轧制理论与工艺.ppt

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。形分布是不均匀的。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由由图图可可见见：n1)在接触弧开始在接触弧开始处处靠近接触靠近接触表面的表面的变变形比形比轧轧件中心件中心层层大，大，且表面且表面层层金属流金属流动动速度比中速度比中心心层层快。快。n2)曲曲线线1与与2的交点是的交点是临临界面界面的位置，在的位置，在这这个面上金属个面上金属变变形和流形和流动动速度是均匀的。速度是均匀的。n3)在在临临界面的右界面的右边边，即出，即出辊辊方向，出方向，出现现了相反了相反现现象。象。轧轧件中心件中心层层的的变变形比表面形比表面层层大，大，中心中心层层金属流金属流动动速度比表面速度比表面层层快。快。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n4)在接触弧的中在接触弧的中间间部分，部分，曲曲线线上有一段很上有一段很长长的平行的平行于横坐于横坐标轴标轴的的线线段，段，说说明明在在轧轧件与件与轧辊轧辊相接触的表相接触的表面上存在着粘着区。面上存在着粘着区。n5)在入在入辊辊前和出前和出辊辊后后轧轧件件表面表面层层和中心和中心层层都都发发生有生有变变形，形，说说明在外端和几何明在外端和几何变变形区之形区之间间有有变变形形过过渡区，渡区，在在这这个区域内个区域内变变形和流形和流动动速度也是不均匀的。速度也是不均匀的。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.根据根据实验实验研究把研究把轧轧制制变变形区形区绘绘成成下下图图，用以描述，用以描述轧轧制制时时整个整个变变形的情况。形的情况。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实验实验研究研究还还表明，沿表明，沿轧轧件断面高度方向上的件断面高度方向上的变变形不形不均匀分布与均匀分布与变变形区形状系数形区形状系数(l/h)有很大关系。有很大关系。n1)当当l/h 0.51.0时时，即，即轧轧件断面高度相件断面高度相对对于接触弧于接触弧长长度不太大度不太大时时，压缩变压缩变形完全深入到形完全深入到轧轧件内部，形件内部，形成中心成中心层变层变形比表面形比表面层变层变形大的形大的现现象；象；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n2)当当l/h Nsinuftgu因因f=tan，为为摩擦角摩擦角u故故2.1 咬入条件咬入条件n咬入力咬入力Tx与咬入阻力与咬入阻力Nx之之间间的关系有以下的关系有以下3种情况：种情况：uTx。uTxNx，可以，可以实现实现自然咬入，此自然咬入，此时时Nx，Tx=Tcos=Nfycos，Nx=Nsinn此即此即稳稳定定轧轧制条件制条件2.2 稳定轧制条件稳定轧制条件n一般达到一般达到稳稳定定轧轧制制阶阶段段时时，=y/2，即，即Kx2，故可，故可近似写成近似写成yy/2或或2yy。n即：若由咬入即：若由咬入阶阶段段过过渡到渡到稳稳定定轧轧制制阶阶段的摩擦系数段的摩擦系数不不变变且其他条件均相同且其他条件均相同时时，稳稳定定轧轧制制阶阶段的允段的允许许的的咬入角比咬入咬入角比咬入阶阶段的咬入角可大段的咬入角可大Kx倍或近似大倍或近似大2倍。