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热轧铁板的原理

2019-05-22 11:40:18

 

 

热轧铁板

1、轧制的理论:轧制是借助旋转轧辊的摩擦力将轧件拖入轧辊间,同时依靠轧辊施加的压力使轧件在两个轧辊或两个以上的轧辊间发生压缩变形的一种材料加工方法。
2、轧制参数:轧制变形过程,厚度方向的压缩是主导变形。当轧件厚度方向受到轧辊压缩时,将使金属发生沿纵向和横向的流动,但是纵向的延伸变形总是大大超过横向的扩展量,这是因为辊面摩擦力对宽向流动的阻碍总是大于纵向,也就是说,相对纵向而言,横向的宽展总是比较小,轧制时的变形指数主要为:
1)压下量:表示轧制前后轧件厚度的变化量,便于生产操作上直接调整轧辊的辊缝值。
2)加工率:用于记录近似变形程度。
3)宽展:生产现场用于表示宽展的增加值。
生产现场涉及到得最基本的参数就以上几个,其它的比如伸长率,延伸系数等只是为了理论的分析。所以在现场用的最多的就是根据金属塑性变形的体积不变条件计算轧后的长度、加工率等。
3、轧制过程的建立:轧制过程总共经历4个阶段,分别为咬入阶段,拽入阶段,稳定轧制阶段和轧制终了阶段。
1)咬入阶段:轧件开始接触旋转的轧辊,轧辊开始对轧件施加作用,将其拖入辊缝间,以便建立轧制过程。
2)拽入阶段:一旦轧件被旋转着的轧辊咬着后,轧辊对轧件的拖拽力增大,轧件逐渐充满辊缝,直至轧件前端到达两辊连心线位置为止。
3)稳定轧制阶段:轧件前端从辊缝间出来后,继续依靠旋转轧辊摩擦力对轧件的作用,连续、稳定地通过辊缝,产生所需要的变形,厚度方向压缩,纵向延伸。
4)轧制终了阶段:从轧件后端进入辊缝间的变形区开始,直至轧件与轧辊完全脱离接触为止。
4、实际轧制生产中会出现轧件不能顺利被轧辊咬入,致使轧制过程停止,以及咬入角不合理引起板材塑性变形不均匀的情况,不仅降低了生产效率,而且产品易存在质量问题,这是因为咬入并轧制的过程是一个不稳定过程,当咬入的时候,变形区的几何参数,运动学参数都是变化的,所以咬入角即轧辊与轧件接触部分所夹的中心角是轧制过程中一个极其重要的影响因素,合理的咬入角应当在15度到20度之间,且当轧辊半径相同时,咬入角随压下量呈抛物线形增长。
5、稳定轧制是轧制过程的主要阶段,但是咬入过程却是建立轧制过程的先决条件。
轧件在咬入的这一瞬间,轧件受到轧辊的正压力N和切向摩擦力T的作用,根据摩擦定律,可以将N和T分解为同一方向上的两个力,即垂直方向上和水平方向上,这样就有了N和T两个力的分力在两个方向上的叠加,叠加后在垂直方向上让轧件受到压缩,产生塑性变形,而水平方向上的两个力方向相反,即如果要顺利的咬入的话,T 的水平方向上分力要大于N的水平方向上的分力,这样就固定了一个指标即咬入角来判定咬入状态。
6、稳定轧制时的咬入条件
轧件咬入后,轧制进入拽入阶段,轧件与轧辊间的接触面随着轧件向辊缝间的充满而增加,因此轧辊对轧件的作用力点的位置也向出辊方向移动,使辊间的力平衡状态发生变化,经过公式计算得出α<2β为稳定轧制的临界条件。
7、凡是减小轧辊咬入角和增大辊面对轧件摩擦系数的因素均有利于强化咬入和建立稳定轧制过程,通常采用的措施为:
1)减小轧辊咬入角,改善咬入的措施
采用大直径轧辊,可减小接触角,并有利于加大压下量;
减小压下量,虽可以减小咬入角,但降低压下量反而要增加轧制道次;
轧件前端做成楔形或圆弧状,以减小咬入角,可实行大压下量轧制;
沿轧制方向施加水平推力进行强迫咬入,如辊道运送轧件的惯性力等施加水平推力,进行强迫咬入;
