冷軋基礎(chǔ)知識(shí)

第二節(jié)影響軋制的主要因素一、軋件的咬入1、咬入條件為了實(shí)現(xiàn)軋制過(guò)程，首先必須使軋件咬入軋輥，然后才能使金屬充滿軋輥的間隙，進(jìn)行軋制。實(shí)踐證明，金屬的咬入和軋制過(guò)程的建立，并不是在任何情況下都能實(shí)現(xiàn)的，因此有必要研究軋輥咬入軋件的條件。在軋件的咬入瞬間，每個(gè)軋輥將向軋件作用兩個(gè)力。一個(gè)是垂直于軋

輥和金屬相接觸的法線力（徑向力）N,另一個(gè)是軋輥與軋件表面相

切處的摩擦力T,力N和力T之垂直分力的方向相同，使金屬產(chǎn)生

壓縮變形，而力N和力T的水平分力則方向相反，水平分力力求將

軋件拖入軋輥之間，而水平分力則力求將軋件推出軋輥。顯然，根據(jù)

此二力的作用可以看出：⑴如果＞時(shí)，則軋輥不可能將軋件咬入，軋制過(guò)程不能實(shí)現(xiàn)。⑵如果=時(shí)，則處于平衡狀態(tài)，軋件仍然不可能被自然咬入。⑶如果V時(shí)，則軋輥可將軋件咬入。因此，如果不考慮咬入時(shí)的慣

性力，要實(shí)現(xiàn)咬入，必須具有以下條件：,當(dāng)軋件被咬入充滿輥間后，軋件與軋輥的接觸面積逐漸增大，軋輥對(duì)

軋件的合壓力作用點(diǎn)也逐漸向內(nèi)移動(dòng)，最大咬入角與摩擦角的關(guān)系也

隨之發(fā)生變化。2、影響軋件咬入的因素⑴軋輥直徑與壓下量的影響：當(dāng)板厚一定時(shí)，軋輥直徑愈大，則咬入

1/12角愈小，愈易咬入。⑵軋件形狀影響：由于軋件前端形狀不同，對(duì)咬入難易有很大關(guān)系。

當(dāng)軋件前端大于后端時(shí)不利于咬入，當(dāng)軋件前端小于后端，特別是兩

端呈尖形或船形者有利于咬入。因開(kāi)始咬入瞬間，軋件與軋輥接觸點(diǎn)

的位置與接觸面的大小不同，顯然，接觸點(diǎn)愈向內(nèi)移和接觸面積愈大，

則愈有利于咬入。為了易于咬入，常將鑄錠的前端（或后端）制成尖

楔形，圓形或橢圓形。⑶軋輥表面狀態(tài)對(duì)咬入的影響軋輥表面愈粗糙（例如工作幾個(gè)班之后的普通材料軋輥）摩擦系數(shù)大，有利于咬入。反之，軋輥表面光滑（如冷軋的拋光輥）軋件的咬入就困難。⑷軋制速度對(duì)咬入的影響軋制速度提高，不利于軋件咬入，軋制速度降低，則有利于軋件的咬

入。軋制速度影響咬入的原因，一方面是由于軋制速度的提高，降低

了軋輥與軋件間的摩擦系數(shù)，使咬入困難，另一方面是由于軋制速度

的提高產(chǎn)生了妨礙軋件咬入的慣性力。在某些軋機(jī)上，為了保持軋制過(guò)程的高生產(chǎn)率，但又避免由于提高軋

制速度給咬入帶來(lái)的不良影響，通常采用可調(diào)節(jié)速度的軋制方式。在

咬入時(shí)期，輥速降低一稱(chēng)為咬入速度，當(dāng)軋件咬入后，提高輥速，進(jìn)

行正常軋制。二、前滑在軋制時(shí)，金屬?gòu)能堓亽伋龅乃俣缺溶堓亪A周的線速度大，這種現(xiàn)象稱(chēng)為前滑，前滑值可用下式表示：（V1）X100%S——前滑值V一軋輥圓周線速度V1——軋件離開(kāi)軋輥的速度冷軋時(shí)，根據(jù)加工率、張力、摩擦系數(shù)等條件的不同，前滑值一般在

0—6%范圍之內(nèi)。1、前滑值的確定實(shí)驗(yàn)法中比較易行的是刻痕法，即在軋輥表面上刻痕，距離為L(zhǎng)。，軋制后在軋件表面的壓痕距離為L(zhǎng)1,則可按以下公式示求出前滑值（L1—L。）/LoX100%，用此法測(cè)定前滑值時(shí)，不但準(zhǔn)確而且簡(jiǎn)

