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金属轧制变形理论 陈银莉 北京科技大学 金属的塑性成形方法： 轧制(Rolling)、锻造(Forging)、挤压(Extrusion)、拉拔(Drawing)和深冲(Deep Drawing) 轧材: 将金属坯料(Billet, Bloom, Slab)通过两个转动的轧辊(Roller)，受连续轧制力而压伸为长形。 轧制法生产效率高，金属消耗少，加工容易，生产成本低，适合大批量生产， 轧制是生产钢材最主要的方法，轧制钢材占全部钢成品的98％以上。 1、轧制过程的基本概念 本节应掌握的知识点： 轧制变形区的概念 咬入角α 接触弧长度l 轧制变形的表示方法: 压下量，宽展量，延伸量 金属在变形区内的流动规律 1.1 轧制变形区的几何参数 1.1.1 轧制变形区 轧制时轧件在轧辊作用下发生变形的部分。 简单轧制时变形区参数间的关系 1）咬入角 轧件被咬入轧辊时轧件和轧辊最先接触点和轧辊中心的连线与两轧辊中心连线所构成的角度。 2）变形区长度 l 轧件和轧辊接触圆弧的水平投影长度 考虑轧辊和轧件弹性变形时 2）变形区长度 l 弹性压扁造成的接触弧长增加量可达30－100％ △1和△2的值可由弹性理论中关于两个圆柱体压缩时的计算公式来确定。考虑轧件厚度与轧辊直径相比非常小 ，忽略轧件弹性变形： 1.1.2 金属在轧制变形区内的流动规律 沿轧面高向上的变形分布 均匀变形理论 不均匀变形理论 沿轧件断面高度方向上的变形分布不均匀 不均匀变形理论： 1）沿轧件断面高度方向上的变形、应力和金属流动分布都是不均匀的。 2）在几何变形区内，在轧件与轧辊接触表面上，不但有相对滑动，而且还有粘着，在粘着区轧件与轧辊之间无相对滑动。 3）变形不但发生在几何变形区内，也产生在几何变形区以外，其变形分布都是不均匀的，轧制变形区分为变形过渡区，前滑区，后滑区和粘着区。 4）在粘着区有一个临界面，在这个面上金属的流动速度分布均匀，且等于该处轧辊的水平速度。 变形不均匀性与变形区形状系数的关系 变形区形状参数： 沿轧件宽度方向上的流动规律 纵向受摩擦阻力σ3 横向受摩擦阻力σ2 根据最小阻力定律可把轧制变形区分成4部分： 2、 咬入条件和轧制过程的建立 知识点： 咬入条件 稳定轧制条件 改善咬入条件的途径 2.1 平辊轧制的咬入条件 咬入：依靠回转的轧辊和轧件之间的摩擦力，轧辊将轧件拖入轧辊之间 2.2 稳定轧制条件 2.4 改善咬入条件的方法 凡是能增加β角的一切因素和减小α角的一切因素都有利于咬入 （1）降低α角途径 1)增加轧辊直径D 2)减小压下量 生产中降低 α的方法： 1）用钢锭的小头先送入轧辊或以带有楔形端的钢坯进行轧制 。 （2）提高?的方法 1)改变轧件或轧辊的表面状态，以提高摩 擦角。 2)合理的调节轧制速度，轧制速度提高， 摩擦系数降低。 （3）增加轧件与轧辊的接触面积或采用合 适的孔型侧壁倾角（在孔型轧制情况下）。 3 轧制过程中金属的变形 本节应掌握的知识点： 1. 宽展的分类 2. 影响宽展的因素 3. 简单轧制时宽展量的计算 3.1 轧制时金属变形的基本概念及变形系 数 1)基本概念 压下：高度方向变形 宽展：宽度方向变形 延伸：长度方向变形 2） 工程变形系数 (1)压下：?h=h0-h 相对压下：?h=?h/h0 (2)宽展： ?b=?b0-b? 相对宽展： ?b= ?b/b0 (3)延伸： ?l=l-l0 相对延伸： ?l= ?l/l0 3 ）位移体积及对数变形系数 3.2 轧制时金属的宽展 1） 宽展与其实际意义 宽展： 轧制过程中轧件的高度承受轧辊压缩作用，压缩下来的体积，将移向纵向及横向。由移向横向的体积所引起的轧件宽度的变 化。 金属在孔型中轧制时，宽展规律很复杂 2） 宽展分类 （1）自由宽展 特点： 金属流动除受接触摩擦的影响外，不受其他任何的阻碍和限制，轧件宽度上线尺寸增加。 产生条件：变形比较均匀。 平辊轧制矩形断面－－板带轧制 宽度有很大富裕的孔型内轧制－扁平孔型 （2）限制宽展 特点： 金属质点横向移动时，除受接触摩擦作用外，还受孔型侧壁的限制，不能产生自由流动 （3）强制宽展 特点： 金属质点横向流动不受任何阻力，而且受推动作用，使得轧件宽度产生附加的增长。强迫宽展大于自由宽展。 3) 宽展的组成 （1）宽展沿轧件横断面高度上的分布 滑动宽展?B1、翻平宽展?B2和鼓形宽展?B3