塑性加工原理

1、1塑性成型(加工)原理 2緒論緒論一、塑性加工的主要方法一、塑性加工的主要方法二、當(dāng)代軋制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)二、當(dāng)代軋制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)三、軋制理論的作用及發(fā)展三、軋制理論的作用及發(fā)展四四、本課程的研究對(duì)象及目的本課程的研究對(duì)象及目的五五、學(xué)習(xí)方法學(xué)習(xí)方法31.塑性成型（加工）的概念塑性成型（加工）的概念 對(duì)材料施加一定的外力作用使其產(chǎn)生塑對(duì)材料施加一定的外力作用使其產(chǎn)生塑性變形并獲得一定形狀、尺寸和性能的產(chǎn)性變形并獲得一定形狀、尺寸和性能的產(chǎn)品的加工方法品的加工方法一、塑性成型一、塑性成型( (加工）的主要方法加工）的主要方法42.金屬塑性加工的特點(diǎn)金屬塑性加工的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1) )無(wú)削加工，

2、節(jié)省金屬；無(wú)削加工，節(jié)省金屬； 2) )改善組織和性能；改善組織和性能； 3）產(chǎn)量高，能量消耗少，成本低，適于大）產(chǎn)量高，能量消耗少，成本低，適于大批量生產(chǎn)。批量生產(chǎn)。不足：不足：1)對(duì)于形狀復(fù)雜，尺寸精確，表面十分光對(duì)于形狀復(fù)雜，尺寸精確，表面十分光潔的產(chǎn)品尚不及切削加工；潔的產(chǎn)品尚不及切削加工； 2)在成本及形狀復(fù)雜方面不及鑄造；在成本及形狀復(fù)雜方面不及鑄造； 3)只能用于生產(chǎn)具有塑性的金屬。只能用于生產(chǎn)具有塑性的金屬。51 1）按變形溫度分類：）按變形溫度分類：熱加工：是指再結(jié)晶溫度以上所完成的壓力加工過(guò)程。熱加工：是指再結(jié)晶溫度以上所完成的壓力加工過(guò)程。冷加工：指在再結(jié)晶溫度以下所完成

3、的壓力加工過(guò)程。冷加工：指在再結(jié)晶溫度以下所完成的壓力加工過(guò)程。溫加工：介于冷、熱加工之間的壓力加工過(guò)程。溫加工：介于冷、熱加工之間的壓力加工過(guò)程。3 3、塑性加工的主要方法、塑性加工的主要方法62 2）按變形方式）按變形方式789(3)(3)拉拔：是指金屬通過(guò)固定的具有一定形狀的模拉拔：是指金屬通過(guò)固定的具有一定形狀的?？字欣纬鰜?lái)，而使金屬斷面縮小、長(zhǎng)度增加的孔中拉拔出來(lái)，而使金屬斷面縮小、長(zhǎng)度增加的一種加工方法。一種加工方法。10111213二、當(dāng)代軋制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)二、當(dāng)代軋制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 1.1.發(fā)展趨勢(shì)發(fā)展趨勢(shì) 鋼材生產(chǎn)的集約化和現(xiàn)代化鋼材生產(chǎn)的集約化和現(xiàn)代化1 1）過(guò)程綜合柔化

4、性：）過(guò)程綜合柔化性：（適應(yīng) 小批量、多品種、短交貨期的市場(chǎng)要求） 例如：板帶：自由程序軋制； 型鋼：無(wú)孔型平輥軋制。142）機(jī)電一體智能化：）機(jī)電一體智能化：自動(dòng)控制和智能控制 自動(dòng)化是現(xiàn)代化軋鋼廠提高產(chǎn)品質(zhì)量的最為有效的手段，與人工智能結(jié)合控制是軋制技術(shù)發(fā)展的新的重要方向。153 3）工藝最佳連續(xù)化：）工藝最佳連續(xù)化： 如高精度軋制、短流程及連鑄連軋、無(wú)頭軋制。4 4）技管結(jié)合一貫化）技管結(jié)合一貫化:提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少物流時(shí)間，縮短生產(chǎn)周期，加速資金周轉(zhuǎn)。16.帶來(lái)的問(wèn)題帶來(lái)的問(wèn)題 1）集約化的結(jié)果使各工序的匹配銜接問(wèn)題變的尖）集約化的結(jié)果使各工序的匹配銜接問(wèn)題變的尖 銳起來(lái)。銳起來(lái)。 2

5、）鋼材生產(chǎn)工藝流程中的一些特性便顯得重要起）鋼材生產(chǎn)工藝流程中的一些特性便顯得重要起來(lái)。來(lái)。3）關(guān)注物流）關(guān)注物流。 物流是指物質(zhì)實(shí)體從供應(yīng)者向需求者的物理移動(dòng)，它由一系列創(chuàng)造時(shí)間價(jià)值和空間價(jià)值的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)組成，包括運(yùn)輸、保管、配送、包裝、裝卸、流通加工及物流信息處理等多項(xiàng)基本活動(dòng)，是這些活動(dòng)的統(tǒng)一。1720062006年我們進(jìn)口了年我們進(jìn)口了3.26億噸礦，實(shí)際上只消費(fèi)了億噸礦，實(shí)際上只消費(fèi)了2.8718億噸，還億噸，還有有3882萬(wàn)噸礦買進(jìn)來(lái)積壓在港口，沒有用上。萬(wàn)噸礦買進(jìn)來(lái)積壓在港口，沒有用上。20092009年年1-71-7月份月份，中國(guó)的鐵礦石進(jìn)口量已經(jīng)達(dá)到，中國(guó)的鐵礦石進(jìn)口量已經(jīng)達(dá)到

