧制过程中简单轧制过程不存在
认识轧制——塑性变形与轧制技术
学习目标：
一、轧制的基本概念及目的 二、轧制的分类 三、简单轧制条件
一、轧制的基本概念及目的
轧制： 把金属送入旋转着的轧辊中，轧辊给金属一定的压力，使金属产生塑
性变形，以获得要求的截面形状和尺寸，并同时改善金属性能的方法。
轧制目的：
1）轧件断面尺寸减小而长度增大； 2）得到用户所需要的形状和尺寸； 3）获得所要求的性能。
二、轧制的分类
按轧制时轧件与轧辊的相对运动关系不同，轧制方法分为： 纵轧、横轧和斜轧三种。
纵轧示意图
1—轧辊；2—轧件
横轧简图
1—轧辊；2—轧件；3—支撑辊
斜轧简图
1— 轧 辊 ； 2— 坯 料 ； 3— 毛 管 ； 4—顶头；5—顶杆
二、轧制的分类
1 、纵轧 特点：
（1）两个轧辊转动方向相反； （2）轧件的轴线与轧辊轴线垂直； （3）轧件做平动。 应用广泛，可生产型钢，钢板和一
些异型钢材。
纵轧示意图
1—轧辊；2—轧件
二、轧制的分类
2、横轧 特点：
（1）横轧时两个（或三个）工作轧辊 的旋转方向相同；
（2）轧件轴线与轧辊轴线平行； （3）轧件在轧辊间转动。 可生产车轮、轮箍、齿轮，轴承内外
圈及各种断面的轴件。
横轧简图
3.4轧制时金属的横变形-宽展
图9-8 宽展沿宽度均匀分布的假说
图9-9 变形区分区图示
9.3 影响宽展的因素
一 压下量的影响
实验表明，随压下量增加，宽展量也增加如图9—10 所示。 二 轧辊直径的影响 如图9-12的实验曲线表明，随轧辊直径增大， 宽展量增大。
图9-10 宽展与压下量之间的关系 （a）当Δh、H、h为常数、低碳钢在=900℃、v=1.1m/s时， Δb与Δh/H的关系； （b）当H、h为常数，条件同（a）时Δb与Δh/H的关系
课程引入 ：
1. 拟定轧制工艺时要确定宽展 。
2. 宽展在生产实际中影响产品质量 。
3.4 轧制时金属的横变形——宽展
9.1 宽展与研究宽展的意义
一、宽展的概念
通常把轧制前、后轧件横向尺寸的绝对差值，称 为绝对宽展，简称为宽展。
二、研究宽展的意义
1 根据给定的坯料尺寸和压下量，来确定轧制
后产品的尺寸，或已知轧制后轧件的尺寸和压 下量，要求定出所需坯料的尺寸。 2 宽展在实际生产中和孔型设计时得到了广泛的 应用。在孔型设计中，必须正确计算出宽展量。 否则，孔型不是欠充满就是过充满。
值范围如表15—1所示。
表9-1 宽展系数表
二、巴赫契诺夫公式
b 1.15 h h （ Rh ） 2H 2f
三、彼德诺夫—齐别尔公式
h b Rh H
四、采里柯夫公式 五、艾克伦德公式
小结：
1.掌握影响宽展的主要因素 2.了解宽展的计算公式。
图9-11 宽展系数与轧辊直径的关系
图9-12 轧辊直径对宽展的影响
三 轧件宽度的影响 实验证明，轧件宽度小于某一定值时，随轧件宽 度的增加宽展增加；超过此一定宽度之后，随轧
件宽度的继续增加而宽展减小，且以后不再对宽
塑性变形与轧制技术：体积不变定律及其应用
例如：沸腾钢锭热轧前比重6.9吨/米3，轧制后7.85吨/米3，体积约减 少13％，继续加工体积不再改变。镇静钢锭和连铸坯的比重一般在7.6 吨/米3左右，轧制后为7.85吨/米3，体积的变化仅约为3%。
实际上，塑性变形中体积会不会改变？
（2）在热轧过程中金属因温度变化而发生相变，并且在 冷轧过程中，金属的组织结构被破坏，也会引起金属体积 的变化，不过这种变化都极为微小。
l≈90m
谢谢大家！
若已知H、B、L、h、b， l HBL
hb
矩形断面工件加工前后的尺寸
二、体积不变定律的应用
2、可以确定使金属的消耗最小的坯料尺寸，提高金属收 得率架轧机上轧件出口的断面积F1、F2……Fn
，和成品机架的轧辊速度vn，即可求其余轧机的轧辊速度
v1、v2……等。
金属秒流量体积相等 F1v1 F2v2 Fnvn
例题
某厂轧制50×5角钢，原料为连铸方坯，尺寸为120×120×3000mm， 已知50×5角钢每米理论重3.77kg，密度为7.85t/m3，计算轧后长度l为 多少?