倍。n可得：可得：极限极限稳稳定定轧轧制条件制条件：2.3 咬入阶段与稳定轧制阶段咬入条件的比较咬入阶段与稳定轧制阶段咬入条件的比较n2.3.1 合力作用点位置或系数合力作用点位置或系数Kx的影响的影响n2.3.2 摩擦系数摩擦系数变变化的影响化的影响2.3 咬入阶段与稳定轧制阶段咬入条件的比较咬入阶段与稳定轧制阶段咬入条件的比较n为为比比较较从咬入从咬入阶阶段向段向稳稳定定轧轧制制阶阶段段过过渡渡时时咬入条件咬入条件的的变变化，化，现现比比较较其极限条件。其极限条件。n极限咬入条件：极限咬入条件：=n极限极限稳稳定定轧轧制条件：制条件：y=Kxyn其比其比值值：n可可见见，其差异取决于，其差异取决于Kx与与y/两个因素，即合力作两个因素，即合力作用点位置与摩擦系数的用点位置与摩擦系数的变变化。化。2.3.1 合力作用点位置或系数合力作用点位置或系数Kx的影响的影响n其他条件不其他条件不变时变时，Kx愈高，愈高，则则y愈高，即在愈高，即在稳稳定定轧轧制制阶阶段允段允许实现较许实现较大的咬入角。大的咬入角。n在填充在填充辊缝阶辊缝阶段，随段，随轧轧件前端在件前端在辊缝辊缝中前中前进进，轧轧件件与与轧辊轧辊的接触面的接触面积积增大，合力作用点向出口方向移增大，合力作用点向出口方向移动动，由于合力作用点一定在咬入弧上，所以，由于合力作用点一定在咬入弧上，所以Kx恒大恒大于于1。n在在轧轧制制过过程中，程中，产产生的生的宽宽展愈大，展愈大，则变则变形区的形区的宽宽度度向出口逐向出口逐渐扩张渐扩张，合力作用点愈向出口移，合力作用点愈向出口移动动，即，即角愈小，角愈小，则则Kx值值就愈高。就愈高。2.3.2 摩擦系数变化的影响摩擦系数变化的影响n冷冷轧轧及及热轧时热轧时摩擦系数摩擦系数变变化不同化不同u冷冷轧时轧时，由于温度和氧化，由于温度和氧化铁铁皮的影响甚小，可近似地取皮的影响甚小，可近似地取y/1。u热轧时热轧时，y/1，即从咬入，即从咬入过过渡到渡到稳稳定定轧轧制制阶阶段摩擦系段摩擦系数在降低。数在降低。n热轧时产生生摩擦系数摩擦系数变变化的原因化的原因为为：u(1)轧轧件端部温度件端部温度较较其他部分低，使咬入其他部分低，使咬入时时的摩擦系数大的摩擦系数大于于稳稳定定轧轧制制阶阶段的摩擦系数。段的摩擦系数。u(2)咬入咬入时轧时轧件与件与轧辊轧辊接触和冲接触和冲击击，易使，易使轧轧件端部的氧化件端部的氧化铁铁皮脱落，所以摩擦系数皮脱落，所以摩擦系数较较高。高。n影响摩擦系数降低最主要的因素是影响摩擦系数降低最主要的因素是轧轧件表面上的氧件表面上的氧化化铁铁皮。在皮。在实际实际生生产产中，往往因此造成在自然咬入中，往往因此造成在自然咬入后后过过渡到渡到稳稳定定轧轧制制阶阶段段发发生打滑生打滑现现象。象。2.3.2 摩擦系数变化的影响摩擦系数变化的影响n可可见见，K值变值变化化较较复复杂杂，随，随轧轧制条件不同而异。制条件不同而异。u冷冷轧时轧时，可近似地，可近似地认为认为摩擦系数无摩擦系数无变变化。由于化。由于Kx值较值较高，所高，所以以K值值也也较较高，高，说说明咬入条件与明咬入条件与稳稳定定轧轧制条件制条件间间的差异的差异较较大。大。