6、3.553億噸，截億噸，截至至8月月7日，港口的鐵礦石庫(kù)存是日，港口的鐵礦石庫(kù)存是7329萬(wàn)萬(wàn)噸。噸。2013年中國(guó)的鐵礦石進(jìn)口量已經(jīng)達(dá)到年中國(guó)的鐵礦石進(jìn)口量已經(jīng)達(dá)到8.19億噸，港口的鐵礦億噸，港口的鐵礦石庫(kù)存是石庫(kù)存是8000萬(wàn)噸以上。萬(wàn)噸以上。正是因?yàn)檫\(yùn)力緊張，運(yùn)輸成本大大增加，以正是因?yàn)檫\(yùn)力緊張，運(yùn)輸成本大大增加，以20052005年年11月份為例，月份為例，同樣是一噸進(jìn)口礦，從東南港口運(yùn)到寶鋼是同樣是一噸進(jìn)口礦，從東南港口運(yùn)到寶鋼是350塊錢，運(yùn)到武塊錢，運(yùn)到武鋼是鋼是527塊錢，而運(yùn)到包頭就達(dá)到塊錢，而運(yùn)到包頭就達(dá)到800多塊錢。多塊錢。18三、軋制理論的作用及發(fā)展三、軋制理論的作

7、用及發(fā)展1.1.理論的發(fā)展理論的發(fā)展 由第一代變形理論（變形區(qū)）第二代動(dòng)態(tài)理論（如液壓AGC等，把工具與工件聯(lián)系起來(lái)）第三代系統(tǒng)分析理論第四代人工智能理論。 2.2.理論的作用理論的作用 理論來(lái)源于實(shí)踐，反過(guò)來(lái)指導(dǎo)實(shí)踐 如孔型系統(tǒng)的形成，連軋理論、斜軋變形特征等。19四、本課程的研究對(duì)象及目的1）熟悉軋制過(guò)程中各種變化現(xiàn)象的變化規(guī)律2）掌握力能參數(shù)工程計(jì)算法應(yīng)用3）為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ) 軋制工藝、軋制過(guò)程自動(dòng)控制、軋制設(shè)備、板型理論與厚控、孔型設(shè)計(jì)、車間設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì) 20五、學(xué)習(xí)方法1）結(jié)合實(shí)習(xí)、加強(qiáng)理解；在理解的基礎(chǔ)上，掌握。2）課后及時(shí)復(fù)習(xí)，做到融會(huì)貫通。參考書目：王廷溥,齊克敏.金

8、屬塑性加工學(xué)軋制理論與工藝.冶金工業(yè)出版社211 軋制過(guò)程基本概念目的及要求：1.掌握變形區(qū)主要參數(shù)及相互關(guān)系；2.掌握咬入條件及改善咬入的途徑；3.熟悉軋制過(guò)程變形、運(yùn)動(dòng)學(xué)、力學(xué)條件；4.熟悉金屬在變形區(qū)里的流動(dòng)規(guī)律。22一、軋制的不同分類方式一、軋制的不同分類方式）按軋制溫度不同：熱軋、冷軋）按軋件與軋輥的相對(duì)運(yùn)動(dòng) ：縱軋、橫軋、斜軋）按成型特點(diǎn)：一般、特殊預(yù)備知識(shí)23二、縱、橫、斜三種軋法的區(qū)別二、縱、橫、斜三種軋法的區(qū)別縱軋：二軋輥軸線平行，轉(zhuǎn)向相反，軋件運(yùn)動(dòng)方向與軋輥軸線垂直。斜軋：軋輥軸線不平行，即在空間交成一個(gè)角度，軋輥轉(zhuǎn)向相同，軋件作螺旋運(yùn)動(dòng)。24橫軋：軋輥軸線平行，但轉(zhuǎn)向相同

9、，軋件僅繞自身的軸線旋轉(zhuǎn)，沒有直線運(yùn)動(dòng)。25三、幾個(gè)基本概念三、幾個(gè)基本概念軋制過(guò)程：靠旋轉(zhuǎn)的軋輥與軋件之間的摩擦力將軋件拖入輥縫之間，并使之受到壓縮產(chǎn)生塑性變形，獲得一定形狀、尺寸和性能產(chǎn)品的壓力加工過(guò)程。體積不變規(guī)律：在塑性加工變形過(guò)程中，如果忽略金屬密度的變化，可以認(rèn)為變形前后金屬體積保持不變。26最小阻力定律：物體在塑性變形過(guò)程中，其質(zhì)點(diǎn)總是向著阻力最小的方向流動(dòng)。簡(jiǎn)單軋制過(guò)程：軋制時(shí)上下輥徑相同，轉(zhuǎn)速相等，軋輥無(wú)切槽，均為傳動(dòng)輥，無(wú)外加張力或推力，軋輥為剛性的。271.1變形區(qū)及主要參數(shù)軋制時(shí)軋件在軋輥?zhàn)饔孟掳l(fā)生變形的部分。彈性變形區(qū)塑性變形區(qū)彈性恢復(fù)區(qū)281.1變形區(qū)及主要參數(shù)1