解： 坯料体积V0=120×120×3000/109=4.32×10-2m3 50×5角钢每米体积V1=3.77/（7.85×103）=4.8×10-4mm3 由体积不变定律可得V0=V1l l =（4.32×10-2）/(4.8×10-4) ≈90m
例：冷加工时金属的比重仅减少0.1％～0.2％。经过再结晶退火后， 其比重仍会恢复到原有的数值。
二、体积不变定律的应用
1、可以确定轧制后轧件的尺寸
矩形坯料的高、宽、长分别为H、B、L，V1=HBL；
在轧制过程中，轧件在高度方向被压下的金属，将向纵向和横向流动 而形成延伸和宽展。
金属塑性加工工艺(轧制与挤压)解读
3）相对变形量的表示法
变形方向 压下 相对量 变形系数 对数变形系数
%
H
h h % H H
H h b B
l L
ln
1
宽展 延伸
B
h
B
B
H
H
%
ln ln
4)变形区参数
α
B C
D
Δ b/2
Δ h/2
A
• （1）咬入角：α 是 指轧件开始轧入轧辊 时,轧件和轧辊最先 接触的点和轧辊中心 连线与轧辊中心线所 构成的圆心角。
2 稳定轧制条件
• 在轧件被咬入后,轧辊给轧件压力P合力作用点与摩擦 力T已不作用于开始接触点处,而是向变形区出口方向 移动.
α ψ δ
开始咬入阶段
轧件充填辊缝的 过程
稳定轧制阶段
合力作用点中心角 轧件前端与轧辊轴心连 线夹角
K
x
y
合力作用点系数
y
稳定轧制条件下咬入角 (虚拟的可能值 )
h 2 ( ) 2
R h
② 不等径
L1 R1 R1 h1
2 2
2
2
R1 h1 h1
2
2
L1 D1h1 L R R 2 h 2
2
2
2
2
2
2
R 2h h 2
2
L2 D2h2 R1h1R 2h2 R 2h R 2h1 R 2 h h1 R R 2 1 LL1L2
α
ψ
α
1)咬入过程中ψ δ 变化
: :
塑性变形与轧制技术：宽展的分布及组成
实验要求：当轧件咬入后再减小轧辊辊缝，使轧
件在α＞β条件下轧制时。
实验结果：变形区中后滑区靠近轧件入口处有拉
应力区存在。
在α≤β条件下轧制时，无此拉应力区。
结论：宽展主要集中在后滑区的非拉应力区，拉
应力区和前滑区都很小。
谢谢大家！
轧件，不符合实际。
宽展沿宽度均匀分布的假说
二 宽展沿轧件宽度上的分布假说
第二种假说：变形区分为四个区域：两
边的区域为宽展区，中间为前后两个延
伸区。
这种假说不完全准确：变形区中金属质
点的流动轨迹，并不严格按所画的区间
流动。但可以定性描述变形时金属沿横
纵向流动的总趋势。
轧制示意图
变形区分区图示
三、宽展沿变形区长度的分布
滑动使轧件宽度增加的部分，称滑动宽展。Δb1=B1－B
图4-16 宽展沿轧件断面高度的分布
图4-17 各种宽展与值的关系
一、宽展沿横断面高度上的分布
2、翻平宽展：由于接触面摩擦阻力的原因，使轧件侧面的金属在变
形过程中翻转到接触表面上来，称为翻平宽展。Δb２=B２－B１
图4-16 宽展沿轧件断面高度的分布
图4-17 各种宽展与值的关系
一、宽展沿横断面高度上的分布
3、鼓形宽展：轧件侧面变为鼓形而产生的宽度增加量，
称为鼓形宽展。Δb３=B３－B２
图4-16 宽展沿轧件断面高度的分布
图4-17 各种宽展与值的关系
显然，轧件的总宽展量为Δb＝Δb1＋Δb2＋Δb３。
三种宽展分布的变化规律：
ത
度b与轧前宽度B之差，称为平均宽展。
《材料成型工艺学 下》课件：第三章 轧制过程中的横变形-宽展
1(
h D
)
2(
h D
,f )
K
I G
( h ,
D
f
)
材料成形工艺学（下）—轧制原理
3 轧制过程中的横变形－宽展
3.2 影响宽展的因素
3.2.1 影响轧件变形的基本因素分析
3.2.1.2 轧辊形状的影响
0
K
I G
1
由于轧辊形状的影响，使纵向阻力 一般小于横向阻力，而极限情况是 二者相等，即 KG 1
