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轧制力(什么是轧制力)

一、轧件的咬入

在轧件的咬入瞬间,每个轧辊将向轧件作用两个力。一个是垂直于轧辊和金属相接触的法线力(径向力)N,另一个是轧辊与轧件表面相切处的摩擦力T,力N和力T之垂直分力的方向相同,使金属产生压缩变形,而力N和力T的水平分力则方向相反,水平分力力求将轧件拖入轧辊之间,而水平分力则力求将轧件推出轧辊。显然,根据此二力的作用可以看出:

⑴如果 >时,则轧辊不可能将轧件咬入,轧制过程不能实现。

⑵如果=时,则处于平衡状态,轧件仍然不可能被自然咬入。

⑶如果 <时,则轧辊可将轧件咬入。因此,如果不考虑咬入时的惯性力,要实现咬入,必须具有以下条件:>当轧件被咬入充满辊间后,轧件与轧辊的接触面积逐渐增大,轧辊对轧件的合压力作用点也逐渐向内移动,最大咬入角与摩擦角的关系也随之发生变化。

2、影响轧件咬入的因素

⑴轧辊直径与压下量的影响:当板厚一定时,轧辊直径愈大,则咬入角愈小,愈易咬入。

⑵轧件形状影响:由于轧件前端形状不同,对咬入难易有很大关系。当轧件前端大于后端时不利于咬入,当轧件前端小于后端,特别是两端呈尖形或船形者有利于咬入。因开始咬入瞬间,轧件与轧辊接触点的位置与接触面的大小不同,显然,接触点愈向内移和接触面积愈大,则愈有利于咬入。为了易于咬入,常将铸锭的前端(或后端)制成尖楔形,圆形或椭圆形。

⑶轧辊表面状态对咬入的影响轧辊表面愈粗糙(例如工作几个班之后的普通材料轧辊)摩擦系数大,有利于咬入。反之,轧辊表面光滑(如冷轧的抛光辊)轧件的咬入就困难。

⑷轧制速度对咬入的影响轧制速度提高,不利于轧件咬入,轧制速度降低,则有利于轧件的咬入。轧制速度影响咬入的原因,一方面是由于轧制速度的提高,降低了轧辊与轧件间的摩擦系数,使咬入困难,另一方面是由于轧制速度的提高产生了妨碍轧件咬入的惯性力。在某些轧机上,为了保持轧制过程的高生产率,但又避免由于提高轧制速度给咬入带来的不良影响,通常采用可调节速度的轧制方式。在咬入时期,辊速降低一称为咬入速度,当轧件咬入后,提高辊速,进行正常轧制。

二、前滑

前滑在轧制时,金属从轧辊抛出的速度比轧辊圆周的线速度大,这种现象称为前滑。前滑值可用下式表示:

(V1)×100%

S——前滑值

V——轧辊圆周线速度

V1——轧件离开轧辊的速度

冷轧时,根据加工率、张力、摩擦系数等条件的不同,前滑值一般在0—6%范围之内。

1、前滑值的确定

实验法中比较易行的是刻痕法,即在轧辊表面上刻痕,距离为L。,轧制后在轧件表面的压痕距离为L1,则可按以下公式示求出前滑值 (L1-L。)/ L。×100% ,用此法测定前滑值时,不但准确而且简单,因此被广泛采用,但其缺点是只能测定表面的滑动,不能测出金属内部滑动,

2、影响前滑的主要因素

轧制过程中,影响前滑的因素很多,根据理论计算公式与许多实验证明,影响前滑的主要因素是:压下量,轧辊直径,摩擦系数,前、后张力,轧制速度与轧件宽度,至于轧制温度和金属种类则是以摩擦系数的形式来影响前滑的。

这些主要因素对前滑的影响如下:随着压下量、轧辊直径、摩擦系数和前张力的增加而使前滑值增加,反之随着后张力和轧制速度的增加而使前滑值的降低,前滑值也随着轧件宽度的变化而变化,但当轧件宽度达到一定限度后,再继续增加宽度时,前滑值则不发生变化。

三、宽展

宽展系指轧件在轧制过程中沿宽度方向上尺寸的变化,也称为横展。宽展是轧件横向变形的一种现象。表示宽展的方法有绝对宽展和相对宽展两种。绝对宽展是指轧件轧制前后宽度之差,相对宽展是指轧件轧制前后宽度之差与轧前宽度之比。

四、摩擦

1、摩擦在轧制过程中的实际意义

在冷轧板材时,一般希望降低摩擦系数,因为在这种轧制条件下,限制轧制过程顺利进行的不是最大咬入角,而是轧机允许的最大压力。同时摩擦系数对单位压力的大小与其分布有重要影响,摩擦系数所产生的摩擦力,需要额外的功来克服它,摩擦系数的增加,使金属的变形抗力增大,即增加了变形的能量消耗。在轧制力计算时,应准确的确定沿咬入弧上摩擦系数的平均值,方能正确计算轧制力。

2、不同轧制和润滑条件下的摩擦系数

摩擦系数虽然如此重要,但直接测定摩擦系数是相当困难,因为摩擦系数与许多因素有关,如轧辊表面状态、润滑条件、轧制压力、轧制温度等。应当指出,在同一条件下,用不同测定方法往往得到互相矛盾的结果,所以对具体轧制条件下,在选择摩擦系数时,必须注意试验资料数据的原始条件。