10、變形區(qū)概念： 軋件承受軋輥?zhàn)饔?，產(chǎn)生塑性變形的區(qū)域。變形區(qū)分：幾何變形區(qū)：軋件直接直接承受軋輥?zhàn)饔?，產(chǎn)生塑性變形的區(qū)域。物理變形區(qū)：軋件間接間接承受軋輥?zhàn)饔?，產(chǎn)生塑性變形的區(qū)域。注意：無(wú)特殊說(shuō)明，今后變形區(qū)指的就是幾何變形區(qū)注意：無(wú)特殊說(shuō)明，今后變形區(qū)指的就是幾何變形區(qū)292. 主要參數(shù)咬入角：軋件最先與軋輥接觸的點(diǎn)與軋輥中心點(diǎn)的連線和軋輥中心線的夾角。接觸弧s（咬入弧）：軋制時(shí)，軋件與軋輥相接觸的圓弧(弧AB）。變形區(qū)（接觸弧）長(zhǎng)度l：接觸弧的水平投影長(zhǎng)度。303.各主要參數(shù)間相互關(guān)系1）咬入角: cos=1- h /D h = D（l-cos） 變形區(qū)任一斷面高度 hx : hx = hx

11、+h= D（l-cosx）+h 當(dāng)很小時(shí)， h /RRhR2cosRh212sin 2sin2cos12311m axm axhDcos（）最大壓下量:不同軋制條件下的最大咬入角不同軋制條件下的最大咬入角322）變形區(qū)長(zhǎng)度 l A.不考慮彈性變形（1）簡(jiǎn)單軋制，即上下輥直徑相等222)2(hRRl422hhRl42hhRlhRl33（2）上下輥直徑不相等(異步軋制）22221112221122111122221112122111121212()()2222lRRhRRhlRhRhRhRhRhhRRhhhhRRhhlRhRRR RlhRR 假設(shè)上下兩輥的變形區(qū)長(zhǎng)度相等，則即 而 h= 而34B.

12、考慮彈性變形 l 所以所以 l l，關(guān)于關(guān)于l的計(jì)算，第的計(jì)算，第5 5章討論。章討論。12211 lxxA DBClA D 而 354.4.軋制變形的表示方法軋制變形的表示方法絕對(duì)變形量絕對(duì)變形量相對(duì)變形量相對(duì)變形量變形系數(shù)變形系數(shù)361）絕對(duì)變形量：軋前、軋后軋件尺寸的絕對(duì)差值。）絕對(duì)變形量：軋前、軋后軋件尺寸的絕對(duì)差值。 壓下量壓下量 h = H-h 寬展量寬展量 b = b-B 延伸量延伸量 l = l- L計(jì)算簡(jiǎn)單，能直接反映出物體尺寸的變化，但不能正確計(jì)算簡(jiǎn)單，能直接反映出物體尺寸的變化，但不能正確反映出物體的變形程度。反映出物體的變形程度。37 有兩塊金屬在寬度和長(zhǎng)度上相同，有兩

13、塊金屬在寬度和長(zhǎng)度上相同，而而 高度：高度：H H1 1=4mmmm、 H H2 2=10mmmm，經(jīng)過(guò)加工后高度：經(jīng)過(guò)加工后高度：h h1 1=2mmmm、 h h2 2=6mmmm， 則則：h h1 1=2mmmm、 h h2 2=4mmmm，這能說(shuō)明第二塊金屬比第一塊的變形程度大嗎這能說(shuō)明第二塊金屬比第一塊的變形程度大嗎? 例如：382）相對(duì)變形量：軋前、軋后軋件尺寸的相對(duì)變化。相對(duì)變形量：軋前、軋后軋件尺寸的相對(duì)變化。相對(duì)壓下量相對(duì)壓下量 =（ h/H）% e = ln h/H相對(duì)寬展量相對(duì)寬展量 b=（b /B ）% eb = ln b/B相對(duì)延伸量相對(duì)延伸量 l =（l/L ）%

14、el = ln l/L。 39 壓下系數(shù)：壓下系數(shù)：=H/h 寬展系數(shù)：寬展系數(shù)：（）= b/B 延伸系數(shù)：延伸系數(shù)： （）= l/L 根據(jù)體積不變?cè)砀鶕?jù)體積不變?cè)?HBL=hbl三者之間存在如下關(guān)系：三者之間存在如下關(guān)系： 即即= 或或 ln（1/）+ln+ln =0 上式說(shuō)明，在一定壓下量下將會(huì)得到一定的延伸量和寬上式說(shuō)明，在一定壓下量下將會(huì)得到一定的延伸量和寬展量。展量。3 3）變形系數(shù)：用軋前、軋后軋件尺寸的比值表示的變形。）變形系數(shù)：用軋前、軋后軋件尺寸的比值表示的變形。404）延伸系數(shù)與壓下率延伸系數(shù)與壓下率設(shè)軋件原始面積為設(shè)軋件原始面積為F0 ,經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)n道次軋制后面積為道次

15、軋制后面積為Fn ，則則 HhHn總壓下率：nnFFbhBHLl0總延伸系數(shù)：（累積壓下率）（累積壓下率）41將各道次的延伸系數(shù)相乘，得將各道次的延伸系數(shù)相乘，得 故可得出結(jié)論：總延伸系數(shù)等于相應(yīng)各部分延故可得出結(jié)論：總延伸系數(shù)等于相應(yīng)各部分延伸系數(shù)的乘積。伸系數(shù)的乘積。012nnFF 軋件各道次的延伸系數(shù)為軋件各道次的延伸系數(shù)為:1011FFLl21122FFllnnnnnFFll11LlFFFFFFnnnn1211021(1)總延伸系數(shù)與道次延伸系數(shù)之間關(guān)系道次延伸系數(shù)之間關(guān)系42123111211211 1(1)(1)(1)(1) 1(1)(1)(1) nnnnnnnnnHhHHhhhH

