材料成型工程 第四講 軋制過(guò)程中的縱變形

3軋制過(guò)程中的縱變形—前滑和后滑軋制時(shí)存在前滑和后滑現(xiàn)象，這種現(xiàn)象使軋件的出輥速度與軋輥的圓周速度不相一致這個(gè)速度差在軋制過(guò)程中并非始終保持不變的，它受許多因素的影響而變化。連軋機(jī)上軋制和周期斷面鋼材的軋制等都要求確切知道軋件進(jìn)出軋輥的實(shí)際速度那么，軋件的速度與軋輥周速之間存在什么關(guān)系呢？這就是本章要討論的問(wèn)題。

3.1軋制時(shí)的前滑與后滑3.1.1前滑與后滑概念的引出及定義1）前滑與后滑概念的引出說(shuō)明軋件的延伸是被壓下金屬向軋輥入口和出口兩方向流動(dòng)的結(jié)果（1）后滑：軋件進(jìn)入軋輥的速度υH小于軋輥在該點(diǎn)處線速度

υ的水平分量υcosα,這種現(xiàn)象叫做后滑。（2）前滑：軋件的出口速度υ大于軋輥在該處的線速度υh，這種現(xiàn)象叫做前滑。2）前后值的定義公式后滑值如果將前滑式中的分子和分母各乘以軋制時(shí)間t，則得3）前滑值的實(shí)驗(yàn)測(cè)定如果事先在軋輥表面上刻出距離為L(zhǎng)H

的兩個(gè)小坑則軋制后測(cè)量Lh

即可用實(shí)驗(yàn)方法計(jì)算出軋制時(shí)的前滑值。3.1.2前后滑與有關(guān)工藝參數(shù)的關(guān)系1）體積不變定律按秒流量體積相等的條件2)參數(shù)的關(guān)系前后滑存在一定關(guān)系前后滑是延伸得組成部分當(dāng)αμ一定，Sh升則

SH降。實(shí)際應(yīng)用中只要研究一種現(xiàn)象即可3.2軋制過(guò)程中的變形運(yùn)動(dòng)學(xué)及中性角3.2.1軋制過(guò)程的運(yùn)動(dòng)學(xué)1）幾點(diǎn)假設(shè)軋件無(wú)寬展變形區(qū)內(nèi)任一截面不同高度變形均勻，水平速度一致。變形區(qū)內(nèi)單位時(shí)間秒流量相等2）運(yùn)動(dòng)分析注意實(shí)際變形不均速度不均分析結(jié)論軋件變形區(qū)存在一截面，軋件的運(yùn)動(dòng)速度與該截面對(duì)應(yīng)軋輥線速度水平分量相等，截面為中性面，將變形區(qū)劃分為兩個(gè)部分，前滑區(qū)和后滑區(qū)。中性面與軋件出口面間圓弧對(duì)應(yīng)的圓心角為中性角，用γ表示。前滑區(qū)軋件運(yùn)動(dòng)速度大于軋輥線速度水平分量,出口處達(dá)到最大,金屬相對(duì)軋輥表面向前滑動(dòng)。后滑區(qū)軋件運(yùn)動(dòng)速度小于軋輥線速度水平分量,軋件入口處有最小值。金屬相對(duì)軋輥表面向后滑在前滑、后滑區(qū)內(nèi)金屬相對(duì)軋輥表面產(chǎn)生滑動(dòng)的方向不同，導(dǎo)致摩擦力的方向不同。在前、后滑區(qū)內(nèi)，軋件表面上的摩擦力的方向都指向中性面。3.2.2中性角的確定1)軋制過(guò)程中變形區(qū)軋件受力分析根據(jù)軋件受力平衡條件確定中性面的位置及中性角γ的大小。如右圖所示Px—軋件表面上的單位壓力值。tx

