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轧制基础理论

一、轧制过程的基本概念

轧制过程是靠旋转的轧辊与轧件之间形成的摩擦力将轧件拖进辊缝之间，并使之受到压缩产生塑性变形的过程。轧制过程除使轧件获得一定形状和尺寸外，还必须具有一定的性能。

1、变形区主要参数

(1)轧制变形区：轧件承受轧辊作用产生变形的部分称为轧制变形区，即从轧件入辊的垂直平面到轧件出辊的垂直平面所围成的区域如图1.1中AA1B1B，通常又把它称为几何变形区。

(2)接触角：轧件与轧辊相接触的圆弧所对应的圆心角，图1.1中?所示。压下量与轧辊半径及咬入角之间关系如下：

图1.1变形区几何形状

图1.1变形区几何形状

所以：

当?很小时，

，可得：

其中，D，R－轧辊的直径和半径；

－压下量。

(3)接触弧长度（）:轧件与轧辊相接触的圆弧的水平投影长度，如图1.1中线段AC，所以通常又把AC称为变形区长度。

两轧辊直径相等时，变形区长度的计算：

所以：

第二项与第一项相比小得多，因此可以忽略不计，则接触弧长度公式变为：

(4)轧制变形的表示方法

用绝对变形量表示：即用轧制前、后轧件绝对尺寸之差表示。

绝对压下量为轧制前、后轧件厚度H、h之差，即：；

绝对宽展量为轧制前、后轧件宽度B、b之差，即：；

绝对延伸量为轧制前、后轧件长度L、l之差，即：。

用绝对变形不能正确说明变形量的大小，但由于习惯，前两种变形量常用，而绝对延伸量一般情况下不使用。

用相对变形量表示：即用轧制前、后轧件尺寸的相对变化表示的变形量。

相对压下量：

相对宽展量：

相对延伸量：

用变形系数表示：即用轧制前、后轧件尺寸的比值表示变形程度。

压下系数：宽展系数：延伸系数：

2、金属在变形区内的流动规律

2.1沿轧件断面高向上变形的分布

关于轧制时变形的分布有两种不同理论，一种是均匀变形理论，另一种是不均匀变形理论。后者比较客观的反映了轧制时金属变形规律。

均匀变形理论认为沿轧件断面高度上的变形、应力和金属流动分布都是均匀的。不均匀变形理论认为沿轧件断面高度上的变形、应力和金属流动分布都是不均匀的。

不均匀变形理论的主要内容：

沿轧件断面高度上的变形应力和流动速度分布不均。其中，沿轧件断面高度上的金属流动速度如图1.2所示。

图1.

图1.2沿轧件断面高度上的金属流动速度

7－外端；2、6－过渡区；3－后滑区；

4－粘着区；5－前滑区

变形不但发生在几何变形区内，而且也产生在几何变形区外，把轧制变形区分成过渡区、前滑区、后滑区、粘着区。

粘着区内有一个临界面，此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。

2.2沿轧件宽度方向上的流动规律

一般变形区长度小于宽度，所以延伸大于宽展；纵向延伸区中心部分只延伸无宽展，其延伸大于两侧，在两侧引起张应力，张应力会引起宽展下降。

二、实现轧制过程的条件

1、咬入条件

咬入：依靠回转的轧辊与轧件之间的摩擦力，轧辊将轧件拖入轧辊之间的现象称为咬入。

用力将轧件移至轧辊前，使轧件与轧辊在A、B两点切实接触，如图2.1所示。此时，轧辊对轧件的作用力为径向力N及切向力T。

在A点，将N分解为水平分量Nx与垂直分量Ny，T分解成水平分量Tx与垂直分量Ty。Ny、Ty方向相同，使金属产生压缩变形。而Nx、Tx方向相反，Tx力求将轧件拖入轧辊之间，而Nx则力求将轧件推出轧辊。所以：

图2.1咬入作用力Nx

图2.1咬入作用力

轧制过程不能实现；

Nx=Tx，则处于平衡状态；

NxTx，则轧辊可将轧件咬入。

由图可看出：

Nx=Nsin?Tx=Tcos?=Nfcos?

代入以上三种关系

当NxTx时，

Nsin?Nfcos?

tan?f

因tan?=f

即??时，不能自然咬入；

同理：

??时，自然咬入；

?=?时，极限咬入条件。

2、稳定轧制条件

当轧件被咬入逐渐充满于辊间时，轧件与轧辊的接触面积逐渐增大，轧辊对轧件的合压力的作用点也逐渐内移，最后固定下来为?

即?=

式中：Kx—合力作用系数

稳定轧制条件为：?

3、改善咬入条件

(1)降低?角

a)增加轧辊直径D；

b)减小压下量。

(2)提高?

a)改变轧件或轧辊的表面状态，以提高摩擦角；

b)合理的调节轧制速度，实现低速自然咬入。这是因为当轧制速度降低时，摩擦系数是增大的

。

三、前滑和后滑

前滑：在轧制过程中，轧件出口速度Vh大于轧辊在该处的速度V，既VhV的现象称为前滑现象。公式为：

后滑：轧件进入轧辊的速度VH小于轧辊在该处的线速度V的水平分量Vcos?的现象称为后滑现象。公式为：

1、前滑值的确定

(1)实验法：事先轧辊表面上刻出距离为LH的两个小坑，轧制后轧件的表面上出现