16、hhhHHhhhhhhHHhhL LL LL L即因?yàn)椋海?）累積壓下率與道次壓下率之間關(guān)系）累積壓下率與道次壓下率之間關(guān)系431.2 實(shí)現(xiàn)軋制過(guò)程的條件實(shí)現(xiàn)軋制過(guò)程的條件軋制過(guò)程軋制過(guò)程：靠旋轉(zhuǎn)的軋輥與軋件之間的摩擦力將軋件 拖入拖入 輥縫，并使之受到壓縮壓縮產(chǎn)生塑性變形，獲得獲得一定形狀、尺寸和性能的壓力加工過(guò)程。44軋制過(guò)程的三階段 一 、 咬入階段 咬入階段：軋件前端與軋輥接觸的瞬間起到前端達(dá)到變形區(qū)的出口斷面（軋輥中心連線）稱為咬入階段。如圖所示。咬入：依靠旋轉(zhuǎn)的軋輥與軋件間的摩擦力將軋件拖入輥縫的現(xiàn)象。45二 、 穩(wěn)定軋制階段 從軋件前端離開軋輥中心連線開始，到軋件后端進(jìn)入變形區(qū)入

17、口斷面止，這一階段稱為穩(wěn)定軋制階段。 穩(wěn)定軋制階段： 46三 、拋 (甩)出階段 從軋件后端進(jìn)入入口斷面時(shí)起到軋件完全通過(guò)輥縫（軋輥中心連線），稱為拋 (甩)出階段。 拋 (甩)出階段：471.2.11.2.1咬入條件咬入條件1.（自然）咬入條件受力分析如圖 1-1圖1-1 咬入時(shí)軋件受力分析 圖1-2 P和T力的分解 軋件對(duì)軋輥的作用力 軋輥對(duì)軋件的作用力48軋輥對(duì)軋件的作用力P、TPy 、Ty ：壓縮軋件，使軋件產(chǎn)生塑性變形Px 、Tx ：決定軋件能否咬入Px Tx ：不能咬入Px = Tx ：臨界咬入Px Tx ：咬入咬入條件：Px Tx而Px = Psin Tx=P f cos即sin

18、f costanf =tan (自然自然)咬入條件咬入條件49熱軋 型鋼：=2025 帶鋼：=1020確定摩擦角502.2.實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定軋制時(shí)的實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定軋制時(shí)的(咬入咬入)條件條件 在咬入過(guò)程中，如圖在咬入過(guò)程中，如圖 表示軋件咬入后其前端與中心線所成的夾角，按表示軋件咬入后其前端與中心線所成的夾角，按照軋件進(jìn)入軋輥的程度，照軋件進(jìn)入軋輥的程度，一直是在減少。當(dāng)軋件完一直是在減少。當(dāng)軋件完全充填輥縫全充填輥縫即即= 0 = 0 時(shí)，進(jìn)入穩(wěn)定軋制階段。時(shí)，進(jìn)入穩(wěn)定軋制階段。 設(shè)壓力沿著接觸弧均勻分布，則設(shè)壓力沿著接觸弧均勻分布，則P、T合力作用角合力作用角在在1/2接弧處。接弧處。受力分析如上圖。受

19、力分析如上圖。51 知穩(wěn)定軋制時(shí)放寬了咬入條件。即，穩(wěn)定軋制階段的最大允許壓下量較自然咬入時(shí)的最大允穩(wěn)定軋制階段的最大允許壓下量較自然咬入時(shí)的最大允許壓下量大。許壓下量大。當(dāng)當(dāng)= 0時(shí)，即時(shí)，即=/2，是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定軋制的，是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定軋制的 臨界條件。臨界條件。 當(dāng)當(dāng) TxPx ，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定軋制，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定軋制而Tx=Tcos Px=Psin tantan 則則/2 2穩(wěn)定軋制條件穩(wěn)定軋制條件比較咬入條件，比較咬入條件，52金屬進(jìn)入變形區(qū)情況 穩(wěn)定軋制建成過(guò)程咬入條件問(wèn)題：實(shí)際穩(wěn)定軋制穩(wěn)定軋制時(shí)的咬入角與自然咬入與自然咬入時(shí)的咬入角 是2 2倍倍的關(guān)系嗎？22比較：53大量實(shí)驗(yàn)研究還證明：在熱軋情況下

20、，穩(wěn)態(tài)軋制時(shí)的摩擦系數(shù)小于開始咬入時(shí)的摩擦系數(shù)，其最大咬入角約為1.51.7倍摩擦角，即（1.51.7）；在冷軋情況下，穩(wěn)態(tài)軋制時(shí)的最大咬入角 （22.4）。圖6-6 穩(wěn)定軋制階段和的關(guān)系541.2.2 最大壓下量的計(jì)算方法最大壓下量的計(jì)算方法 壓下量、軋輥直徑及咬入角三者之間的關(guān)系，即壓下量、軋輥直徑及咬入角三者之間的關(guān)系，即一一 、 按最大咬入角計(jì)算最大壓下量按最大咬入角計(jì)算最大壓下量當(dāng)咬入角的數(shù)值為摩擦條件允許的最大值時(shí)，相應(yīng)的壓下量為最大： 在生產(chǎn)實(shí)際中，不同軋制條件所允許的最大咬入角如下表所列。）（cos1Dh ）（maxmaxcos1Dh 55不同軋制條件下的最大咬入角56二、二、