單，因此被廣泛采用，但其缺點(diǎn)是只能測(cè)定表面的滑動(dòng)，不能測(cè)出金

屬內(nèi)部滑動(dòng)，2、影響前滑的主要因素軋制過(guò)程中，影響前滑的因素很多，根據(jù)理論計(jì)算公式與許多實(shí)驗(yàn)證

明，影響前滑的主要因素是：壓下量，軋輥直徑，摩擦系數(shù)，前、后

張力，軋制速度與軋件寬度，至于軋制溫度和金屬種類(lèi)則是以摩擦系

數(shù)的形式來(lái)影響前滑的。這些主要因素對(duì)前滑的影響如下：隨著壓下量、軋輥直徑、摩擦系數(shù)和前張力的增加而使前滑值增加，反之隨著后張力和軋制速度的增加而使前滑值的降低，前滑值也隨著軋件寬度的變化而變化，但當(dāng)軋件寬度達(dá)到一定限度后，再繼續(xù)增加寬度時(shí)，前滑值則不發(fā)生變化。三、寬展寬展系指軋件在軋制過(guò)程中沿寬度方向上尺寸的變化，也稱(chēng)為橫展。寬展是軋件橫向變形的一種現(xiàn)象。表示寬展的方法有絕對(duì)寬展和相對(duì)寬展兩種。絕對(duì)寬展是指軋件軋制前后寬度之差，相對(duì)寬展是指軋件軋制前后寬度之差與軋前寬度之比。四、摩擦1、摩擦在軋制過(guò)程中的實(shí)際意義在冷軋板材時(shí)，一般希望降低摩擦系數(shù)，因?yàn)樵谶@種軋制條件下，限制軋制過(guò)程順利進(jìn)行的不是最大咬入角，而是軋機(jī)允許的最大壓力。同時(shí)摩擦系數(shù)對(duì)單位壓力的大小與其分布有重要影響，摩擦系數(shù)所產(chǎn)生的摩擦力，需要額外的功來(lái)克服它，摩擦系數(shù)的增加，使金屬的變形抗力增大，即增加了變形的能量消耗。在軋制力計(jì)算時(shí)，應(yīng)準(zhǔn)確的確定沿咬入弧上摩擦系數(shù)的平均值，方能正確計(jì)算軋制力。2、不同軋制和潤(rùn)滑條件下的摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)雖然如此重要，但直接測(cè)定摩擦系數(shù)是相當(dāng)困難，因?yàn)槟Σ料禂?shù)與許多因素有關(guān)，如軋輥表面狀態(tài)、潤(rùn)滑條件、軋制壓力、軋制溫度等。應(yīng)當(dāng)指出，在同一條件下，用不同測(cè)定方法往往得到互相矛盾的結(jié)果，所以對(duì)具體軋制條件下，在選擇摩擦系數(shù)時(shí)，必須注意試驗(yàn)資料數(shù)據(jù)的原始條件。第三節(jié)冷軋制度的制定根據(jù)冷軋產(chǎn)品的性能，冷軋制度的制定應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面的因素：一、第一類(lèi)再結(jié)晶圖第一類(lèi)再結(jié)晶圖是反映金屬變形程度和變形后退火溫度與金屬再結(jié)晶晶粒大小的關(guān)系圖形，在一定退火溫度下，當(dāng)變形程度很小時(shí)，常出現(xiàn)晶粒急劇長(zhǎng)大的現(xiàn)象。通常把這種引起晶粒急劇長(zhǎng)大的變形程度范圍稱(chēng)為臨界變形程度。臨界變形程度的大小因金屬與合金而異，在冷軋時(shí)必須考慮這一點(diǎn)，應(yīng)使其總加工率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)臨界變形程度，以便產(chǎn)品在一定溫度下退火后，具有均勻而細(xì)小的晶粒組織。二、軋件的性能和方向性金屬與合金在冷軋時(shí)，使晶粒形狀沿最大主變形方向被拉長(zhǎng)，拉細(xì)或壓扁，在晶粒被拉長(zhǎng)的同時(shí)，金屬中的夾雜物和第二相也在被拉長(zhǎng)或破碎，呈鏈狀排列，這種組織稱(chēng)為纖維組織。