—軋件表面上的單位摩擦力值。不計(jì)軋件的寬展，考慮作用在軋件單位寬度上的所有作用力在水平方向上的分力根據(jù)力平衡條件，取此水平分力之和為零中性角是決定變形區(qū)內(nèi)金屬相對(duì)軋輥運(yùn)動(dòng)速度的一個(gè)參量。上式積分結(jié)果當(dāng)Q1=Q0或Q1=Q0=0時(shí)有2)中性角公式討論左邊式子反映了三個(gè)特征角的關(guān)系。當(dāng)α＝β有最大γγ＝β/4三個(gè)特征角的關(guān)系當(dāng)f=0.3f=0.4中性角最大4－6度一定摩擦條件下咬入角越小，中性角越趨于咬入角的一半。3)關(guān)于中性角公式的說(shuō)明實(shí)際軋制中PX不為常數(shù)接觸面不一定全為滑動(dòng)區(qū)，也存在粘著區(qū)（熱軋）3.3前滑的計(jì)算及影響前滑的因素3.3.1前滑的計(jì)算方法1）兩點(diǎn)假設(shè)變形區(qū)各橫斷面秒流量體積不變，變形區(qū)出口斷面金屬的秒流量應(yīng)等于中性面處金屬的秒流量，得出:(1)忽略寬展對(duì)前滑的影響2）公式推導(dǎo)中性面處軋件速度及截面高為：此式即為E.芬克前滑公式，從上式可看出Dγh為影響前滑得主要因素在（1）式兩邊同乘1/v得3）對(duì)芬克公式得討論不同條件下計(jì)算結(jié)果4）前滑公式的說(shuō)明(1)忽略寬展的條件下導(dǎo)出，存在寬展時(shí)，用公式計(jì)算的結(jié)果要乘系數(shù)0.9-0.98,寬展小取上限，寬展大取下限。(2)定義公式適用于計(jì)算各種條件下的前滑實(shí)驗(yàn)結(jié)果3.3.2影響前滑的因素生產(chǎn)實(shí)踐表明，影響前滑的因素很多。歸納起來(lái)主要因素有：輥徑摩擦系數(shù)壓下率軋件厚度和孔型形狀等等。1）軋輥直徑的影響前滑值公式可以看出，前滑值是隨輥徑增加而增加的因?yàn)樵谄渌鼦l件相同的條件下，輥徑增加時(shí)咬入角α就要降低，而摩擦角β保持常數(shù)，所以穩(wěn)定階段的剩余摩擦力就增加，由此將導(dǎo)致金屬塑流速度的增加，也就是前滑的增加。軋輥直徑對(duì)前滑的影響實(shí)驗(yàn)如圖所示。輥徑D＜400毫米時(shí)，前滑值增加的較快；輥徑D＞400毫米時(shí)，前滑值增加的較慢.這是由于輥徑增大時(shí)，伴隨著軋輥線速度的增加，摩擦系數(shù)相應(yīng)降低，所以剩余摩擦力的數(shù)值有所減少；另外，當(dāng)輥徑增大時(shí)，ΔB增大，延伸相應(yīng)地也減少。這兩個(gè)因素的共同作用，使前滑值增加的較為緩慢。2）摩擦系數(shù)的影響實(shí)驗(yàn)證明，f越大，在壓下率相同的條件下，其前滑越大。這是由于f增大，剩余摩擦力增加，因而前滑增大。利用前滑公式可知，f增加導(dǎo)致中性角γ增加，因此前滑也增加如圖所示軋制溫度對(duì)前滑的影響凡是影響摩擦系數(shù)的因素（如軋輥材質(zhì)、軋件化學(xué)成分、軋制溫度和軋制速度等）均能影響前滑的大小3）壓下率的影響

由實(shí)驗(yàn)曲線可見(jiàn)，前滑隨壓下率的增而增，其原因是由于壓下率增加，延伸系數(shù)增加。當(dāng)Δh＝常數(shù)時(shí)，前滑增加非常顯著。咬入角不變，故前滑有顯著增加。當(dāng)h＝常數(shù)時(shí)或H＝常數(shù)時(shí)，壓下率的增加，延伸必然增加，但這是因Δh增加，所以咬入角增大，故剩余摩擦力減小，兩個(gè)因素的聯(lián)合作用，使前滑雖有所增加，但沒(méi)有Δh＝常數(shù)時(shí)增加的顯著。4）軋件厚度的影響終軋厚度h減小，前滑增加。當(dāng)Δh＝常數(shù)，增加的比H＝常數(shù)時(shí)為快。其理由與壓下率對(duì)前滑的影響相同。