21、 按摩擦系數(shù)計(jì)算最大壓下量按摩擦系數(shù)計(jì)算最大壓下量由摩擦系數(shù)與摩擦角的關(guān)系及咬入條件 和 知 ftgmaxftgtgmax而由數(shù)學(xué)關(guān)系有2max2max1111cosftg將上式代入到 ）（maxmaxcos1Dh）（2max111fDh中可得 式中軋制時(shí)的摩擦系數(shù)f可由公式計(jì)算或由表14-1等資料查找。57例題例題 假設(shè)熱軋時(shí)軋輥直徑D=800mm，摩擦系數(shù)0.3，求咬入條件所允許的最大壓下量及建立穩(wěn)定軋制過(guò)程后，利用剩余摩擦力可以達(dá)到的最大壓下量。解解：（1）咬入條件允許的最大壓下量 =34mm （2）在建立穩(wěn)定軋制過(guò)程后，利用剩余摩擦力可達(dá)到的最大壓下量 取 =800（1-cos25）=

22、75mm 即利用剩余摩擦力可以增加的壓下量為 7534 = 41 mm257 .165 . 13 . 05 . 15 . 1arctg）（2max3 . 0111800hmaxh581.2.3改善咬入條件的途徑由咬入條件：便可以得出 凡是能增大和減小的一切因素都利于咬入。對(duì)以上兩種途徑分別討論：591. 減小咬入角減小咬入角的途徑及生產(chǎn)實(shí)際中采用的措施。的途徑及生產(chǎn)實(shí)際中采用的措施。1）減小咬入角減小咬入角途徑途徑 由由=arc cos（1-h/D）知知（1）增加輥徑）增加輥徑D ； 當(dāng)當(dāng)h = C（constant ），增加輥徑），增加輥徑D，咬入角，咬入角減小。減小。60（2）減小壓下量）

23、減小壓下量h ； 當(dāng)當(dāng)D=C，減小壓下量，減小壓下量h（h=H-h），咬入角），咬入角減小減小。612）生產(chǎn)實(shí)際中減小生產(chǎn)實(shí)際中減小咬入角咬入角措施措施（l）小頭進(jìn)鋼）小頭進(jìn)鋼 用鋼錠的小頭先進(jìn)入軋輥或把鋼坯的一端壓扁進(jìn)行軋用鋼錠的小頭先進(jìn)入軋輥或把鋼坯的一端壓扁進(jìn)行軋制。制。這種方法可以保證順利的咬入和進(jìn)行穩(wěn)定軋制，并對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量亦無(wú)不良影響，所以在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛。鋼錠小頭進(jìn)鋼62（2）強(qiáng)迫咬入。）強(qiáng)迫咬入。即用外力將軋件強(qiáng)制推入軋輥中，由于外力作用使即用外力將軋件強(qiáng)制推入軋輥中，由于外力作用使軋件前端被壓扁。軋件前端被壓扁。相當(dāng)于減小前端咬入角相當(dāng)于減小前端咬入角，改善咬入條件。，改

24、善咬入條件。63（3）帶鋼壓下）帶鋼壓下 。利用穩(wěn)定軋制階段允許的最大壓下量比自然咬入時(shí)利用穩(wěn)定軋制階段允許的最大壓下量比自然咬入時(shí)所允許的最大壓下量大。所允許的最大壓下量大。（h = D（1-cos）（4）無(wú)頭軋制。）無(wú)頭軋制。 減少自然咬入次數(shù)。減少自然咬入次數(shù)。642.提高摩擦系數(shù)提高摩擦系數(shù)f（摩擦角（摩擦角 ）的途徑及生產(chǎn)）的途徑及生產(chǎn)實(shí)際中常用的措施實(shí)際中常用的措施1)1)提高提高摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)f （摩擦角（摩擦角 ）的途徑的途徑（）（）摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)f 的的因素因素金屬種類和化學(xué)成分的影響金屬種類和化學(xué)成分的影響 總的來(lái)說(shuō)，金屬材料硬度、強(qiáng)度越高，摩擦系總的來(lái)說(shuō)，金屬材料硬度

25、、強(qiáng)度越高，摩擦系數(shù)越小數(shù)越小; ;凡是能提高材料硬度、強(qiáng)度的化學(xué)成分都凡是能提高材料硬度、強(qiáng)度的化學(xué)成分都可使摩擦系數(shù)減小。可使摩擦系數(shù)減小。65普碳鋼的普碳鋼的f 合金鋼的合金鋼的 f 鑄鐵的鑄鐵的f 鋼的鋼的f 軋制碳鋼時(shí)，隨鋼中含碳量的增加，軋制碳鋼時(shí)，隨鋼中含碳量的增加，f 降低。降低。66工具表面狀態(tài)和材質(zhì)的影響工具表面狀態(tài)和材質(zhì)的影響 隨著工具表面光潔度的提高，（表面凹凸隨著工具表面光潔度的提高，（表面凹凸不平度的減小）不平度的減?。? , f 減小。減小。 鑄鐵軋輥的鑄鐵軋輥的 f 鋼軋輥的鋼軋輥的 f67軋制溫度的影響軋制溫度的影響 軋制溫度的影響主要是通過(guò)氧化鐵皮起作用 熱