冷軋過(guò)程中，當(dāng)達(dá)到一定的變形程度以后，由于在晶粒內(nèi)的晶格取向發(fā)生了轉(zhuǎn)動(dòng)，使其特定的晶面和晶向趨于排成一定方向，從而使原來(lái)位向紊亂的晶粒出現(xiàn)有序的變化，并有嚴(yán)格的位向關(guān)系，金屬所形成的這種組織結(jié)構(gòu)稱(chēng)為變形織構(gòu)。纖維組織和變形織構(gòu)的產(chǎn)生導(dǎo)致了金屬的各向異性。在冷軋過(guò)程中，各向異性隨著變形程度的增加而趨于明顯，通常冷軋總加工率達(dá)到50%—60%以上時(shí)才出現(xiàn)明顯的變形織構(gòu)。如已形成明顯變形織構(gòu)的材料，經(jīng)再結(jié)晶退火后變成另一織構(gòu)即再結(jié)晶織構(gòu)。這種織構(gòu)對(duì)以后成型加工，例如拉伸成型、深沖成型等不利的。這種材料具有各向異性，它在深沖時(shí)，有的方向延伸較多而形成凸起，有的方向延伸較少而形成凹下，甚至破裂。凸起或凹下部分成對(duì)稱(chēng)分布，形成“制耳”。凸起部分與軋制方向可能呈0°或90°和45°角，通常分別稱(chēng)為0°或90°和45°制耳。冷軋總加工率達(dá)90%的工業(yè)純鋁板，深沖時(shí)制耳率為5—6%，出現(xiàn)45°制耳，若增加中間退火，則深沖制耳率可降低到1—3%，為了減少制耳（一般要求小于3—4%），冷軋總加工率不宜過(guò)大，最好控制在50%左右。各向異性影響了某些產(chǎn)品的加工性能和產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)盡量避免或減輕產(chǎn)品的各向異性，均勻化退火是消除各向異性的有效措施，此外，對(duì)于某些特殊的產(chǎn)品，可以采取控制加工率，提高含鐵量等措施進(jìn)一步減少各向異性。三、道次加工率和總道次加工率的確定在冷軋過(guò)程中軋件發(fā)生冷作硬化，因而塑性下降。冷變形程度達(dá)45—55%以后，純鋁與幾乎所有的鋁合金的伸長(zhǎng)率都大致相同，約為3—6%。但它們能夠繼續(xù)進(jìn)行冷軋的能力卻不一樣。因此伸長(zhǎng)率不能作為制定軋制制度的依據(jù)，而出現(xiàn)裂邊時(shí)的變形量大小才可做為這種標(biāo)準(zhǔn)，如果每個(gè)道次壓下量都能保持在不能引起裂邊的大小，那么總的變形量可以達(dá)到很大的數(shù)值（軋制硬鋁合金可達(dá)90—92%，軋制軟鋁合金時(shí)達(dá)95%以上），但是小的道次變形量將使軋件表面質(zhì)量與軋出質(zhì)量變壞，并由于增加道次數(shù)而大大降低冷軋機(jī)的生產(chǎn)率。良好的邊部狀態(tài)是獲得優(yōu)質(zhì)軋件的基本條件之一。冷軋時(shí)，為防止裂邊，規(guī)定一定總變形量后要進(jìn)行中間退火。對(duì)某些鋁合金必須達(dá)到一定的總變形量，否則，就是退火制品，產(chǎn)品的機(jī)械性能也難以保證。道次加工率在合金塑性范圍內(nèi)，并能獲得良好表面6/12質(zhì)量和軋出質(zhì)量情況下，應(yīng)盡量較大，以減少軋制道次，提高軋機(jī)的生產(chǎn)效率，但道次加工率的大小要考慮設(shè)備條件，主要是受到最大軋制力的限制，如果軋制力過(guò)大，易產(chǎn)生斷輥事故，各道次的加工率曲線應(yīng)平滑上升。在分配道次加工率時(shí)，要考慮軋機(jī)性能，工藝潤(rùn)滑和冷卻條件、張力、原始輥型和操作水平。當(dāng)有特殊要求時(shí)，如厚度偏差要求更嚴(yán)格，表面質(zhì)量要求很高的產(chǎn)品，應(yīng)選取較小的道次加工率，在軋制0.3—0.5毫米薄板時(shí)，為防止斷帶，要精心控制道次加工率，有意識(shí)地使軋件邊部產(chǎn)生可切掉的邊部小波浪。四、軋制速度隨著軋制技術(shù)的發(fā)展，軋機(jī)的軋制速度不斷提高。