材料工程基礎(chǔ)：3-2 軋制

1、32 軋制 321 軋制過程及基本原理什么是軋制？ 指金屬坯體經(jīng)過轉(zhuǎn)動軋輥間的縫隙，產(chǎn)生壓縮變形，主要在長度方向產(chǎn)生延伸的過程。 軋制演示軋制的目的 軋制得到廣泛應(yīng)用，大部分金屬以軋態(tài)使用。如： 鋼材 90% 鋁及合金 3545% 銅及合金 6070% 以簡單理想軋制過程為例，闡述軋制過程的基本概念。 簡單理想軋制過程：兩軋輥均被驅(qū)動，直徑相等，轉(zhuǎn)速相同，軋件的機械性質(zhì)及運動均勻，無外加推力或拉力作用，靠軋輥力實現(xiàn)軋制的過程。變形區(qū) 軋件在軋輥作用下產(chǎn)生變形的區(qū)域。外區(qū)或剛端 變形區(qū)以外兩端不產(chǎn)生變形區(qū)域。軋制過程如圖5-23示意圖所示。1. 變形區(qū)主要參數(shù) R-軋輥半徑 咬入角 L變形區(qū)長度

2、，是接觸?。▽?yīng)的弧度）的水平投影h0, h1軋件入口厚度和軋后厚度L0, L1 軋件軋制前后的長度b0, b1 軋件軋制前后的寬度工藝參數(shù)的定義2. 軋制過程的金屬流動 設(shè)：軋件無寬展，垂直截面水平流動速度相同，則按體積不變條件可知， 變形區(qū)流動速度變化：在軋輥入口：金屬的流動速率 軋輥表面圓周速度則在變形區(qū)存在一個金屬流速 = 軋輥表面園周速度的地方中性面軋輥入口-中性面之間的區(qū)間后滑區(qū)中性面-軋輥出口之間的區(qū)間前滑區(qū)，對應(yīng)的軋輥圓心角稱為中性角中性面軋輥入口軋輥出口后滑區(qū)前滑區(qū) 由變形區(qū)力平衡和幾何條件分析，可導(dǎo)出軋制過程變形與幾何條件的內(nèi)在聯(lián)系，計算得中性角 - 中性角 - 咬入角 -

3、 摩擦角，據(jù)庫侖定律確定中性面軋輥入口軋輥出口后滑區(qū)前滑區(qū)N施加軋件上的力T摩擦力3. 咬入條件 咬入條件軋件與軋輥接觸后，軋輥能把軋件拉入輥縫進行軋制的必要條件。軋輥與軋件的受力關(guān)系如圖所示N施加軋件上的力T摩擦力Nx , Tx分別為其水平分量 - 軋件作用力方向與出口區(qū)間的夾角 - 軋件端部與出口的夾角1. 開始咬入的情況N施加軋件上的力T摩擦力Nx ,Tx分別為其水平分量 由力平衡關(guān)系，有 NX TX 時，軋件咬入輥縫，則咬入的條件為：據(jù)庫侖定律： 則咬入條件為： 咬入后，在建立穩(wěn)定的軋制過程中，軋輥對軋件的作用力方向改變。 此時的咬入條件為： 設(shè)：作用力方向與出口區(qū)間的夾角為，軋件端部

4、與出口的夾角為 當(dāng) = （軋制開始時），咬入條件 當(dāng) = 0 時（軋件充滿變形區(qū)），則 2. 咬入以后的情況4. 軋制壓力 (1) 軋制壓力的概念 軋制壓力是軋制時軋輥施加于軋件的變形力，但通常，軋件施加于軋輥總壓力的垂直分量稱為軋制壓力，見圖5-25p 作用在軋件上的單位壓力t 單位接觸摩擦力 變形區(qū)內(nèi)任一角度 在簡單理想軋制情況下，軋制壓力方向與軋輥中心線平行（圖5-25）。 在入口和出口作用有張力時，軋件作用于軋輥的合力前傾（圖5-26）。 忽略軋件寬度方向上接觸應(yīng)力的變化。 軋制力 P 可按下式計算： 軋件平均寬度第一項單位壓力 p 的垂直分量第二、三項分別為前、后滑區(qū)單位摩擦力 t