一般是：一般是：u热轧时热轧时，由于温度和氧化，由于温度和氧化铁铁皮的影响，使摩擦系数皮的影响，使摩擦系数显显著的降著的降低，所以低，所以K值较值较冷冷轧时为轧时为小，一般是：小，一般是：n以上以上说说明明u稳稳定定轧轧制制阶阶段的最大允段的最大允许许咬入角比开始咬入咬入角比开始咬入时时的最大允的最大允许许咬咬入角大；入角大；u相相应应地，地，稳稳定定轧轧制制阶阶段的最大允段的最大允许许的的压压下量比咬入下量比咬入时时的最大的最大允允许压许压下量大数倍。下量大数倍。n在生在生产实产实践中有的采用践中有的采用“带钢压带钢压下下”的技的技术术措施，就是措施，就是利用利用稳稳定定轧轧制制阶阶段咬入角的潜力。段咬入角的潜力。2.4 改善咬入条件的途径改善咬入条件的途径n改善咬入条件是改善咬入条件是进进行行顺顺利操作、增加利操作、增加压压下量、提高下量、提高生生产产率的有力措施，也是率的有力措施，也是轧轧制生制生产产中中经经常碰到的常碰到的实实际问题际问题。n根据咬入条件根据咬入条件，可以得出：凡是能提高，可以得出：凡是能提高角的一角的一切因素和降低切因素和降低角的一切因素都有利于咬入。角的一切因素都有利于咬入。2.4.1 降低降低角的方法角的方法n由由 n可知，若降低可知，若降低角，必角，必须须：n(1)增加增加轧辊轧辊直径直径Du当当h等于常数等于常数时时，轧辊轧辊直径直径D增加，增加，可降低。可降低。n(2)减小减小压压下量下量hu由由h=H-h可知，可通可知，可通过过降低降低轧轧件开始高度件开始高度H或提高或提高轧轧后后的高度的高度h，来降低，来降低，以改善咬入条件。，以改善咬入条件。2.4.1 降低降低角的方法角的方法n在在实际实际生生产产中常中常见见的降低的降低的方法有：的方法有：n(1)钢锭钢锭小小头进钢头进钢n(2)强强迫咬入迫咬入2.4.2 提高提高角的方法角的方法n(1)改改变轧件或件或轧辊的表面状的表面状态，以提高摩擦角，以提高摩擦角u清除炉生氧化清除炉生氧化铁皮。皮。n(2)合理地合理地调节轧制速度制速度u低速咬入，低速咬入，高速高速轧轧制。制。复习思考题复习思考题3 轧制过程中的横变形轧制过程中的横变形宽展宽展n3.1 宽宽展及其分展及其分类类n3.2 影响影响宽宽展的因素展的因素n3.3 宽宽展展计计算公式算公式n3.4 在孔型中在孔型中轧轧制制时宽时宽展特点及其展特点及其简简化化计计算方法算方法3.1 宽展及其分类宽展及其分类n3.1.1 宽宽展及其展及其实际实际意意义义n3.1.2 宽宽展分展分类类n3.1.3 宽宽展的展的组组成成3.1.1 宽展及其实际意义宽展及其实际意义n宽宽展展：在：在轧轧制制过过程中，程中，轧轧件沿横向移件沿横向移动动的体的体积积所引起所引起的的轧轧件件宽宽度的度的变变化称化称为宽为宽展。展。n习惯习惯上用上用轧轧件在件在宽宽度方向度方向线线尺寸的尺寸的变变化即化即绝对宽绝对宽展量展量表示。表示。n轧轧制中的制中的宽宽展可能是希望的，也可能是不希望的。展可能是希望的，也可能是不希望的。u当从窄的坯当从窄的坯轧轧成成宽宽成品成品时时希望有希望有宽宽展，如用展，如用宽宽度度较较小的小的钢钢坯坯轧轧成成宽宽度度较较大的成品，大的成品，则则必必须设须设法增大法增大宽宽展。展。u若是从大断面坯若是从大断面坯轧轧成小断面成品成小断面成品时时，则则不希望有不希望有宽宽展，因消展，因消耗于横耗于横变变形的功是多余的，在形的功是多余的，在这这种情况下，种情况下，应该应该力求以最小力求以最小的的宽宽展展轧轧制。制。