金属塑性加工学—轧制理论与工艺王廷溥 齐克敏 主编.ppt

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赵鸿赵鸿金金教授教授材料科学与工程学院材料科学与工程学院2012年年9月月金属塑性加工学金属塑性加工学-轧制理论与工艺轧制理论与工艺目录目录n绪论绪论n第一篇第一篇轧轧制理制理论论n第二篇第二篇轧轧制工制工艺艺基基础础n第三篇第三篇型材和棒型材和棒线线材生材生产产n第四篇第四篇板、板、带带材生材生产产n第五篇第五篇管材生管材生产产工工艺艺和理和理论论第一第一篇篇轧制理论轧制理论n1轧轧制制过过程基本概念程基本概念n2实现轧实现轧制制过过程的条件程的条件n3轧轧制制过过程中的横程中的横变变形形宽宽展展n4轧轧制制过过程中的程中的纵变纵变形形前滑和后滑前滑和后滑n5轧轧制制压压力及力矩的力及力矩的计计算算n6不不对对称称轧轧制理制理论论1轧制过程基本概念轧制过程基本概念n1.0基本概念基本概念n1.1变变形区主要参数形区主要参数n1.2金属在金属在变变形区内的流形区内的流动规动规律律1.0基本概念基本概念n轧轧制制过过程程：

靠旋：

靠旋转转的的轧辊轧辊与与轧轧件之件之间间形成的摩擦力形成的摩擦力将将轧轧件拖件拖进辊缝进辊缝之之间间，并使之受到，并使之受到压缩产压缩产生塑性生塑性变变形的形的过过程。

程。

n轧轧制制过过程的作用：

程的作用：

u外部：

使外部：

使轧轧件件获获得一定的形状和尺寸；得一定的形状和尺寸；u内部：

使内部：

使组织组织和性能得到一定程度的改善。

和性能得到一定程度的改善。

n为为了了解和控制了了解和控制轧轧制制过过程，程，须对轧须对轧制制过过程形成的程形成的变变形区形区及及变变形区内的形区内的金属流金属流动规动规律律有一概括了解。

有一概括了解。

1.1变形区主要参数变形区主要参数n1.1.0简单轧简单轧制制过过程程n1.1.1轧轧制制变变形区及其主要参数形区及其主要参数n1.1.2轧轧制制变变形的表示方法形的表示方法1.1.0简单轧制过程简单轧制过程n简单轧简单轧制制过过程程：

是指：

是指：

u1）上下上下轧辊轧辊直径相等，直径相等，转转速相同，且均速相同，且均为为主主动辊动辊；u2）轧轧制制过过程程对对两个两个轧辊轧辊完全完全对对称；称；u3）轧辊为刚轧辊为刚性；性；u4）轧轧件除受件除受轧辊轧辊作用外，不受其他任何外力作用；作用外，不受其他任何外力作用；u5）轧轧件在入件在入辊处辊处和出和出辊处辊处速度均匀；速度均匀；u6）轧轧件的机械性件的机械性质质均匀均匀n的的轧轧制制过过程。

