材料成型工程【材料课件】第八讲不对称轧制
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5 不对称轧制理论
5.1异步轧制理论 5.1.1异步轧制基本概念及变形区特征 1） 异步轧制 :指两个工作辊表面线速度不 相等的一种轧制方法。 2）异步轧制的突出优点 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。 3）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。
5.1.2异步轧制压力
异步轧制时变形区内存在着搓轧区，单位压力沿接触弧的 分布曲线削去同步轧制时单位压力峰值 ，使平均单位压 力减小，从而使总轧制压力降低。
根据轧制时变形区实际状态，采用工程法推导出 常见的两种变形区平均单位压力公 当变形区只有搓轧区组成时，平均单位压力为:
变形区由后滑区和搓轧区组成
• • • •
当两轧辊有不同速度时 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出口侧移动 由于上下轧辊速度不同导致变形区内上 下表面的摩擦力方向完全相反，形成了 “搓轧区”。称为全异步轧制。
当中性点受某些条件限制不能移到出、入口处时，变 形区可能出现后滑区和前滑区，这样，变形区就可能 两种情况。 后滑区和搓轧区二者组成
异径轧制的降压效果大的原因
主要是由于变形区长度，即接触面积的缩小显著和单 位轧制压力的显著降低所致。 在相似的轧制条件下，轧制压下量相同时，异径轧制 和对称轧制的变形区长度之比为:
4）异步轧制的形式 • 根据穿带形式的不同，异步轧制常见的 有四种形式分别为： • 拉直式异步轧制
“S”式异步轧制
在生产中多见拉直式异步轧机
恒延伸式异步轧制
单机连轧式异步轧制
5）变形区特征 • 由于两个工作辊的线速度不同，轧制时变 形区金属质点的流动规律和应力分布均有 别于同步轧制。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出 口侧移动
2）拉直异步轧制的轧制精度
（1）变形抗力
• 与常规轧制相比，异步轧制可以大幅降低轧制 压力，因此，拉直异步轧制的塑性曲线斜率M， 要明显低于同步轧制的塑性曲线斜率M，故有
（2）原料精度
在原料相同时，即拉直异步轧制的精度要 高于同步轧制
5.1.5异步轧制的振动问题
• 如果有关工艺参数选择不当，异步轧制常会出现振动现象， 结果会造成沿带材表面横向产生明暗相交的条纹。
异径轧制可以通过将 一个游动工作辊的直 径大幅度减小，而达 到大幅度降低轧制压 力和力矩的效果及由 此带来厚度精度的提 高,降低能耗等效果。
小工作 辊被动
大工作 辊主动 侧弯辊
5.2.2异径轧制原理与工艺特点
• 根据实测和计 算得到低碳带 钢轧制力的实 测与理论曲线。
•由图可见 压力下降的幅度，随异径 比值的增加而稳定地增大 当异径比等于3时，轧制 压力可下降约50%。 只要异径比值一定，即可 稳定地得到一定的降压效 果，而与压下量的变化关 系不大
实验结果
同步结果
异步结果
在延伸系数一定的条件下，异速比大，平均单位压力越小;当 延伸系数和速比一定时，轧件越薄。轧制压力降低的幅度越大
5.1.3异步轧制的变形量及轧薄能力
• 异步轧制使轧制压力明显降低，相同的轧制压力异步 轧制可以获得比同步轧制更大的道次压下量或延伸系 数。 • 异步轧制可以大压下轧制，轧件越薄这种优势越突出。 • 异步轧制突出特点是轧薄能力极强，D/h=25000 • 同步轧制D//h=1500-2000
•当带材出口速度与入口速度比值保持不变， 以及延伸系数数保持恒定时，可得
可见，恒延伸轧制时随着带材厚度的减薄，可以保持 相对厚度差不变或绝对厚差成等比例下降 恒延伸轧制随着厚度的减薄可以明显地提高轧制精度
实现恒延伸轧制有两种方式
“S”异步轧制
异步恒延伸轧制
异步恒延伸轧制实验
2）拉直异步轧制的轧制精度 • • • • • 带材轧制的精度主要取决于 原料厚度、 变形抗力、 摩擦系数、 轧辊偏心及油膜厚度诸因素，