u纵轧纵轧的目的是的目的是为为了得到延伸，除特殊情况外，了得到延伸，除特殊情况外，应该应该尽量减小尽量减小宽宽展，降低展，降低轧轧制功能消耗，提高制功能消耗，提高轧轧机生机生产产率。率。n不不论论在哪种情况下，希望或不希望有在哪种情况下，希望或不希望有宽宽展，都必展，都必须须掌掌握握宽宽展展变变化化规规律以及正确律以及正确计计算它，在孔型中算它，在孔型中轧轧制制则宽则宽展展计计算更算更为为重要。重要。3.1.1 宽展及其实际意义宽展及其实际意义n正确估正确估计轧计轧制中的制中的宽宽展是保展是保证证断面断面质质量的重要一量的重要一环环。n计计算算宽宽展展：用各种模型公式：用各种模型公式计计算估算估计计的的宽宽展。展。n实际宽实际宽展展：在：在实际轧实际轧制制过过程中程中产产生的真生的真实宽实宽展。展。n欠充欠充满满：计计算算宽宽展大于展大于实际宽实际宽展，孔型充填不展，孔型充填不满满，造成很大的造成很大的椭圆椭圆度。度。n过过充充满满：计计算算宽宽展小于展小于实际宽实际宽展，孔型充填展，孔型充填过满过满，形成耳子。形成耳子。n以上两种情况均造成以上两种情况均造成轧轧件件报废报废。3.1.2 宽展分类宽展分类n3.1.2.1 自由自由宽宽展展n3.1.2.2 限制限制宽宽展展n3.1.2.3 强强迫迫宽宽展展3.1.2.1 自由宽展自由宽展n坯料在坯料在轧轧制制过过程中，被程中，被压压下的金属体下的金属体积积其金属其金属质质点点在横向移在横向移动时动时，具有沿垂直于，具有沿垂直于轧轧制方向朝两制方向朝两侧侧自由自由移移动动的可能性，此的可能性，此时时金属流金属流动动除受接触摩擦的影响除受接触摩擦的影响外，不受其他任何的阻碍和限制，如孔型外，不受其他任何的阻碍和限制，如孔型侧侧壁、立壁、立辊辊等，等，结结果明确地表果明确地表现现出出轧轧件件宽宽度上度上线线尺寸的增加，尺寸的增加，这这种情况称种情况称为为自由自由宽宽展展。n自由自由宽宽展展发发生于生于变变形比形比较较均匀的条件下，如平均匀的条件下，如平辊辊上上轧轧制矩形断面制矩形断面轧轧件，以及件，以及宽宽度有很大富裕的扁平孔度有很大富裕的扁平孔型内型内轧轧制。制。n自由自由宽宽展展轧轧制是最制是最简单简单的的轧轧制情况。制情况。3.1.2.2 限制宽展限制宽展n坯料在坯料在轧轧制制过过程中，金属程中，金属质质点横向移点横向移动时动时，除受接，除受接触摩擦的影响外，触摩擦的影响外，还还承受孔型承受孔型侧侧壁的限制作用，因壁的限制作用，因而破坏了自由流而破坏了自由流动动条件，此条件，此时产时产生的生的宽宽展称展称为为限制限制宽宽展展。n在孔型在孔型侧侧壁起作用的凹型孔型中壁起作用的凹型孔型中轧轧制制时时即属于此即属于此类类宽宽展。由于孔型展。由于孔型侧侧壁的限制作用，使横向移壁的限制作用，使横向移动动体体积积减小，故所形成的减小，故所形成的宽宽展小于自由展小于自由宽宽展。展。3.1.2.3 强迫宽展强迫宽展n坯料在坯料在轧轧制制过过程中，金属程中，金属质质点横向移点横向移动时动时，不，不仅仅不不受任何阻碍，且受有受任何阻碍，且受有强强烈的推烈的推动动作用，使作用，使轧轧件件宽宽度度产产生附加的增生附加的增长长，此，此时产时产生的生的宽宽展称展称为为强强迫迫宽宽展展。n由于出由于出现现有利于金属有利于金属质质点横向流点横向流动动的条件，所以的条件，所以强强迫迫宽宽展大于自由展大于自由宽宽展。展。n凸型孔型中凸型孔型中轧轧制及有制及有强强烈局部烈局部压缩压缩的的轧轧制条件是制条件是强强迫迫宽宽展的典型例子。