5）軋件寬度的影響寬度小于一定值時(shí)（在此情況下為小于40毫米時(shí)），寬度增加前滑增加；大于一定值時(shí)，寬度再增加，則前滑為一定值。因?yàn)閷挾刃r(shí)，增加寬度其寬展減小，故延伸增加。當(dāng)大于一定值時(shí)，寬度再增加，寬展為一定值，故延伸也為定值，所以前滑值不變。

6）張力對(duì)前滑的影響前張力增加時(shí)，則使金屬向前流動(dòng)的阻力減少，增加前滑區(qū)，使前滑增加。反之，后張力增加時(shí)，則后滑區(qū)增加。如圖實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全證實(shí)了上述分析的正確性。在輥徑D＝200毫米的軋機(jī)上，軋制鋁試件，采用不同的h值，用Δh＝0.44毫米，帶張力和不帶張力試驗(yàn)的結(jié)果。有張力時(shí)，使前滑顯著地增加。7）孔型軋制時(shí)的前滑特點(diǎn)沿孔型周邊各點(diǎn)軋輥的線速度不同，金屬的整體性和外端的作用使軋件橫斷面上各點(diǎn)又必須以同一速度出輥。引起孔型周邊各點(diǎn)的前滑值不一樣。那么孔型中軋制時(shí)如何來(lái)確定軋件的出輥速度呢？隨著連軋型鋼的發(fā)展迫切要解決這個(gè)問(wèn)題。但是到目前為止此問(wèn)題還沒(méi)有很好解決。目前解決的辦法為粗略估計(jì)孔型軋制時(shí)軋件的出輥速度，目前許多人是用平均高度法把孔型和來(lái)料化為矩形斷面，然后確定軋輥的平均線速度和平均前滑。

也有的人把異型孔型和軋件畫(huà)成幾個(gè)矩形斷面區(qū)域，分別計(jì)算各區(qū)的軋輥線速度、前滑和軋件出輥速度，然后考慮各區(qū)占的比重來(lái)確定軋件平均出輥速度。

應(yīng)指出，孔型軋制時(shí)確定軋件出輥速度的這些方法是很不精確的。這方面還有待于深入研究。3.4連續(xù)軋制中的前滑及有關(guān)工藝參數(shù)的確定連續(xù)軋制在軋鋼生產(chǎn)中所占的比重日益增大，下面就連軋工藝設(shè)計(jì)方面所必要的參數(shù)進(jìn)行一定的探討。3·4·1連軋關(guān)系和連軋常數(shù)連軋：軋機(jī)順序排列，軋制線上每一機(jī)架的秒流量保持相等，軋件同時(shí)通過(guò)兩架或兩架以上軋機(jī)的軋制方式稱(chēng)為連軋。連軋?jiān)谲堉频淖冃螚l件、運(yùn)動(dòng)學(xué)條件和力學(xué)條件等都具有一系列的特點(diǎn)。連軋關(guān)系連軋關(guān)系續(xù)軋件在各機(jī)架軋制時(shí)的秒流相等即為一個(gè)常數(shù)，這個(gè)常數(shù)稱(chēng)為連軋常數(shù)。以C代表連軋常數(shù)時(shí)，則C1=C2=C3…..=Cn=C3.4.2前滑系數(shù)和前滑值前滑的大小以前滑系數(shù)和前滑值來(lái)表示，其計(jì)算式如下：孔型軋制時(shí)前滑3.4.3堆拉系數(shù)和堆拉率：在連續(xù)軋制時(shí)，實(shí)際上保持理論上的秒流量相等使連軋常數(shù)恒定是相當(dāng)困難的，甚至是辦不到。為了使軋制過(guò)程能夠順利進(jìn)行，常有意識(shí)地采用堆鋼或拉鋼的操作技術(shù)。

例如一般對(duì)線材在連續(xù)軋機(jī)上機(jī)組與機(jī)組之間采用堆鋼軋制機(jī)組內(nèi)的機(jī)架與機(jī)架之間采用拉鋼軋制。拉鋼軋制有利也有弊，利是不會(huì)出現(xiàn)因堆鋼而產(chǎn)生的事故。弊是軋件頭、中、尾尺寸不均勻，特別是精軋機(jī)組內(nèi)機(jī)架間拉鋼軋制不適當(dāng)時(shí)，直接影響成品質(zhì)量使軋材的頭尾尺寸超出公差。一般頭尾尺寸超出公差量與最末幾個(gè)