5.1.6异步轧制有关参数的选择
异步速比i不能过大，一般应小于1· 4 异步速比过大对稳定性不利 在拉直异步轧制中，应保持延伸系数μ大 于异步速比i。轧制时应保持前张应力大 于后张应力。 大量实验证明，按照上述原则选择参数， 异步轧制就能稳定运行。
5.2 轧辊直径不对称(异径)轧制理论
1）异步轧制的振动形式
自激振动： 受迫振动 • 2）影响因素
自激振动频率与轧制速度无关,主要取决于变形参数
μ 异步速比i、 摩擦系数f和传动系统的刚度
受迫振动频率与轧制速度相关，它主要取决于传动系统齿轮精 度及传动平稳性 针对上述振动特点，提高轧机有关部件的制造精度和刚度、调 整轧制工艺参数使μ>i，采用良好的润滑剂，可以避免振动现象 的产生。
• 5.2.1概述 • 异径轧制：指在板带材生产中，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。 异径轧制利用一个直径很小靠摩擦传动的工作辊， 通过减小接触面积和单位压力来大幅度降低轧制 压力和能耗。 同时又采用另一个足够大的工作辊来传递轧制力 矩和提高咬人能力，必要时还可采用侧弯辊以控 制板形 异径轧制可取得增大压下量、减少道次、提高轧 机轧制效率和轧薄能力，提高产品厚度精度和板 形质量的效果。
• 异步轧制能轧薄的根本原因 • 变形区内的搓轧区改变了轧件的应力状态，由 于剪切变形的存在，使异步轧制的轧薄能力大 幅度提高。
5.1.4异步轧制的轧制精度
• 根据异步轧制穿带及轧制特点的不同，轧制精度可分 为: 异步恒延伸轧制 拉直异步轧制 • 1）恒延伸异步轧制的轧制精度 • 根据Fra Baidu bibliotek积不变定律，忽略宽展有
后滑区、搓轧区和前滑区三者组成
影响搓轧区的因素
异速比（主要）
搓轧区的大小、是否出
现前滑区和后滑区及其 前滑和后滑区的大小取
决于
轧件在慢速辊侧的前滑值
轧件的道次延伸系数
影响结果：
变形区由后滑区和搓轧区组 成
变形区由后滑区、搓轧区和前滑区组成
变形区全部由搓轧区组成
变形区由后滑区和搓轧区组成 以上几种状态是生产中常见的。根据μ、 i和SM的不同可能还会出现若干种变化
5.1异步轧制理论 5.1.1异步轧制基本概念及变形区特征 1） 异步轧制 :指两个工作辊表面线速度不 相等的一种轧制方法。 2）异步轧制的突出优点 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。 3）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。
5.1.2异步轧制压力
异步轧制时变形区内存在着搓轧区，单位压力沿接触弧的 分布曲线削去同步轧制时单位压力峰值 ，使平均单位压 力减小，从而使总轧制压力降低。
根据轧制时变形区实际状态，采用工程法推导出 常见的两种变形区平均单位压力公 当变形区只有搓轧区组成时，平均单位压力为:
变形区由后滑区和搓轧区组成
• • • •
当两轧辊有不同速度时 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出口侧移动 由于上下轧辊速度不同导致变形区内上 下表面的摩擦力方向完全相反，形成了 “搓轧区”。称为全异步轧制。
当中性点受某些条件限制不能移到出、入口处时，变 形区可能出现后滑区和前滑区，这样，变形区就可能 两种情况。 后滑区和搓轧区二者组成
异径轧制的降压效果大的原因
主要是由于变形区长度，即接触面积的缩小显著和单 位轧制压力的显著降低所致。 在相似的轧制条件下，轧制压下量相同时，异径轧制 和对称轧制的变形区长度之比为:
4）异步轧制的形式 • 根据穿带形式的不同，异步轧制常见的 有四种形式分别为： • 拉直式异步轧制
“S”式异步轧制
在生产中多见拉直式异步轧机
恒延伸式异步轧制
单机连轧式异步轧制
5）变形区特征 • 由于两个工作辊的线速度不同，轧制时变 形区金属质点的流动规律和应力分布均有 别于同步轧制。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出 口侧移动
2）拉直异步轧制的轧制精度
