轧制过程的基本概念

14 轧制过程的基本概念

轧制过程是轧件由摩擦力拉进旋转轧辊之间，受到压缩进行塑性变形的过程，通过轧制使金属具有一定的尺寸、形状和性能。

为了建立轧制过程的基本概念，就必须研究轧制过程中所发生的基本现象和建立轧制过程的条件。这是本章所要讨论的主要内容。

14.1 变形区主要参数

虽然我们在生产实践中遇到不同的轧辊组合方式，但实际

上金属承受压下

而产生塑性变形

是在一对工作轧

辊中进行的。除

了一些特殊辊系

结构形式（如行

星式轧机、Y形轧

机）外，均系在

一对轧辊间轧制

的简单情况，一

般都以此做为研

究轧制过程的开

端。图14−1表示

简单轧制过程图

示。所谓简单轧

制过程，即上下

轧辊直径相同、

转速相等，轧辊图14−1 简单理想轧制过程图示

无切槽，均为传动辊，无外加张力或推力，轧辊为刚性的。

参照（1−7）式，轧制时绝对变形量（压下、延伸、宽展）分别用下式表示

h H h -=∆

H h L L L -=∆ H h B B B -=∆

式中 h 、H ——轧件轧后、轧前高度；

h L 、H L ——轧件轧后、轧前长度； h B 、H B ——轧件轧后、轧前宽度。

相对变形量，参照（1−8）、（1−9）式。

根据体积不变条件，轧制时也可得到与（1−10）和（1−11）式同样的表示各向变形系数 的关系式

11

=⋅⋅μωη

或 0ln ln 1

ln

=++μωη

由上面的式子可知，由一个主变形方向压下来的金属，按着不同的比例分配到另外两个主变形方向上去，亦即轧制时在一定压下量情况下将会得到一定的延伸量和宽展量。

如果以H F 表示轧件在轧前的横断面积，而h F 为轧后的横断面积，根据体积不变条件，参照（1−14）式，则

μ==h

H H h F F

L L

（14−1）

在轧制生产中，坯料一般要经过若干道次轧制才能得到成品，延伸系数则可分为总延伸系数和道次延伸系数。

如轧制n 道次，各道次轧前轧件横断面积为

110F F μ= 221F F μ= 332F F μ=…………

n n n F F μ=-1

从上式可得

n

n F F μμμμ⋅⋅⋅⋅=3210∙∙∙∙∙∙

n n F μ

（14−2）

式中 0F 、n F ——轧前、轧后轧件横断面积； 1F 、2F 、……1-n F ——1~（n －1）道次轧件轧后之横断面积；

1μ、2μ、……n μ——1~n 道次的延伸系数。

由（14−2）式可得

n n

F F μμμ⋅⋅⋅⋅=210

如果设n F F 0=∑μ为轧件轧制n 道次后的轧制总延伸系数，则

∑

∑⋅⋅⋅⋅⋅⋅=μμμμμ321

（14−3）

由此可知，总延伸系数为各道次延伸系数之乘积。 轧板时，由于宽展甚小可以忽略不计，故常常用压下系数来表示变形程度，而且一般常用相对变形或压下率表示。

此时，第1道次至n 道次，各道次的压下率为

1

01H H H -=

ε

1

2

12H H H -=

ε……

1

1---=

n n

n n H H H ε

而积累压下率∑ε为

0H H H n

-=

∑ε

式中 0H ——轧前轧件高度；

1h 、2h 、……n h ——1~n 道次轧后的轧件高度；

1ε、2ε、……n ε——1~n 道次的压下率；

∑ε——1~n 道次的积累压下率。

积累压下率与道次压下率之关系为

)

1()1)(1()1(21n εεεε-⋅⋅⋅--=-∑…

…)1(n ε- （14−4）

如果将上式稍加改写这个结论就很容易明白了，即

⎪⎪⎭

⎫

⎝⎛--⋅⋅⋅⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----111211001111n n

n o o n H

H H H H H H H H H

H H

简化后左右两边相等，为

1

2312010-⋅⋅⋅⋅⋅=n n n h h h h

h h H h H h 如图（14−1）所示，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。

现在我们来求咬入角α，轧辊直径D 和压下量h ∆的关系。由图14−1可以得出

OE R OE OB EB -=-=

式中 R ——轧辊半径。

但是 αcos R OE =

22h h H EB ∆=-=

代入，得出

)

cos 1()cos 1(2αα-=-=-D R h H

（14−5） 或为

)

cos 1(α-=∆D h

（14

−6）

如果上面三值中二者为已知，则其余一值能够迅速地按式（14−6）求得。

例如，D =460mm △h=29mm 时，由公式可求出α=20°20'。 又如，D =165mm 、α=5°时，由公式可求得△h=0.627mm 。 根据几何关系，接触弧长s 为

α

R s =

（14−7）

接触弧之水平投影叫做变形区长度l （图14−1）。由图得

αsin R l =

或 222OE R l -=

而 ⎪⎭

⎫ ⎝⎛

∆-=2h R OE

故得

4422

22

22

2

2

h h R h h R R R h R R l ∆-∆=∆-∆+-=⎪

⎭⎫ ⎝

⎛∆--= 最后得出

4

2h h R l ∆-

∆=

（14−8）

如果忽略4

2h ∆，则l 可近似用下式表示之

h

R l ∆≈

（14−9）