展的典型例子。3.1.3 宽展的组成宽展的组成n3.1.3.1 宽宽展沿展沿轧轧件横断面高度上的分布件横断面高度上的分布n3.1.3.2 宽宽展沿展沿轧轧件件宽宽度上的分布度上的分布3.1.3.1 宽展沿轧件横断面高度上的分布宽展沿轧件横断面高度上的分布n由于由于轧辊轧辊与与轧轧件的接触表面上存在着摩擦，以及件的接触表面上存在着摩擦，以及变变形区几何形状和尺寸的不同，因此沿按触表面上金形区几何形状和尺寸的不同，因此沿按触表面上金属属质质点的流点的流动轨动轨迹与接触面附近的区域和迹与接触面附近的区域和远远离的区离的区域是不同的。域是不同的。n因此因此宽宽展可由以下几个部分展可由以下几个部分组组成：成：u滑滑动宽动宽展展u翻平翻平宽宽展展u鼓形鼓形宽宽展展3.1.3.1 宽展沿轧件横断面高度上的分布宽展沿轧件横断面高度上的分布n滑滑动宽动宽展展：变变形金属在与形金属在与轧辊轧辊的接触面的接触面产产生相生相对对滑滑动动所增加的所增加的宽宽展量。展量。n翻平翻平宽宽展展：由于接触摩擦阻力的作用，使：由于接触摩擦阻力的作用，使轧轧件件侧侧面面的金属，在的金属，在变变形形过过程中翻程中翻转转到接触表面上，使到接触表面上，使轧轧件件增加的增加的宽宽展量。展量。n鼓形鼓形宽宽展展：轧轧件件侧侧面面变变成鼓形而造成的展成鼓形而造成的展宽宽量。量。n轧轧件件总总展展宽宽量量3.1.3.1 宽展沿轧件横断面高度上的分布宽展沿轧件横断面高度上的分布n通常通常理理论宽论宽展展及及计计算算宽宽展展是指将是指将轧轧制后制后轧轧件的横断件的横断面化面化为为同厚度的矩形之后，其同厚度的矩形之后，其宽宽度与度与轧轧制前制前轧轧坯坯宽宽度之差，即：度之差，即：n轧轧后后宽宽度度Bh，是一个，是一个为为便于工程便于工程计计算而采用的理想算而采用的理想值值。3.1.3.1 宽展沿轧件横断面高度上的分布宽展沿轧件横断面高度上的分布n宽宽展的各展的各组组成部分的数成部分的数值值，随摩擦系数和，随摩擦系数和变变形区几形区几何参数的何参数的变变化而不同。它化而不同。它们们有一定的有一定的变变化化规规律，但律，但至今定量的至今定量的规规律尚未掌握。律尚未掌握。n根据根据实验实验和初步的理和初步的理论论分析，它分析，它们们之之间间有一些定性有一些定性关系。关系。u摩擦系数摩擦系数f值值越大，不均匀越大，不均匀变变形就越形就越严严重，翻平重，翻平宽宽展和鼓展和鼓形形宽宽展的展的值值就越大，滑就越大，滑动宽动宽展越小。展越小。u各种各种宽宽展与展与变变形区几何参数之形区几何参数之间间有如有如图图所示的关系，当所示的关系，当 宽宽厚比越小厚比越小时时，则则滑滑动宽动宽展越小，而翻平和鼓形展越小，而翻平和鼓形宽宽展占展占主主导导地位。地位。这这是因是因为宽为宽厚比越小，粘着区越大。厚比越小，粘着区越大。3.1.3.2 宽展沿轧件宽度上的分布宽展沿轧件宽度上的分布n关于关于宽宽展沿展沿轧轧件件宽宽度分布的理度分布的理论论，基本上有两种假，基本上有两种假说说：n均匀分布假均匀分布假说说：宽宽展沿展沿轧轧件件宽宽度均匀分布。度均匀分布。这这种假种假说说主要以均匀主要以均匀变变形和外区作用作形和外区作用作为为理理论论的基的基础础。n不均匀分布假不均匀分布假说说：变变形区可分形区可分为为四个区域，即在两四个区域，即在两边边的区域的区域为宽为宽展区，中展区，中间间分分为为前后两个延伸区。