5、的垂直分量，方向不同。通常這兩項比較小，工程上可以忽略，則有： 取平均值形式，有：P 軋制壓力p 平均單位壓力F 接觸面積（水平投影面積）5. 軋制力矩 定義：軋制壓力 P 與其作用點到軋制中心線距離（力臂） a 的乘積，是確定軋制的主電機和軋輥傳動機構(gòu)負荷的重要參數(shù)。計算： -力臂系數(shù)，一般取0.3-0.6 在簡單軋制情況下，驅(qū)動兩輥的軋制力矩322 軋制方法 1. 按軋制溫度分類 2. 按軋制產(chǎn)品分類 3. 按軋件、軋輥的位置和相對運動關(guān)系分類 圖5-304. 按軋制產(chǎn)品成形特點分類 板帶材軋制 管材軋制型材軋制線材軋制5. 按軋制產(chǎn)品形狀分類 1. 概述2. 中厚板軋制3. 熱帶鋼軋制4

6、. 冷帶鋼軋制323 板帶材軋制 板帶材是板材和帶材的總稱。 板帶材的幾何外形特征用寬厚比B/H表征。B/H的大小代表了生產(chǎn)技術(shù)的難度。 (1) 板帶材1. 概述（2）分類 板帶材按厚度分為三大類： 按用途可分為： 造船板、鍋爐、橋梁、壓力容器、汽車、鍍層（鍍錫、鋅）、電工、屋面、深沖等。 按材料類別 板帶鋼、有色金屬板帶。 （3）板帶材的技術(shù)要求： 尺寸精度板形表面粗糙度性能 （4）板帶材的生產(chǎn)方式 2. 中厚板軋制 原始材料：扁錠、初軋板坯、連鑄板坯、壓鑄板坯。 軋制生產(chǎn)工藝流程圖 軋制工藝軋制工藝分三階段：成形軋制 - 展寬軋制- 精軋鋼板生產(chǎn)： 3. 熱帶鋼軋制 熱軋帶鋼 1.288m

7、m 原料：連鑄板坯、初軋板坯。 軋制工藝：工藝基本與中厚板相同，但要限制展寬。 軋制鋼種 4. 冷帶鋼軋制 (1) 概要 冷軋帶鋼和薄板 軋制原料：以熱軋帶鋼或鋼板為原料，常溫軋制 軋制優(yōu)點： 軋速高（40m/s） 道次壓下率大 表面光潔，板形平直、尺寸精度高 機械性能好使用軋機：單機架可逆式、連續(xù)式。產(chǎn)品一般以卷供應(yīng)。（2）工藝流程： 一般工藝流程為：熱軋卷料酸洗冷軋退火平整 3.2.4 管材軋制 管材是金屬中使用最廣的產(chǎn)品，尤其是鋼材，就鋼管而言，一般尺度范圍為：0.1-4000mm X 0.01100mm。 生產(chǎn)方法： 無縫管 焊接管 1. 無縫管 (1) 熱軋無縫鋼管 穿孔：用實心圓管

8、坯經(jīng)穿孔機穿孔成空心的厚壁管（毛管），常用二輥斜軋穿孔機完成穿孔過程，見圖5-35。兩軋輥軸線之間的斜角6-17o，當(dāng)軋輥運動時，管坯呈螺旋運動前進，在固定的頂頭作用下，穿成空心毛管。 軋管：穿孔機形成的毛管表面極不平整，尺寸精度差。因此，要在自動軋管機上軋成薄壁荒管，然后，再經(jīng)2-3道次軋制到成品壁厚?？傃由炻?.8-2.2 均整消除荒管的內(nèi)外表面缺陷和橢圓度、壁厚均勻化。 用帶芯棒斜軋方法完成。均整后管材直徑擴大3-9%，長度縮短1-6% 定徑和減徑均整后的管材雖然壁厚達到了成品要求，但外圓在橢圓度方面還難以達到要求，因此，用無芯棒連軋方法對其外圓進行加工-定徑要生產(chǎn)直徑小的熱軋管，需要用