钢轧辊取1.0 铸铁轧辊取0.8
轧制速度影 响系数
轧件化学成分对摩擦 系数的影响系数
如果取 ln b b 1 BB
当 b 1.2 时，简化为 B
b A A2 b2 4m R h(3H h)
A 2m(H h) R h b
材料成形工艺学（下）—轧制原理
3 轧制过程中的横变形－宽展
材料成形工艺学（下）—轧制原理
3 轧制过程中的横变形－宽展
3.2 影响宽展的因素
3.2.2 各种因素对轧件宽展的影响
1.相对压下量的影响
相对压下量越大，宽展越大。
增加压下率有不同的方式，使Δ b的 变化方式也不同。
H=c
Δh
h=c
增加
压下体积增 加
L增加,纵向 阻力增加
Δ h=C
(1)压下量增加时，变形区 长度增加，变形区水平投 影 形状 l/b 增大，因而使 纵向塑性流动阻力增加， 纵向压缩主应力值加大。 根据最小阻力定律，金属 沿横向运动的趋势增大， 因而使宽展加大。 (2) Δh/H增加高向压下的金属
3.3 宽展的计算
3.3.4 C.N.古布金公式
b
1
h H
f
塑性变形与轧制技术：变形图示
一、变形图示
（1）一向缩短两向伸长 例如有宽展情况轧制和自由锻压都属于这种变形图示。
有宽展的轧制
一、变形图示
（2）一向缩短一向伸长 例如宽度较大的板带轧制近似为无宽展轧制或者或轧件宽
度与孔型宽度相等时的孔型轧制等。
无宽展的轧制
一、变形图示
（3）一向缩短两向伸长 如挤压和拉拔。
挤压
拉拔
轧制宽板带ε2=0，σ2-σm=0，即
2
1
2 3
3
0
2
1（ 2
1
）
3
平面变形情况下，并不是在没有主变形方向上没有主应力
，而在此方向上的应力为
平面变形条件下的应力特点：
2
1（ 2
1
）
3
谢谢大家！
m
1 2 3 3
1 3
5
（
5）（
21）
7kg
/ mm 2
1 m 5 （ 7） 12kg / mm 2
2 m 5 （ 7） 2kg / mm 2
3 m 21 （ 7） 14kg / mm 2
得出：ε1和ε2是伸长，而ε3是缩短，为两向伸长一向缩短 的变形图示。
二、应力状态和变形图示
二、应力状态和变形图示
应力图示与变形图示符号（箭头指向）不一致。 应力图示中各主应力包含了引起弹性体积变化的主应力成分和塑性变
形；变形图示中的主变形是指塑性变形不包含弹性变形。 平均应力：主应力引起的体积变化（弹性变形）的应力成分，或称球
应力、静水压力。 偏差应力：使几何形状发生变化（塑性变形）的成分。 偏差应力是主应力与平均应力的差值。
变形图示
主要内容
1、变形图示的定义及表示方法； 2、通过应力状态判断变形图示。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
图 5-9 轧件宽度对宽展影响
二 影响宽展的因素
实施
实施
二 影响宽展的因素
二 影响宽展的因素
实施
Байду номын сангаас
二 影响宽展的因素
实施
二 影响宽展的因素
实施
三
计算宽展
学习目标
1. 学习计算宽展的经验公式。 2.分析经验公式中包含的影响因素。 3.查找资料做宽展的推算。
描述
三 计算宽展
依据实际轧制条件,在宽展计算的经验公式中,选择适合的经 验公式。借助资料确定公式参数,应用于得出这些公式或系数的 条件中,估算出很接近于实际情况的宽展值。
轧制过程中的横变形—宽展
项目导入
轧制过程中,轧件的高度受到压缩而减小,变形金属将沿着纵向流动而 产生延伸变形,同时,也沿着横向流动而产生宽展。研究并掌握宽展的变化 规律,正确估计宽展的大小,在制定轧制工艺制度时,确定轧制后的尺寸以及 根据用户品种规格需求选择坯料尺寸,都具有重要意义。若对宽展量计算不 正确,将会导致轧制废品。在此项目中,我们就来分析宽展的变形规律和确 定方法。
实施
三 计算宽展