26、軋時(shí)熱軋時(shí), ,在軋制過(guò)程中隨氧化鐵皮厚度的增加，摩在軋制過(guò)程中隨氧化鐵皮厚度的增加，摩擦系數(shù)逐漸增大，但另一方面，氧化鐵皮的熔點(diǎn)較低，擦系數(shù)逐漸增大，但另一方面，氧化鐵皮的熔點(diǎn)較低，當(dāng)軋制溫度達(dá)到一定高度時(shí)，它又熔化起著潤(rùn)滑劑的作當(dāng)軋制溫度達(dá)到一定高度時(shí)，它又熔化起著潤(rùn)滑劑的作用。用。溫度對(duì)鋼的摩擦系數(shù)的影響68軋制速度的影響軋制速度的影響 隨著軋制速度的增加，摩擦系數(shù)降低。但當(dāng)隨著軋制速度的增加，摩擦系數(shù)降低。但當(dāng) 速度增加到一定程度，摩擦系數(shù)保持不變。速度增加到一定程度，摩擦系數(shù)保持不變。軋制速度對(duì)摩擦系數(shù)的影響69（2 2）增大摩擦系數(shù)的途徑）增大摩擦系數(shù)的途徑 改變軋件或軋輥的表面狀

27、態(tài)改變軋件或軋輥的表面狀態(tài)；合理的調(diào)節(jié)軋制速度。合理的調(diào)節(jié)軋制速度。（3 3）實(shí)際生產(chǎn)中提高摩擦的措施）實(shí)際生產(chǎn)中提高摩擦的措施熱軋時(shí)在軋制前幾道次的軋輥上刻痕、堆焊；冷軋熱軋時(shí)在軋制前幾道次的軋輥上刻痕、堆焊；冷軋時(shí)，不涂油或涂粘度系數(shù)小的油。時(shí)，不涂油或涂粘度系數(shù)小的油。70去除軋件表面的氧化鐵皮。去除軋件表面的氧化鐵皮。 實(shí)驗(yàn)表明，鋼坯表面的爐生氧化鐵皮，使摩實(shí)驗(yàn)表明，鋼坯表面的爐生氧化鐵皮，使摩擦系數(shù)降低。由于氧化鐵皮的影響，使咬入困難，擦系數(shù)降低。由于氧化鐵皮的影響，使咬入困難，或者以極限咬入后在穩(wěn)定軋制階段發(fā)生打滑現(xiàn)象?；蛘咭詷O限咬入后在穩(wěn)定軋制階段發(fā)生打滑現(xiàn)象。 由由此可見，清除

28、氧化鐵皮對(duì)保證順利的咬入及此可見，清除氧化鐵皮對(duì)保證順利的咬入及軋制是十分必要的。軋制是十分必要的。71調(diào)速軋制。調(diào)速軋制。 低速實(shí)現(xiàn)自然咬入，然后隨著軋件充填軋低速實(shí)現(xiàn)自然咬入，然后隨著軋件充填軋輥使咬入條件的好轉(zhuǎn)，逐漸增加軋制速度，使輥使咬入條件的好轉(zhuǎn)，逐漸增加軋制速度，使之過(guò)渡到穩(wěn)定軋制階段時(shí)最大，但必須保證穩(wěn)之過(guò)渡到穩(wěn)定軋制階段時(shí)最大，但必須保證穩(wěn)定軋制條件。定軋制條件。 這種方法簡(jiǎn)單可靠，易于實(shí)現(xiàn)，所以在實(shí)際這種方法簡(jiǎn)單可靠，易于實(shí)現(xiàn)，所以在實(shí)際生產(chǎn)中是被采用的。生產(chǎn)中是被采用的。721.3 1.3 軋制過(guò)程的變形、運(yùn)動(dòng)學(xué)、力學(xué)條件軋制過(guò)程的變形、運(yùn)動(dòng)學(xué)、力學(xué)條件1.3.1 1.3.

29、1 軋制過(guò)程的變形條件軋制過(guò)程的變形條件1.1.平板壓縮平板壓縮 如下圖如下圖1 1）工具面平行）工具面平行 金屬向兩邊流動(dòng)變形，以垂直對(duì)稱線做分界金屬向兩邊流動(dòng)變形，以垂直對(duì)稱線做分界線線 中性面中性面. .2 2）工具面不平行）工具面不平行 金屬容易向金屬容易向ABAB方向流動(dòng)，分界線偏向方向流動(dòng)，分界線偏向CDCD側(cè)側(cè). .732.2.軋制變形條件軋制變形條件 金屬向入口側(cè)流動(dòng)容易金屬向入口側(cè)流動(dòng)容易后滑區(qū)；后滑區(qū)；金屬向出口側(cè)流動(dòng)較難金屬向出口側(cè)流動(dòng)較難前滑區(qū)。前滑區(qū)。 中性面偏向出口側(cè)。中性面偏向出口側(cè)。 前滑前滑+ +后滑后滑延伸。延伸。中性面：金屬前、后滑區(qū)的分界面。在這個(gè)面上金

30、屬的流中性面：金屬前、后滑區(qū)的分界面。在這個(gè)面上金屬的流動(dòng)速度分布均勻，并且等于該處軋輥的水平速度，軋件動(dòng)速度分布均勻，并且等于該處軋輥的水平速度，軋件與軋輥無(wú)相對(duì)滑動(dòng)。與軋輥無(wú)相對(duì)滑動(dòng)。中性角：中性面對(duì)應(yīng)的圓心角中性角：中性面對(duì)應(yīng)的圓心角741.3.2 軋制過(guò)程的運(yùn)動(dòng)學(xué)軋制過(guò)程的運(yùn)動(dòng)學(xué) 設(shè)軋件無(wú)寬展，軋件設(shè)軋件無(wú)寬展，軋件在變形區(qū)內(nèi)沿高度上變形在變形區(qū)內(nèi)沿高度上變形均勻，即水平運(yùn)動(dòng)速度一均勻，即水平運(yùn)動(dòng)速度一樣。樣。 在變形區(qū)內(nèi)任取一微在變形區(qū)內(nèi)任取一微分體，分體，75根據(jù)體積不變定律，知根據(jù)體積不變定律，知 vx h x = vh h 得，得， vH v vh 軋件出口處速度軋件出口處速度

