1、32 轧制,321 轧制过程及基本原理,什么是轧制？,指金属坯体经过转动轧辊间的缝隙，产生压缩变形，主要在长度方向产生延伸的过程。,轧制演示,轧制的目的,轧制得到广泛应用，大部分金属以轧态使用。如：,钢材 90%铝及合金 3545%铜及合金 6070%,以简单理想轧制过程为例，阐述轧制过程的基本概念。,简单理想轧制过程：两轧辊均被驱动，直径相等，转速相同，轧件的机械性质及运动均匀，无外加推力或拉力作用，靠轧辊力实现轧制的过程。,变形区 轧件在轧辊作用下产生变形的区域。 外区或刚端 变形区以外两端不产生变形区域。,轧制过程如图5-23示意图所示。,1. 变形区主要参数,R-轧辊半径 咬入角 L变
2、形区长度，是接触弧（对应的弧度）的水平投影 h0, h1轧件入口厚度和轧后厚度 L0, L1 轧件轧制前后的长度 b0, b1 轧件轧制前后的宽度,工艺参数的定义,2. 轧制过程的金属流动,设：轧件无宽展，垂直截面水平流动速度相同，则按体积不变条件可知， 变形区流动速度变化： 在轧辊入口：金属的流动速率 轧辊表面圆周速度 则在变形区存在一个金属流速 = 轧辊表面园周速度的地方中性面 轧辊入口-中性面之间的区间后滑区 中性面-轧辊出口之间的区间前滑区，对应的轧辊圆心角称为中性角,由变形区力平衡和几何条件分析，可导出轧制过程变形与几何条件的内在联系，计算得中性角, - 中性角 - 咬入角 - 摩擦
3、角，据库仑定律确定,N施加轧件上的力 T摩擦力,3. 咬入条件,咬入条件轧件与轧辊接触后，轧辊能把轧件拉入辊缝进行轧制的必要条件。,轧辊与轧件的受力关系如图所示,N施加轧件上的力 T摩擦力 Nx , Tx分别为其水平分量, - 轧件作用力方向与出口区间的夹角 - 轧件端部与出口的夹角,1. 开始咬入的情况,N施加轧件上的力 T摩擦力 Nx ,Tx分别为其水平分量,由力平衡关系，有,NX TX 时，轧件咬入辊缝，则咬入的条件为：,据库仑定律：,则咬入条件为：,咬入后，在建立稳定的轧制过程中，轧辊对轧件的作用力方向改变。,此时的咬入条件为：,设：作用力方向与出口区间的夹角为，轧件端部与出口的夹角为
4、, 当 = （轧制开始时），咬入条件, 当 = 0 时（轧件充满变形区），则,2. 咬入以后的情况,4. 轧制压力,(1) 轧制压力的概念,轧制压力是轧制时轧辊施加于轧件的变形力，但通常，轧件施加于轧辊总压力的垂直分量称为轧制压力，见图5-25,p 作用在轧件上的单位压力 t 单位接触摩擦力 变形区内任一角度, 在简单理想轧制情况下，轧制压力方向与轧辊中心线平行（图5-25）。 在入口和出口作用有张力时，轧件作用于轧辊的合力前倾（图5-26）。 忽略轧件宽度方向上接触应力的变化。,轧制力 P 可按下式计算：,轧件平均宽度,第一项单位压力 p 的垂直分量 第二、三项分别为前、后滑区单位摩擦力 t
5、 的垂直分量，方向不同。通常这两项比较小，工程上可以忽略，则有：,取平均值形式，有：,P 轧制压力 p 平均单位压力 F 接触面积（水平投影面积）,5. 轧制力矩,定义：轧制压力 P 与其作用点到轧制中心线距离（力臂） a 的乘积，是确定轧制的主电机和轧辊传动机构负荷的重要参数。 计算：,-力臂系数，一般取0.3-0.6,在简单轧制情况下，驱动两辊的轧制力矩,322 轧制方法,1. 按轧制温度分类,2. 按轧制产品分类,3. 按轧件、轧辊的位置和相对运动关系分类,图5-30,4. 按轧制产品成形特点分类,板带材轧制 管材轧制 型材轧制 线材轧制,5. 按轧制产品形状分类,1. 概述 2. 中厚