程。

n研究研究简单轧简单轧制制过过程可以搞清楚程可以搞清楚轧轧制制过过程的共性程的共性问题问题。

n由于生由于生产实产实践中所使用的践中所使用的轧轧机机结结构形式多构形式多样样，理想，理想的的简单轧简单轧制制过过程很程很难难找到。

找到。

1.1.1轧制变形区及其主要参数轧制变形区及其主要参数n轧轧制制变变形区形区：

轧轧件承受件承受轧辊轧辊作用而作用而发发生生变变形的部分，形的部分，即即实际变实际变形区。

形区。

n几何几何变变形区形区：

从：

从轧轧件入件入辊辊的垂直平面到的垂直平面到轧轧件出件出辊辊的的垂直平面所垂直平面所围围成的区域。

成的区域。

n轧轧制制变变形区的主要参数：

形区的主要参数：

u咬入角咬入角u接触弧接触弧长长度度1.1.1.1咬入角咬入角（）n咬入角咬入角：

轧轧件与件与轧辊轧辊相接触的相接触的圆圆弧所弧所对应对应的的圆圆心角。

心角。

n压压下量与下量与轧辊轧辊直径及咬入角之直径及咬入角之间间存在如下的关系：

存在如下的关系：

1.1.1.1咬入角咬入角（）nh，D和和三者关系三者关系计计算算图图：

n已知已知h，D和和三个参数中的任意两个，便可用三个参数中的任意两个，便可用计计算算图图很快地求出第三个参数。

很快地求出第三个参数。

1.1.1.1咬入角咬入角（）n变变形区内任一断面高度形区内任一断面高度hx求法：

求法：

1.1.1.2接触弧长度接触弧长度（l）n接触弧接触弧长长度度：

轧轧件与件与轧辊轧辊相接触的相接触的圆圆弧的水平投影弧的水平投影长长度，也叫度，也叫咬入弧咬入弧长长度度、变变形区形区长长度度。

n接触弧接触弧长度随度随轧制条件不同而异：

制条件不同而异：

u两两轧辊直径相等直径相等时；u两两轧辊直径不等直径不等时；u轧辊和和轧件件产生生弹性性压缩时。

1.1.1.2接触弧长度接触弧长度（l）

（1）两两轧辊轧辊直径相等直径相等时时的接触弧的接触弧长长度度n所求的接触弧所求的接触弧长长度度实际实际上是上是该该弧弦的弧弦的长长度。

度。

1.1.1.2接触弧长度接触弧长度（l）

（2）两两轧辊轧辊直径不相等直径不相等时时接触弧接触弧长长度度n设设两个两个轧辊轧辊的接触孤的接触孤长长度相等，度相等，则则：

1.1.1.2接触弧长度接触弧长度（l）（3）轧辊轧辊和和轧轧件件产产生生弹弹性性压缩时压缩时接触弧的接触弧的长长度度n轧辊轧辊的的弹弹性性压压扁扁u轧辊轧辊的的弹弹性性压缩变压缩变形称形称为为轧辊轧辊的的弹弹性性压压扁扁。

u由于由于轧轧件与件与轧辊间轧辊间的的压压力作用，力作用，轧辊轧辊会会产产生局部生局部弹弹性性压缩变压缩变形。

此形。

此变变形可能很大，尤其在冷形可能很大，尤其在冷轧轧薄板薄板时时更更为显为显著。

著。

u轧辊弹轧辊弹性性压压扁的扁的结结果使接触弧果使接触弧长长度增加。

度增加。

n轧轧件的件的弹弹性性压压扁扁u轧轧件在件在轧辊间产轧辊间产生塑性生塑性变变形形时时，也伴随，也伴随产产生生弹弹性性压缩变压缩变形，形，称称为为轧轧件的件的弹弹性性压压扁扁。

u此此变变形在形在轧轧件出件出辊辊后即开始恢复，后即开始恢复，这这也会增大接触弧也会增大接触弧长长度。

度。

n在在热轧热轧薄板和冷薄板和冷轧轧板板过过程中，必程中，必须须考考虑轧辊虑轧辊和和轧轧件的件的弹弹性性压缩变压缩变形形对对接触弧接触弧长长度的影响。

度的影响。

1.1.1.2接触弧长度接触弧长度（l）（3）轧辊轧辊和和轧轧件件产产生生弹弹性性压缩时压缩时接触弧的接触弧的长长度度n设轧辊与与轧件的件的弹性性压缩量分量分别为1和和2，为使使轧件件获得得h的的压下量，下量，必必须把每个把每个轧辊再再压下下1+2，此，此时轧件与件与轧辊的接触的接触线为A2B2C曲曲线。

1.1.1.2接触弧长度接触弧长度（l）（3）轧辊轧辊和和轧轧件件产产生生弹弹性性压缩时压缩时接触弧的接触弧的长长度度n此此时时接触弧接触弧长长度度为为：

1.1.1.2接触弧长度接触弧长度（l）（3）轧辊轧辊和和轧轧件件产产生生弹弹性性压缩时压缩时接触弧的接触弧的长长度度n金属的金属的弹弹性性压缩变压缩变形很小形很小时时，2可忽略不可忽略不计计，则则得得西西齐齐柯克公式：

柯克公式：

1.1.2轧制变形的表示方法轧制变形的表示方法n1.1.2.1用用绝对变绝对变形量表示形量表示n1.1.2.2用相用相对变对变形量表示形量表示n1.1.2.3用用变变形系数表示形系数表示n1.1.2.4用真用真应变应变表示表示1.1.2.1用绝对变形量表示用绝对变形量表示n绝对变绝对变形量形量：