冷轧制度的制定

根据冷轧产品的性能,冷轧制度的制定应考虑以下几个方面的因素:

一、第一类再结晶图

第一类再结晶图是反映金属变形程度和变形后退火温度与金属再结晶晶粒大小的关系图形,在一定退火温度下,当变形程度很小时,常出现晶粒急剧长大的现象。通常把这种引起晶粒急剧长大的变形程度范围称为临界变形程度。临界变形程度的大小因金属与合金而异,在冷轧时必须考虑这一点,应使其总加工率远远超过临界变形程度,以便产品在一定温度下退火后,具有均匀而细小的晶粒组织。

二、轧件的性能和方向性

金属与合金在冷轧时,使晶粒形状沿最大主变形方向被拉长,拉细或压扁,在晶粒被拉长的同时,金属中的夹杂物和第二相也在被拉长或破碎,呈链状排列,这种组织称为纤维组织。

冷轧过程中,当达到一定的变形程度以后,由于在晶粒内的晶格取向发生了转动,使其特定的晶面和晶向趋于排成一定方向,从而使原来位向紊乱的晶粒出现有序的变化,并有严格的位向关系,金属所形成的这种组织结构称为变形织构。

纤维组织和变形织构的产生导致了金属的各向异性。在冷轧过程中,各向异性随着变形程度的增加而趋于明显,通常冷轧总加工率达到50%—60%以上时才出现明显的变形织构。如已形成明显变形织构的材料,经再结晶退火后变成另一织构即再结晶织构。这种织构对以后成型加工,例如拉伸成型、深冲成型等不利的。

这种材料具有各向异性,它在深冲时,有的方向延伸较多而形成凸起,有的方向延伸较少而形成凹下,甚至破裂。凸起或凹下部分成对称分布,形成“制耳”。凸起部分与轧制方向可能呈0°或90°和45°角,通常分别称为0°或90°和45°制耳。

冷轧总加工率达90%的工业纯铝板,深冲时制耳率为5—6%,出现45°制耳,若增加中间退火,则深冲制耳率可降低到1—3%,为了减少制耳(一般要求小于3—4%),冷轧总加工率不宜过大,最好控制在50%左右。各向异性影响了某些产品的加工性能和产品质量,实际生产中应尽量避免或减轻产品的各向异性,均匀化退火是消除各向异性的有效措施,此外,对于某些特殊的产品,可以采取控制加工率,提高含铁量等措施进一步减少各向异性。

三、道次加工率和总道次加工率的确定

在冷轧过程中轧件发生冷作硬化,因而塑性下降。冷变形程度达45—55%以后,纯铝与几乎所有的铝合金的伸长率都大致相同,约为3—6%。但它们能够继续进行冷轧的能力却不一样。因此伸长率不能作为制定轧制制度的依据,而出现裂边时的变形量大小才可做为这种标准,如果每个道次压下量都能保持在不能引起裂边的大小,那么总的变形量可以达到很大的数值(轧制硬铝合金可达90—92%,轧制软铝合金时达95%以上),但是小的道次变形量将使轧件表面质量与轧出质量变坏,并由于增加道次数而大大降低冷轧机的生产率。良好的边部状态是获得优质轧件的基本条件之一。

冷轧时,为防止裂边,规定一定总变形量后要进行中间退火。对某些铝合金必须达到一定的总变形量,否则,就是退火制品,产品的机械性能也难以保证。道次加工率在合金塑性范围内,并能获得良好表面质量和轧出质量情况下,应尽量较大,以减少轧制道次,提高轧机的生产效率,但道次加工率的大小要考虑设备条件,主要是受到最大轧制力的限制,如果轧制力过大,易产生断辊事故,各道次的加工率曲线应平滑上升。在分配道次加工率时,要考虑轧机性能,工艺润滑和冷却条件、张力、原始辊型和操作水平。当有特殊要求时,如厚度偏差要求更严格,表面质量要求很高的产品,应选取较小的道次加工率,在轧制 0.3—0.5毫米薄板时,为防止断带,要精心控制道次加工率,有意识地使轧件边部产生可切掉的边部小波浪。

四、轧制速度

随着轧制技术的发展,轧机的轧制速度不断提高。轧制速度提高,即缩短辅助时间,因而得到高的生产效率。

采用高速轧制时要解决一系列问题,其中主要有:

1、必须具有可控制而且有效的冷却系统。在高速轧制过程中,它能有效地降低轧辊与轧件的温度,避免轧辊温度过高而产生粘铝。

2、工艺润滑剂的各种性能应能满足高速轧制时的要求。例如粘温特性,润滑性能等都应符合高速轧制要求。

3、高速轧制要求有相应的自动控制系统。例如,快速而准确的停车和断带的自动保护装置等。

4、能够准确、与时测量并控制厚度。如摩擦系数与轧制速度的关系所述,随着轧制速度的增加,摩擦系数降低,反映在带材厚度上,轧制速度提高,则带材厚度减薄。

因此在轧机升速,减速或其它速度变化时,应能够自动调节辊缝,使带材纵向厚度均一。

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