前后两个延伸区。3.1.3.2 宽展沿轧件宽度上的分布宽展沿轧件宽度上的分布n宽宽展沿展沿宽宽度均匀分布的假度均匀分布的假说说，对对于于轧轧制制宽宽而薄的薄而薄的薄板，板，宽宽展很小甚至可以忽略展很小甚至可以忽略时时的的变变形可以形可以认为认为是均是均匀的。但在其他情况下，均匀假匀的。但在其他情况下，均匀假说说与与许许多多实际实际情况情况是不相符合的，尤其是是不相符合的，尤其是对对于窄而厚的于窄而厚的轧轧件更不适件更不适应应。因此因此这这种假种假说说是有局限性的。是有局限性的。n变变形区分区假形区分区假说说，也不完全准确，也不完全准确，许许多多实验证实验证明明变变形区中金属表面形区中金属表面质质点流点流动动的的轨轨迹，并非迹，并非严严格地按所格地按所画的区画的区间进间进行流行流动动。但是它能定性地描述。但是它能定性地描述宽宽展展发发生生时变时变形区内金属形区内金属质质点流点流动动的的总趋势总趋势，便于，便于说说明明宽宽展展现现象的性象的性质质和作和作为计为计算算宽宽展的根据。展的根据。n总总之，之，宽宽展是一个极其复展是一个极其复杂杂的的轧轧制制现现象，它受象，它受许许多多因素的影响。因素的影响。3.2 影响宽展的因素影响宽展的因素n基本原理：基本原理：u最小阻力定律最小阻力定律u体体积积不不变变条件条件n影响影响宽宽展的因素可以展的因素可以归纳为归纳为：u高向移高向移动动体体积积u变变形的形的纵纵横阻力比横阻力比n3.2.1 影响影响轧轧件件变变形的基本因素分析形的基本因素分析n3.2.2 具体工具体工艺艺因素因素对轧对轧件件宽宽展的影响展的影响3.2.1 影响轧件变形的基本因素分析影响轧件变形的基本因素分析n3.2.1.1 有接触摩擦有接触摩擦时时金属的金属的宽宽展与展与变变形区水平投影形区水平投影的几何尺寸的关系的几何尺寸的关系n3.2.1.2 轧辊轧辊形状的影响形状的影响3.2.1.1 有接触摩擦时金属的宽展与变形区水平有接触摩擦时金属的宽展与变形区水平投影的几何尺寸的关系投影的几何尺寸的关系n有接触摩擦存在有接触摩擦存在时时，金属流，金属流动动受到阻碍，由于受到阻碍，由于轧轧制制变变形区形区长宽长宽不等，故阻力不同，不等，故阻力不同，纵纵横横变变形也不同。形也不同。n现现以平以平锤头镦锤头镦粗矩形六面体模粗矩形六面体模拟讨论拟讨论平平辊轧辊轧制。制。n(1)当无接触摩擦存在当无接触摩擦存在时时，六面体，六面体产产生均匀生均匀变变形。形。3.2.1.1 有接触摩擦时金属的宽展与变形区水平有接触摩擦时金属的宽展与变形区水平投影的几何尺寸的关系投影的几何尺寸的关系n(2)当有接触摩擦存在当有接触摩擦存在时时n摩擦系数足摩擦系数足够够大大时时，可根据最小阻力定律将，可根据最小阻力定律将变变形区形区分区。分区。n分以下两种情况分以下两种情况讨论讨论：u当当BL时时3.2.1.1 有接触摩擦时金属的宽展与变形区水平有接触摩擦时金属的宽展与变形区水平投影的几何尺寸的关系投影的几何尺寸的关系n当当BL时时3.2.1.1 有接触摩擦时金属的宽展与变形区水平有接触摩擦时金属的宽展与变形区水平投影的几何尺寸的关系投影的几何尺寸的关系n当当BL时时n可可见见：u1)与无摩擦相比，与无摩擦相比，b和和ln增大，增大，l和和ln减小。减小。u2)B=常常值时值时，对对一定一定ln，b随随L增大而增大。增大而增大。u3)L=常常值时值时，对对一定一定ln，b随随B增大而增大。