宽展的计算公式 影响宽展的因素也很多,只有在深入分析轧制过程的基础上,正确考虑主要因素
对宽展的影响后,才能获得比较完善的公式。 一、若兹公式
二、艾克隆得公式
实施
三 计算宽展
三、在孔型中轧制时计算宽展的简化方法 【例5-1】 已知轧制前轧件断面尺寸H×B=100mm×200mm ,轧件厚度h=70mm , 轧辊材质为铸钢,工作直径为650mm,轧制速度v=4m/s,轧制温度t=1100℃,轧件 材质为Q235,依据给出的资料,试计算该道次的宽展量。
实施
图 5-1 由于宽展计算产生的缺陷
图 5-2 由于孔型未充满导致的椭圆形棒材
图 5-3 由于过充满而产生的耳子
图 5-4 折叠
一 宽展的概念、类型和组成
实施
三、宽展种类 1.自由宽展
2. 限制宽展
图5-5 自由宽展
图5-6 限制宽展
一 宽展的概念、类型和组成
实施
3. 强制宽展
四、宽展的分布 1. 双鼓形
正确估计轧制中的宽展是保证断面质量的重要一环,若计算宽展大于实际宽展, 孔型充填不满,造成很大的椭圆度;若计算宽展小于实际的宽展,孔型充填过满,形成 耳子,以上两种情况均造成轧件报废。
一 宽展的概念、类型和组成
实施
一、宽展的概念 轧件在宽度方向上线尺寸的变化,即绝对宽展,直接称为宽展,用Δb表示。
图5-10 轧制速度影响系数图
实施
三 计算宽展
表5-2 轧件化学成分影响系数
解 ( 1 )用艾克隆得公式计算 ① 计算摩擦系数: ② 计算压下量和变形区长度:
项目小结
项目五研究的是轧制过程中的 横变形——宽展。从宽展的概念、 种类及特点开始,重点
Thanks 谢谢观看
相关 知识
一 宽展的概念、类型和组成
宽展是轧制时客观存在的现象,不论在哪种情况下,希望或不希望有宽展,都必 须掌握宽展变化规律以及正确计算它,在孔型中轧制则宽展计算更为重要,才能保证 轧制产品的形状与尺寸。拟定轧制工艺时,首先要知道被压下的金属体积是如何沿 轧制方向和宽度方向分配的。按照体积不变定律,才有可能在已知轧前坯料尺寸、 确定压下量的前提下,计算轧制后产品的尺寸;或者根据轧制后轧件的尺寸来推算轧 制前所需坯料的尺寸。
二、宽展对实际生产的影响 宽展在实际生产和孔型设计中得到广泛运用,在孔型设计中必须正确地确定宽展
的大小。若计算宽展大于实际宽展,孔型充填不满,造成很大的椭圆度,如图5-1(a) 所示;若计算宽展小于实际宽展,孔型充填过满,形成耳子如图5-1(b)所示,实际案 例见图5-2、图5-3。
一 宽展的概念、类型和组成
目录
项目五 轧制过程中的横变形---宽展
一 宽展的概念、类型和组成 二 影响宽展的因素 三 计算宽展
一 宽展的概念、类型和组成
学习目标
1.掌握宽展的定义。 2.掌握宽展类型及各类的特征。 3.了解宽展的组成。
一 宽展的概念、类型和组成
描述
为分析宽展的规律,我们首先应学习有关宽展的基础知 识:即宽展的概念、类型和组成。
图5-7 强制宽展
2. 单鼓形
3. 平直形
4. 实际意义
图5-8 宽展的分布
二 影响宽展的因素
学习目标
1.掌握影响宽展的因素,能分析这些因素如何影响宽展。
二 影响宽展的因素
描述
结合塑性变形基本定律,分析影响宽展的因素。掌握各因素对 宽展影响的基本规律,作简要说明。
相关 知识
二 影响宽展的因素
轧制时的宽展取决于轧制时的很多因素。这些因素归纳 为两类:一是表示变形区特征的几何因素,如轧件高度、宽 度、轧辊直径、变形区长度等;二是影响变形区的物理因素, 如摩擦系数、轧制温度、轧制速度、轧件成分等。轧制时 高度方向压下的金属体积如何分配给延伸和宽展,受最小阻 力定律和体积不变定律的支配。高度方向移位体积有多少 分配给横向流动,受最小阻力定律的制约。若金属横向流动 阻力较小,则大量金属质点横向流动,表现为宽展较大。反 之,若纵向流动阻力较小,金属质点大量纵向流动而造成宽 展减小。