軋制速度提高，即縮短輔助時(shí)間，因而得到高的生產(chǎn)效率。采用高速軋制時(shí)要解決一系列問(wèn)題，其中主要有：1、必須具有可控制而且有效的冷卻系統(tǒng)。在高速軋制過(guò)程中，它能有效地降低軋輥與軋件的溫度，避免軋輥溫度過(guò)高而產(chǎn)生粘鋁。2、工藝潤(rùn)滑劑的各種性能應(yīng)能滿足高速軋制時(shí)的要求。例如粘溫特性，潤(rùn)滑性能等都應(yīng)符合高速軋制要求。3、高速軋制要求有相應(yīng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。例如，快速而準(zhǔn)確的停車(chē)和斷帶的自動(dòng)保護(hù)裝置等。4、能夠準(zhǔn)確、與時(shí)測(cè)量并控制厚度。如摩擦系數(shù)與軋制速度的關(guān)系所述，隨著軋制速度的增加，摩擦系數(shù)降低，反映在帶材厚度上，軋制速度提高，則帶材厚度減薄。因此在軋機(jī)升速，減速或其它速度變化時(shí)，應(yīng)能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)輥縫，使帶材縱向厚度均一。冷軋生產(chǎn)第一節(jié)板型控制現(xiàn)代化的冷軋機(jī)，裝有板型儀，它通過(guò)微型電子計(jì)算機(jī)把液壓彎輥，軋制力，冷卻劑以與張力等聯(lián)接起來(lái)形成閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)板型自動(dòng)控制系統(tǒng)，即依靠板型儀發(fā)出信號(hào)，通過(guò)微型電子計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制板型。一、軋輥的選擇1、軋輥的表面狀態(tài)冷軋工作輥表面應(yīng)無(wú)缺陷，光潔度符合要求。表面堅(jiān)硬，中心韌軟，并且使用壽命長(zhǎng)。工作輥一般為合金鋼經(jīng)鍛造制成，輥身硬度要求在肖氏95—100°以上。輥頸硬度為肖氏45—50°以上。支持輥的硬度應(yīng)低于工作輥。避免磨傷工作輥表面。支持輥硬度一般為肖氏60—65°其輥頸為肖氏42°。支持輥一般半年更換并重磨一次。由于軋制時(shí)產(chǎn)生很大的接觸應(yīng)力和頻繁的交變應(yīng)力，使用一段時(shí)間之后支持輥發(fā)生疲勞。其表面則出現(xiàn)剝落，當(dāng)剝落不大時(shí)，經(jīng)過(guò)清理有的還可繼續(xù)使用。有的軋機(jī)當(dāng)發(fā)現(xiàn)剝落時(shí)，不管面積大小，深度多少，都必須換輥，磨削掉剝落部分之后方可重新使用。為防止表面剝落現(xiàn)象，支持輥使用一定時(shí)間（一般半年）后，應(yīng)進(jìn)行回火恢復(fù)處理。冷軋的輥型因受壓力和變形熱的影響而發(fā)生變化，軋輥因受軋制力而彎曲的輥型（簡(jiǎn)稱(chēng)壓力輥型），軋輥因受熱不均勻而產(chǎn)生不均勻膨脹，即中部比邊部膨脹大（簡(jiǎn)稱(chēng)溫度輥型）。為了補(bǔ)償因壓力和溫度所引起輥型的變化，軋輥予先要磨成一定的弧度，一般稱(chēng)為軋輥的輥型。對(duì)冷軋機(jī)來(lái)說(shuō)，壓力輥型是主要的，因此通常冷軋機(jī)的軋輥輥型所選擇的弧度為凸度。凸度的大小與軋制壓下量，軋件的屈服強(qiáng)度和寬度，軋輥的受熱條件，軋件和軋輥的材質(zhì)以與軋制時(shí)的張力，潤(rùn)滑劑性能等許多因素有關(guān)。軋輥應(yīng)在專(zhuān)用軋輥磨床上進(jìn)行磨削，磨削的目的是清除軋輥表面的凹陷，撞傷，劃傷，粘鋁等缺陷,獲得所需要的輥型和粗糙度。磨削后的軋輥輥型，凸度最大處應(yīng)在輥身長(zhǎng)度中心點(diǎn)上，并逐漸圓滑地向兩側(cè)對(duì)稱(chēng)過(guò)渡。