增大而增大。u4)B/L增大增大时时，ln减小，减小，ln增大。增大。3.2.1.1 有接触摩擦时金属的宽展与变形区水平有接触摩擦时金属的宽展与变形区水平投影的几何尺寸的关系投影的几何尺寸的关系n当当BL时时n将上述将上述B与与L对换对换，ln与与ln对换对换n可可见见：u1)与无摩擦相比，与无摩擦相比，b和和ln减小，而减小，而l和和ln增大。增大。u2)b与与L成正比，成正比，L=常常值时值时，b不不变变.u3)随随B/L增大，增大，ln减小而减小而ln增大。增大。3.2.1.2 轧辊形状的影响轧辊形状的影响n轧轧制制时变时变形区形区纵纵断面上，断面上，轧辊为轧辊为一一圆圆弧，故作用在弧，故作用在轧轧件上的径向件上的径向压压力力P的水平分量不的水平分量不为为零，此力将零，此力将对纵对纵向流向流动动阻力阻力产产生影响。生影响。n在前滑区在前滑区(II区区)，中心角，中心角较较小，且区域小，且区域较较小，故小，故该该水平水平分量分量较较小，影响不大。小，影响不大。n在后滑区在后滑区(I区区)，影响，影响较较大。大。n该该影响可用工具形状系数予以考影响可用工具形状系数予以考虑虑：n式中：式中：uWx代表代表纵纵向延伸阻力；向延伸阻力；uWy代表横向代表横向宽宽展阻力。展阻力。3.2.1.2 轧辊形状的影响轧辊形状的影响n设设在在I区区压压力分布均匀，其合力将作用于力分布均匀，其合力将作用于3.2.1.2 轧辊形状的影响轧辊形状的影响n将此函数关系将此函数关系绘绘成成图图。n可可见见：n说说明：明：u由于由于轧辊轧辊形状的影响，形状的影响，纵纵向阻力小于横向阻力，延伸向阻力小于横向阻力，延伸大于大于宽宽展，极限展，极限时时KGI=1，此，此时时D无限大。无限大。uKG愈小，延伸越大，愈小，延伸越大，宽宽展越小。展越小。l增大，增大，KG减小；减小；lf减小，减小，KG减小。减小。3.2.2 具体工艺因素对轧件宽展的影响具体工艺因素对轧件宽展的影响n3.2.2.1 相相对压对压下量的影响下量的影响n3.2.2.2 轧轧制道次的影响制道次的影响n3.2.2.3 轧辊轧辊直径直径对宽对宽展的影响展的影响n3.2.2.4 摩擦系数的影响摩擦系数的影响n3.2.2.5 轧轧件件宽宽度度对宽对宽展的影响展的影响3.2.2.1 相对压下量的影响相对压下量的影响n压压下是形成下是形成变变形的源泉，形的源泉，压压下越大，延伸与下越大，延伸与宽宽展均展均增大。增大。nh，b。uh，l，l/b，Wx，KG，故，故b。nh/H，b。uh/H，压压下体下体积积增加，故增加，故b。3.2.2.1 相对压下量的影响相对压下量的影响nH=C和和h=C时时，随，随h/H，b速度快。而速度快。而h=C时时，随，随h/H，b速度慢。速度慢。u当当H=C或或h=C时时，欲增加，欲增加h/H，需增加，需增加h，使，使l增加，因增加，因而而Wx增加，延伸减小，增加，延伸减小，宽宽展展b增加。增加。u同同时时h增加，使金属增加，使金属压压下体下体积积增加，也促使增加，也促使b增加，二增加，二者者综综合作用的合作用的结结果，将使果，将使b增加得增加得较较快。快。uh=C时时，增加，增加h/H需减少需减少H，l不不变变，故，故b的增加慢。的增加慢。3.2.2.1 相对压下量的影响相对压下量的影响nh/H与与b/h(宽宽展指数展指数)之关系也可之关系也可说说明上述明上述结结论论：uh/H，b，故，故b/h直直线线