用：

用轧轧制前、后制前、后轧轧件件绝对绝对尺寸之差表示尺寸之差表示的的变变形量。

形量。

n绝对压绝对压下量下量：

为轧为轧制前后制前后轧轧件厚度件厚度H、h之差，即：

之差，即：

n绝对宽绝对宽展量展量：

为轧为轧制前后制前后轧轧件件宽宽度度B、b之差，即：

之差，即：

n绝对绝对延伸量延伸量：

为轧为轧制前后制前后轧轧件件长长度度L、l之差，即：

之差，即：

n绝对变绝对变形不能正确地表达形不能正确地表达变变形量的大小，但由于形量的大小，但由于习习惯惯而常被使用，特而常被使用，特别别是是压压下量与下量与宽宽展量。

展量。

1.1.2.2用相对变形量表示用相对变形量表示n相相对变对变形量形量：

用：

用轧轧制前、后制前、后轧轧件尺寸的相件尺寸的相对变对变化表化表示的示的变变形量。

形量。

n相相对压对压下量下量（压压下率下率）：

n相相对宽对宽展量展量（宽宽展率展率）：

n相相对对延伸量延伸量（延伸率延伸率）：

n相相对变对变形只能近似地反映形只能近似地反映变变形的大小，不能反映形的大小，不能反映变变形的形的过过程程积积累。

累。

1.1.2.3用变形系数表示用变形系数表示n变变形系数形系数：

用：

用轧轧制前、后制前、后轧轧件尺寸的比件尺寸的比值值表示的表示的变变形形程度。

程度。

n压压下系数下系数：

n宽宽展系数展系数：

n延伸系数延伸系数：

n变变形系数能形系数能够简单够简单而正确地反映而正确地反映变变形的大小，因此在形的大小，因此在轧轧制制变变形方面得到了极形方面得到了极为为广泛的广泛的应应用。

用。

n根据体根据体积积不不变变原理，三者之原理，三者之间间存在如下关系：

存在如下关系：

1.1.2.3用变形系数表示用变形系数表示n实际实际上型材上型材轧轧制制时宽时宽展系数常用如下展系数常用如下习惯习惯表示：

表示：

1.1.2.4用真应变表示用真应变表示n真真应变应变：

用：

用轧轧制后、前制后、前轧轧件尺寸之比的自然件尺寸之比的自然对对数表数表示的示的变变形量。

形量。

n相相对压对压下量下量（压压下率下率）：

n相相对宽对宽展量展量（宽宽展率展率）：

n相相对对延伸量延伸量（延伸率延伸率）：

n导导自移自移动动体体积积的概念，能的概念，能够够正确地反映正确地反映变变形的大小。

形的大小。

1.2金属在变形区内的流动规律金属在变形区内的流动规律n1.2.1沿沿轧轧件断面高向上件断面高向上变变形的分布形的分布n1.2.2沿沿轧轧件件宽宽度方向上的流度方向上的流动规动规律律1.2.1沿轧件断面高向上变形的分布沿轧件断面高向上变形的分布n关于关于轧轧制制时变时变形的分布有两种不同理形的分布有两种不同理论论：

u均匀均匀变变形理形理论论u不均匀不均匀变变形理形理论论。

n后者比后者比较较客客观观地反映了地反映了轧轧制制时时金属金属变变形形规规律。

律。

n均匀均匀变变形理形理论论：

u该该理理论认为论认为，沿，沿轧轧件断面高度方向上的件断面高度方向上的变变形、形、应应力和金力和金属流属流动动的分布都是均匀的。

的分布都是均匀的。

u造成造成这这种均匀性的主要原因是由于未种均匀性的主要原因是由于未发发生塑性生塑性变变形的前形的前后外端的后外端的强强制作用，因此又把制作用，因此又把这这种理种理论论称称为为刚刚端理端理论论。

1.2.1沿轧件断面高向上变形的分布沿轧件断面高向上变形的分布n不均匀不均匀变变形理形理论论：

该该理理论认为论认为，沿，沿轧轧件断面高度方件断面高度方向上的向上的变变形、形、应应力和金属流力和金属流动动分布都是不均匀的。

分布都是不均匀的。

n其主要内容其主要内容为为：

u

（1）沿沿轧轧件断面高度方向上的件断面高度方向上的变变形、形、应应力和流力和流动动速度分布速度分布都不均匀；都不均匀；u

（2）几何几何变形区内，形区内，在在轧件与件与轧辊接接触表面上，不但触表面上，不但有相有相对滑滑动，而，而且且还有粘着，所有粘着，所谓粘着系指粘着系指轧件件与与轧辊间无相无相对滑滑动；1.2.1沿轧件断面高向上变形的分布沿轧件断面高向上变形的分布u（3）变变形不但形不但发发生在几何生在几何变变形区内，而且也形区内，而且也产产生在几何生在几何变变形区以外，且形区以外，且变变形分布都不均匀。

形分布都不均匀。

l轧轧制制变变形区可分成形区可分成变变形形过过渡区渡区、前滑区前滑区、后滑区后滑区和和粘粘着区着区。

u（4）在粘着区内有一个在粘着区内有一个临临界面，在界面，在这这个面上金属的流个面上金属的流动动速速度分布均匀，并且等于度分布均匀，并且等于该处轧辊该处轧辊的水平速度。

的水平速度。

1.2.1沿轧件断面高向上变形的分布沿轧件断面高向上变形的分布n大量大量实验证实验证明，不均匀明，不均匀变变形理形理论论比比较较正确，其中以正确，其中以.（塔塔尔尔诺诺夫斯基夫斯基）实验实验最具代表。

最具代表。

n.研究了沿研究了沿轧轧件件对对称称轴纵轴纵断面上的断面上的坐坐标标网格的网格的变变化，化，证证明了沿明了沿轧轧件断面高度方向上的件断面高度方向上的变变形分布是不均匀的。

形分布是不均