31、 vh 大于軋輥圓周速度大于軋輥圓周速度 v 即即 vh v 軋件入口處速度軋件入口處速度 vH小于軋輥水平分速度小于軋輥水平分速度 v cos， 即即 vH v cos 中性面處軋件的水平速度中性面處軋件的水平速度 v與此處與此處 軋輥的水平速度軋輥的水平速度 v cos相等相等 ，即即 v = v cos 。 vx h x = vh h 應(yīng)用于連軋中應(yīng)用于連軋中。761.2.31.2.3力學(xué)條件力學(xué)條件 假設(shè)的條件同前，所假設(shè)的條件同前，所以單位壓力以單位壓力 p的合力的合力P作作用于接觸弧的中點(diǎn)處用于接觸弧的中點(diǎn)處, 而單位摩擦力而單位摩擦力 t 的合的合力因在前、后滑區(qū)的方力因在前、后

32、滑區(qū)的方向不同，分別用向不同，分別用T2、T1 根據(jù)力平衡條件，根據(jù)力平衡條件，在無(wú)外力作用下，軋制在無(wú)外力作用下，軋制作用力的水平分量之和作用力的水平分量之和為零。為零。(1)22力學(xué)條件反映了咬入、摩擦、中性角（三個(gè)特征角）之間的關(guān)系力學(xué)條件反映了咬入、摩擦、中性角（三個(gè)特征角）之間的關(guān)系77)21 (2 )21 (22sint 2cos2cos)(002121或得；很小，高階無(wú)窮小代換代入、整理。因fpBRPfptBRTtBRTTPTxxxxxxx力學(xué)條件反映了咬入、摩擦、中性角（三個(gè)特征角）之間的關(guān)系力學(xué)條件反映了咬入、摩擦、中性角（三個(gè)特征角）之間的關(guān)系781.4 金屬在變形區(qū)內(nèi)的流

33、動(dòng)規(guī)律金屬在變形區(qū)內(nèi)的流動(dòng)規(guī)律1.4.1 沿軋件斷面高向上變形的分布沿軋件斷面高向上變形的分布1.均勻變形理論（剛端理論）均勻變形理論（剛端理論） 沿軋件斷面高度方向上的變形、應(yīng)力和金屬流動(dòng)的沿軋件斷面高度方向上的變形、應(yīng)力和金屬流動(dòng)的分布都是均勻的分布都是均勻的. .79 塔爾諾夫斯基曾指出,為了實(shí)現(xiàn)均勻變形實(shí)現(xiàn)均勻變形必須滿足下列條件:(1)變形的物體是等向性等向性的;(2)在物體內(nèi)任意質(zhì)點(diǎn)所處的物理狀態(tài)完全均勻均勻,特別是物體內(nèi)任意質(zhì)點(diǎn)處的溫度相同,變形抗力相等;(3)接觸面上任意質(zhì)點(diǎn)的絕對(duì)及相對(duì)壓下量相同壓下量相同;(4)整個(gè)變形物體同時(shí)處于工具的直接作用下,即變形變形是在沒有外端沒有

34、外端(外區(qū))的情況下進(jìn)行;(5)接觸面上完全沒有外摩擦沒有外摩擦,或者沒有外摩擦所引起的阻力.8081沿軋件斷面高向上變形分布1-表面層；2-中心層；3-均勻變形A-A-入輥平面；B-B-出輥平面水平段為表面粘著區(qū)2.2.不均勻變形理論不均勻變形理論（1 1）不均勻變形現(xiàn)象）不均勻變形現(xiàn)象82軋制變形區(qū)I-易變形區(qū)；II-難變形區(qū)；III-自由變形區(qū)83帶鋼表面粗晶區(qū)的形成和軋制狀態(tài)有關(guān)：1）軋制時(shí)，由于摩擦力的存在，在軋件和軋輥接觸部位存在難變形區(qū)，當(dāng)軋制時(shí)潤(rùn)滑條件不好時(shí)，容易在表面層產(chǎn)生粗晶區(qū)，可以通過(guò)開啟機(jī)架間冷卻水來(lái)改善潤(rùn)滑。2）沿軋件高向上變形分布是不均勻的，表面層變形小。壓下量分配

35、不合理時(shí)，使得軋件表面層變形量小，從而產(chǎn)生粗晶。 粗晶區(qū)的存在會(huì)降低帶鋼的延伸率，冷彎性能變差。841-表面層金屬流動(dòng)速度2-中心層金屬流動(dòng)速度3-平均流動(dòng)速度表面層流動(dòng)速度大，中心層流動(dòng)速度小4后外端金屬流動(dòng)速度5后變形過(guò)渡區(qū)金屬流動(dòng)速度6一后滑區(qū)金屬流動(dòng)速度8一前滑區(qū)金屬流動(dòng)速度9一前變形過(guò)渡區(qū)金屬流動(dòng)速度10一前外端金屬流動(dòng)速度7一臨界面金屬流動(dòng)速度流動(dòng)速度分布均勻臨界面上金屬流動(dòng)速度分布均勻，等于軋輥水平速度表面層流動(dòng)速度小，中心層流動(dòng)速度大流動(dòng)速度分布均勻）（1hl金屬流動(dòng)分布85）（1hl86（2）不均勻變形理論：）不均勻變形理論：1）沿軋件斷面高度方向上的變形、應(yīng)力和流動(dòng)）沿軋件