（1）变形抗力
• 与常规轧制相比，异步轧制可以大幅降低轧制 压力，因此，拉直异步轧制的塑性曲线斜率M， 要明显低于同步轧制的塑性曲线斜率M，故有
（2）原料精度
在原料相同时，即拉直异步轧制的精度要 高于同步轧制
5.1.5异步轧制的振动问题
• 如果有关工艺参数选择不当，异步轧制常会出现振动现象， 结果会造成沿带材表面横向产生明暗相交的条纹。
异径轧制可以通过将 一个游动工作辊的直 径大幅度减小，而达 到大幅度降低轧制压 力和力矩的效果及由 此带来厚度精度的提 高,降低能耗等效果。
小工作 辊被动
大工作 辊主动 侧弯辊
5.2.2异径轧制原理与工艺特点
• 根据实测和计 算得到低碳带 钢轧制力的实 测与理论曲线。
•由图可见 压力下降的幅度，随异径 比值的增加而稳定地增大 当异径比等于3时，轧制 压力可下降约50%。 只要异径比值一定，即可 稳定地得到一定的降压效 果，而与压下量的变化关 系不大
实验结果
同步结果
异步结果
在延伸系数一定的条件下，异速比大，平均单位压力越小;当 延伸系数和速比一定时，轧件越薄。轧制压力降低的幅度越大
5.1.3异步轧制的变形量及轧薄能力
• 异步轧制使轧制压力明显降低，相同的轧制压力异步 轧制可以获得比同步轧制更大的道次压下量或延伸系 数。 • 异步轧制可以大压下轧制，轧件越薄这种优势越突出。 • 异步轧制突出特点是轧薄能力极强，D/h=25000 • 同步轧制D//h=1500-2000
•当带材出口速度与入口速度比值保持不变， 以及延伸系数数保持恒定时，可得
可见，恒延伸轧制时随着带材厚度的减薄，可以保持 相对厚度差不变或绝对厚差成等比例下降 恒延伸轧制随着厚度的减薄可以明显地提高轧制精度
实现恒延伸轧制有两种方式
“S”异步轧制
异步恒延伸轧制
异步恒延伸轧制实验
2）拉直异步轧制的轧制精度 • • • • • 带材轧制的精度主要取决于 原料厚度、 变形抗力、 摩擦系数、 轧辊偏心及油膜厚度诸因素，
5.1.6异步轧制有关参数的选择
异步速比i不能过大，一般应小于1· 4 异步速比过大对稳定性不利 在拉直异步轧制中，应保持延伸系数μ大 于异步速比i。轧制时应保持前张应力大 于后张应力。 大量实验证明，按照上述原则选择参数， 异步轧制就能稳定运行。
5.2 轧辊直径不对称(异径)轧制理论
1）异步轧制的振动形式
自激振动： 受迫振动 • 2）影响因素
自激振动频率与轧制速度无关,主要取决于变形参数
μ 异步速比i、 摩擦系数f和传动系统的刚度
受迫振动频率与轧制速度相关，它主要取决于传动系统齿轮精 度及传动平稳性 针对上述振动特点，提高轧机有关部件的制造精度和刚度、调 整轧制工艺参数使μ>i，采用良好的润滑剂，可以避免振动现象 的产生。
• 5.2.1概述 • 异径轧制：指在板带材生产中，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。 异径轧制利用一个直径很小靠摩擦传动的工作辊， 通过减小接触面积和单位压力来大幅度降低轧制 压力和能耗。 同时又采用另一个足够大的工作辊来传递轧制力 矩和提高咬人能力，必要时还可采用侧弯辊以控 制板形 异径轧制可取得增大压下量、减少道次、提高轧 机轧制效率和轧薄能力，提高产品厚度精度和板 形质量的效果。
• 异步轧制能轧薄的根本原因 • 变形区内的搓轧区改变了轧件的应力状态，由 于剪切变形的存在，使异步轧制的轧薄能力大 幅度提高。
5.1.4异步轧制的轧制精度
• 根据异步轧制穿带及轧制特点的不同，轧制精度可分 为: 异步恒延伸轧制 拉直异步轧制 • 1）恒延伸异步轧制的轧制精度 • 根据Fra Baidu bibliotek积不变定律，忽略宽展有
后滑区、搓轧区和前滑区三者组成
影响搓轧区的因素
异速比（主要）
搓轧区的大小、是否出
现前滑区和后滑区及其 前滑和后滑区的大小取
决于
轧件在慢速辊侧的前滑值
轧件的道次延伸系数
影响结果：
变形区由后滑区和搓轧区组 成
变形区由后滑区、搓轧区和前滑区组成
变形区全部由搓轧区组成
变形区由后滑区和搓轧区组成 以上几种状态是生产中常见的。根据μ、 i和SM的不同可能还会出现若干种变化