3、輥型的配置方法輥型的配置方法是指某軋機(jī)所需的冷軋輥型或軋輥凸度如何向各個(gè)軋輥上分配的問(wèn)題,是平均分配在上、下工作輥上或是只磨在上輥或下輥上。輥型的配置應(yīng)考慮軋輥研磨，輥型調(diào)整是否簡(jiǎn)易等條件，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，根據(jù)具體情況來(lái)確定，通常配置方法是：⑴二重冷軋機(jī)，多數(shù)采用上、下輥均帶有凸度的配置方法，只有極少數(shù)僅上輥有凸度下輥為圓柱形的輥型。⑵四重冷軋機(jī)，大多數(shù)是工作輥有凸度，支持輥為圓柱形，如總凸度不大時(shí)，則僅上工作輥有凸度，下工作輥為圓柱形。如凸度較大，則把總凸度平均分配在上、下工作輥上。二、輥型的控制帶式軋制法，在軋制過(guò)程中，由于軋制壓力和金屬的變形熱等一些軋制因素的波動(dòng)，引起輥型發(fā)生較大變化，使帶板產(chǎn)生厚度不均或出現(xiàn)波浪，這些波浪有時(shí)出現(xiàn)在中部，有時(shí)出現(xiàn)在邊部。出現(xiàn)波浪說(shuō)明輥型已經(jīng)發(fā)生變化，引起帶板在寬度方向上的壓力分布不均，波浪的出現(xiàn)對(duì)軋制不利，過(guò)大時(shí)可能成為最終廢品或在軋制過(guò)程中產(chǎn)生斷帶，為獲得良好軋出狀態(tài)的帶板和有利于繼續(xù)正常軋制，需要與時(shí)對(duì)板型進(jìn)行控制。1、輥型控制的一般方法在軋制速度較低時(shí)板帶出現(xiàn)波浪應(yīng)根據(jù)波浪的大小和位置通過(guò)調(diào)整噴淋、彎輥、張力、壓下量和速度等因素而消除之。板型控制的一般措施如下：控制因素波浪出現(xiàn)的部位軋制油加大邊部或減少中部噴淋減少邊部或加大中部噴淋張力適當(dāng)增加張力適當(dāng)減小張力壓下量適當(dāng)減小壓下量適當(dāng)增加壓下量軋制速度適當(dāng)提高軋制速度適當(dāng)降低軋制速度10/122、利用液壓彎輥裝置控制板型軋制過(guò)程中出現(xiàn)波浪，無(wú)論在帶板邊部或中部，都不利于繼續(xù)軋制，雖然上述消除波浪的一般措施有一定調(diào)節(jié)能力，但調(diào)節(jié)速度太慢，調(diào)節(jié)的范圍較小，例如張力，如調(diào)節(jié)范圍過(guò)大易使帶板拉裂造成斷帶。近年來(lái)，在支撐輥和工作輥軸承箱上，裝設(shè)液壓裝置，用液壓缸迫使支撐輥或工作輥發(fā)生彎曲的辦法來(lái)控制所需的輥型。這種調(diào)整方法稱(chēng)為液壓彎輥法。軋制過(guò)程中尤其是高速軋制過(guò)程中一旦出現(xiàn)波浪，能迅速而有效的消除，可明顯地改善產(chǎn)品的平整度，其控制方法是：當(dāng)帶板邊部出現(xiàn)波浪時(shí)，增大P力或減少Q(mào)力使軋輥凸度增加，這種類(lèi)型的彎輥叫做正彎，當(dāng)帶板中部出現(xiàn)波浪時(shí)增大Q力或減少P力使軋輥凸度減少，這種類(lèi)型的彎輥叫做負(fù)彎。3、輥型的自動(dòng)控制現(xiàn)代化的冷軋機(jī)，裝有板型儀，它通過(guò)微型電子計(jì)算機(jī)把液壓彎輥、軋輥傾斜、軋制力、冷卻劑以與張力等聯(lián)結(jié)起來(lái)形成閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)板型自動(dòng)控制系統(tǒng)，即依靠板型儀發(fā)出信號(hào)，通過(guò)電子計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制板型。三、張力控制近代軋制帶材的軋機(jī)一般都設(shè)有較強(qiáng)大的前