36、斷面高度方向上的變形、應(yīng)力和流動(dòng)速度分布都是不均勻速度分布都是不均勻.）（1hl872）在幾何變形區(qū)內(nèi)，在軋件與軋輥接觸表面上，不在幾何變形區(qū)內(nèi)，在軋件與軋輥接觸表面上，不但有相對(duì)滑動(dòng)，而且還有粘著，所謂粘著系指軋件與但有相對(duì)滑動(dòng)，而且還有粘著，所謂粘著系指軋件與軋輥間無(wú)相對(duì)滑動(dòng)軋輥間無(wú)相對(duì)滑動(dòng) ；1hl883）變形不但發(fā)生在幾何變形區(qū)內(nèi)，而且也產(chǎn)生在幾）變形不但發(fā)生在幾何變形區(qū)內(nèi)，而且也產(chǎn)生在幾何變形區(qū)以外，其變形分布都是不均勻的；何變形區(qū)以外，其變形分布都是不均勻的； 存在變形過(guò)渡區(qū)、前滑區(qū)、后滑區(qū)和粘著區(qū)；存在變形過(guò)渡區(qū)、前滑區(qū)、后滑區(qū)和粘著區(qū)；894） 在粘著區(qū)內(nèi)有一個(gè)臨界面，在粘著區(qū)

37、內(nèi)有一個(gè)臨界面，在這個(gè)面上金屬的流在這個(gè)面上金屬的流動(dòng)速度分布均勻，并且等于該處軋輥的水平速度，動(dòng)速度分布均勻，并且等于該處軋輥的水平速度，軋件與軋輥無(wú)相對(duì)滑動(dòng)軋件與軋輥無(wú)相對(duì)滑動(dòng)中性面。中性面。 研究沿軋件對(duì)稱軸的縱斷面上的坐標(biāo)網(wǎng)的變化證明了不均勻理論的正確性。901.5 1.5 三種典型軋制情況三種典型軋制情況 依據(jù)壓下率（依據(jù)壓下率（)和和(H/D)(H/D)或變形區(qū)形狀系數(shù)把軋制過(guò)或變形區(qū)形狀系數(shù)把軋制過(guò)程分為三種典型軋制情況，具有明顯的力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、變程分為三種典型軋制情況，具有明顯的力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、變形特征形特征。 ：以小壓下量軋制厚軋件（ 10%），雙鼓形。：以大壓下量軋薄軋件（

38、=34%50%）,單鼓形；：中等厚度軋件軋制過(guò)程約為15%；變形均勻；1.變形特征91變形區(qū)形狀系數(shù)的概念變形區(qū)形狀系數(shù)的概念 當(dāng)變形區(qū)形狀系數(shù)當(dāng)變形區(qū)形狀系數(shù) （0.51） 時(shí)時(shí) ，薄件變形薄件變形, ,軋軋件橫斷面呈單鼓形；件橫斷面呈單鼓形； 1hl1hlhl 變形區(qū)形狀系數(shù)變形區(qū)形狀系數(shù) ( ) ( )：軋件斷面高度相對(duì)于接觸：軋件斷面高度相對(duì)于接觸弧的長(zhǎng)度?；〉拈L(zhǎng)度。 當(dāng)變形區(qū)形狀系數(shù)當(dāng)變形區(qū)形狀系數(shù) （0.51）時(shí)，即厚件變形,軋件橫斷面呈雙鼓形軋件橫斷面呈雙鼓形。92中等厚度軋制中等厚度軋制: 壓縮變形剛好深透到整個(gè)變形區(qū)高度，變形比較均勻。932.2.運(yùn)動(dòng)學(xué)特征運(yùn)動(dòng)學(xué)特征 由于受

39、摩擦阻力影響，在后滑區(qū)，金屬橫斷面中心部份要比表面速度慢，而在前滑區(qū)，金屬橫斷面中心部份要比表面速度快。薄件軋制（ =34%50%）94 壓縮變形不能深入軋件內(nèi)部，即只有表層金屬才發(fā)生變形，軋件中心層幾乎不發(fā)生塑性變形，致使外端深入到幾何變形區(qū)內(nèi)，出現(xiàn)表面變形。厚件軋制（ 10%）95 中等厚度軋制（約為15%） 金屬質(zhì)點(diǎn)相對(duì)與接觸表面全滑動(dòng),由于摩擦與外端的綜合作用, 在前、后滑區(qū)表面層與中心層速度相同。96 單位接觸面積上的軋制壓力（單位壓力）沿接觸弧的分布曲線有明顯的峰值，而且壓下量越大，單位壓力越高，且峰值越尖，尖峰向軋件出口方向移動(dòng).3.3.力學(xué)特征力學(xué)特征摩擦力影響大，峰值出現(xiàn)在摩擦力方向改變的地方薄件軋制時(shí)單位壓力和單位摩擦力沿接觸弧之分布薄件變形（=34%50% ）97薄件變形時(shí)沿?cái)嗝娓叨壬系膽?yīng)力薄件變形時(shí)沿?cái)嗝娓叨壬系膽?yīng)力分布分布 由于金屬質(zhì)點(diǎn)的流動(dòng)速度沿?cái)嗝娓呦蚍植疾痪鶆蛴捎诮饘儋|(zhì)點(diǎn)的流動(dòng)