咬入时抬高辊缝以利于咬入,轧制时实行带负荷压下增大稳定轧制时的变形量。
2)增大辊面摩擦系数,改善咬入的措施
咬入时辊面不进行润滑,增大辊面的摩擦;
低速咬入,告诉轧制,也可以增大咬入时的摩擦,改善咬入条件,同时对提高轧制生产效率也有利;
根据金属摩擦与温度的关系特性,通过适当改变轧制温度来增大摩擦,对于大部分金属,提高轧制温度由于轧件表面氧化皮的存在,能增大摩擦等。
8、轧制时的金属流动与变形
轧制时金属在两辊缝间发生塑性变形的区域称为轧制变形区,该区域由轧件与轧辊的接触弧,轧件进入轧辊垂直断面和出口垂直断面所围成的区域,该区域主要牵涉到一个重要指标就是变形区长度,该长度直接影响着轧制时的金属的流动。因为主要的变形发生在该区域,所以该区域牵涉到较多的数据,较多的变形。
9、这里牵扯到另外两个重要名词是前滑和后滑,和我们的生产紧密相关
当金属由轧前厚度H轧至轧后厚度h时,进入变形区的轧件厚度逐渐减薄,根据塑性变形的体积不变条件,则通过变形区内任意横断面的秒流量必然相等,则由于轧件越来越薄轧件运动的水平速度从入辊口速度到出辊口速度越来越高,其结果是前滑区轧件的前进速度高于辊面线速,即轧件相对辊面向前滑动,反之,后滑区轧件的速度低于辊面速度,只有在中性面上二者的速度才相等。
实际上,轧制时的前滑值一般为2%-10%,前滑对于带材的轧制卷取,连轧时前后张力控制有重要的使用意义。在我们现场的生产中,可以明显的看到前滑留下来的痕迹,尤其是平铺道次,整个料头形状的印痕。
10、轧件断面上高向的流动和变形
大量的实验研究和理论分析表明,轧制变形区内的流动和变形是不均匀的,其主要原因是接触摩擦的影响所致,摩擦越大,水平流速便越不均匀,其中同横截面上,相邻不同高度的两层面上质点间的流速差越大,则变形就越大。另外变形区的形状系数对轧制断面高向上的变形分布情况影响很大,党轧件相对较薄时,压缩变形将深透到轧件中心,出现中心层变形比表层大的现象,当轧件相对较厚时,随着变形区形状系数的减小,外端对变形过程的影响变得突出,压缩变形难以深入到轧件中心,只限于表层附近区域发生塑性变形,出现表层的变形比心部大的现象。当厚轧件轧制时,因为接触摩擦的增高,某些合金的热轧头几道次的变形量较小,加之摩擦大,容易出现粘辊,因而导致轧件头部张嘴,严重时还会缠辊。
11、轧制时金属除了高向压缩和沿纵向的延伸外,也存在着沿横向流动引起的横向变形,称之为宽展。根据金属沿最小阻力方向流动流动的法则,由于摩擦阻力影响的不同,使得金属沿水平截面的流动可以分为4个区域,如图所示,变形区可以分为延伸区和宽展区两部分,在区和区,横向阻力大于纵向阻力,金属质点几乎全朝纵向流动,获得延伸变形,在区和区,横向阻力比纵向阻力小得多,金属质点朝横向流动产生宽展,可见,宽展主要产生在轧件边部,而且后滑区比前滑区多。由于摩擦阻力从轧件边部向中心越来越大,所以越靠近边部的金属质点横向流动的趋势越大,反之中心部位的金属质点纵向流动的趋势越来越大,即中心部位的金属质点纵向流动快于边部,这就是为什么轧件头部呈扇形,而尾部呈鱼尾形的原因,如果中心与边部流速差所引起边部的附加拉应力超过了金属的强度极限,将出现边部裂纹。宽展其实是一个很复杂的过程,我们目前还没有一个明确的计算宽展的方法,大多宽展的计算都是根据测量来的数据推断出来的,要么就是根据现场实际操作的经验获得的,所以这一方面研究的空间很大。

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