9、減徑機減徑定、減徑機都是連軋機，采用的機架數(shù)各不相同，遵守金屬體積“秒流量相等原則”。 校直、切管、探傷、入庫無縫鋼管生產(chǎn)工藝（2）冷加工無縫鋼管以熱軋或熱擠壓法生產(chǎn)的鋼管為坯料進行冷軋、冷拔的制管方法。精度高、強度好、表面光潔度好、尺寸范圍廣。旋壓法是另一種重要的方法，可以生產(chǎn)薄壁、特大和異型斷面的管材和旋轉(zhuǎn)體零件。2. 焊 管 利用軋制方法將鋼板或帶鋼彎曲成鋼管形狀（圖5-36），然后焊接成型（圖5-37）的制管方法。爐焊管電焊管對接焊管搭接焊管直縫焊管（圖5-38）螺旋焊管（圖5-39）3.2.5 型材軋制 型材軋制主要用于各種型鋼生產(chǎn)；有色金屬型材主要采用擠壓、拉撥生產(chǎn)。型鋼在各行各業(yè)

10、得到廣泛應(yīng)用。 1. 熱軋型鋼 型鋼分類 熱軋型鋼 冷彎型鋼型鋼的軋制方法 在軋輥上加工出軋槽，將兩個或兩個以上的軋輥軋槽對應(yīng)裝配起來，形成孔型。軋制時通過一系列孔型，達到所要求的尺寸?？仔褪疽鈭D見圖5-40孔型設(shè)計是型鋼生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié) 簡單斷面型鋼的軋制 角鋼軋制槽鋼軋制工字鋼軋型H鋼型的軋制 簡單斷面型鋼的軋制 粗軋（延伸）孔型橢圓-方、菱-方、箱-箱、菱-菱、橢圓-圓延伸孔型可以單獨或組合使用，延伸孔型實現(xiàn)大變形延伸，軋出方斷面坯料供精軋。精軋孔型由粗軋和精軋兩環(huán)節(jié)完成 角鋼軋制 經(jīng)蝶式孔型系統(tǒng)或扁平孔型系統(tǒng)軋制而成，見圖5-42。 槽鋼軋制 蝶式孔型或直線式孔型系統(tǒng)軋成，見圖5-43

11、工字鋼軋型 直線式孔型系統(tǒng) 、傾斜式孔型系統(tǒng)軋制而成，見圖5-44 H鋼型的軋制 采用萬能軋機軋制。成形拐角邊緣時，萬能軋機與水平式二輥軋邊機串聯(lián)配置。見圖5-452. 冷彎型鋼 冷彎型鋼主要有：槽形鋼、角形鋼、帽形、Z形、V形、方管、矩形管、波紋板、瓦壟板等，見圖5-46。冷彎型鋼優(yōu)點冷彎型鋼的生產(chǎn)：在冷彎成形機上進行成形，使帶鋼連續(xù)通過順序排列的3-20架冷軋機，依次成形加工，最后精軋到所要求的形狀的生產(chǎn)方法。見圖5-47 品種多 斷面經(jīng)濟合理 強度高 表面質(zhì)量高 尺寸精確。3.2.6 線材軋制 線材，也叫盤條，一般直徑5.59mm用途：Al、Cu線材主要用于拔制電線。鋼線材用作建筑鋼筋，制成機械零件。線材軋制用原料 斷面尺寸8080mm130130mm；長度322m重量：幾十公斤-兩噸半1線材軋制特點 總延伸率大，軋制溫降快，頭尾溫差大，軋速高（100m/s） 機架多，分工細 具特殊孔型系統(tǒng) 多輥孔型系統(tǒng) 45軋機孔型系統(tǒng)多輥孔型系統(tǒng)：三角弧邊、三角-圓孔型系統(tǒng)45軋機孔型系統(tǒng)：橢-橢-圓、弧菱-弧菱-圓、橢-圓-橢-圓、平-平-橢-圓2線材生產(chǎn)工序和軋機布置 線材鑄軋錄象資料3線材控制冷卻線 線材生產(chǎn)新技術(shù)。通過軋制過程控制冷卻，獲得所要求的結(jié)晶組織和沿線材全長的均勻性能，并使氧化鐵皮減少1%，拔絲前酸洗周期縮短50%。提高隨后拔絲的總延伸率，減少退火次