6、板轧制 3. 热带钢轧制 4. 冷带钢轧制,323 板带材轧制,板带材是板材和带材的总称。,板带材的几何外形特征用宽厚比B/H表征。 B/H的大小代表了生产技术的难度。,(1) 板带材,1. 概述,（2）分类, 板带材按厚度分为三大类：, 按用途可分为：,造船板、锅炉、桥梁、压力容器、汽车、镀层（镀锡、锌）、电工、屋面、深冲等。, 按材料类别,板带钢、有色金属板带。,（3）板带材的技术要求：,尺寸精度 板形 表面粗糙度 性能,（4）板带材的生产方式,2. 中厚板轧制,原始材料：扁锭、初轧板坯、连铸板坯、压铸板坯。,轧制生产工艺流程图,轧制工艺,轧制工艺分三阶段： 成形轧制 - 展宽轧制 - 精
7、轧,钢板生产：,3. 热带钢轧制,热轧带钢 1.288mm,原料：连铸板坯、初轧板坯。,轧制工艺：工艺基本与中厚板相同，但要限制展宽。,轧制钢种,4. 冷带钢轧制,(1) 概要,冷轧带钢和薄板,轧制原料：以热轧带钢或钢板为原料，常温轧制,轧制优点：, 轧速高（40m/s） 道次压下率大 表面光洁，板形平直、尺寸精度高 机械性能好,使用轧机：单机架可逆式、连续式。 产品一般以卷供应。,（2）工艺流程：,一般工艺流程为：热轧卷料酸洗冷轧退火平整,3.2.4 管材轧制,管材是金属中使用最广的产品，尤其是钢材，就钢管而言，一般尺度范围为：0.1-4000mm X 0.01100mm。,生产方法：,无缝
8、管,焊接管,1. 无缝管,(1) 热轧无缝钢管, 穿孔： 用实心圆管坯经穿孔机穿孔成空心的厚壁管（毛管），常用二辊斜轧穿孔机完成穿孔过程，见图5-35。,两轧辊轴线之间的斜角6-17o，当轧辊运动时，管坯呈螺旋运动前进，在固定的顶头作用下，穿成空心毛管。, 轧管： 穿孔机形成的毛管表面极不平整，尺寸精度差。因此，要在自动轧管机上轧成薄壁荒管，然后，再经2-3道次轧制到成品壁厚。总延伸率1.8-2.2, 均整 消除荒管的内外表面缺陷和椭圆度、壁厚均匀化。,用带芯棒斜轧方法完成。均整后管材直径扩大3-9%，长度缩短1-6%, 定径和减径,均整后的管材虽然壁厚达到了成品要求，但外圆在椭圆度方面还难以
9、达到要求，因此，用无芯棒连轧方法对其外圆进行加工-定径 要生产直径小的热轧管，需要用减径机减径 定、减径机都是连轧机，采用的机架数各不相同，遵守金属体积“秒流量相等原则”。, 校直、切管、探伤、入库,无缝钢管生产工艺,（2）冷加工无缝钢管,以热轧或热挤压法生产的钢管为坯料进行冷轧、冷拔的制管方法。精度高、强度好、表面光洁度好、尺寸范围广。 旋压法是另一种重要的方法，可以生产薄壁、特大和异型断面的管材和旋转体零件。,2. 焊 管,利用轧制方法将钢板或带钢弯曲成钢管形状（图5-36），然后焊接成型（图5-37）的制管方法。,炉焊管,电焊管,对接焊管 搭接焊管,直缝焊管（图5-38） 螺旋焊管（图5
10、-39）,3.2.5 型材轧制,型材轧制主要用于各种型钢生产；有色金属型材主要采用挤压、拉拨生产。型钢在各行各业得到广泛应用。,1. 热轧型钢,型钢分类, 热轧型钢 冷弯型钢,型钢的轧制方法,在轧辊上加工出轧槽，将两个或两个以上的轧辊轧槽对应装配起来，形成孔型。轧制时通过一系列孔型，达到所要求的尺寸。孔型示意图见图5-40,孔型设计是型钢生产的主要环节,简单断面型钢的轧制 角钢轧制 槽钢轧制 工字钢轧型 H钢型的轧制, 简单断面型钢的轧制,粗轧（延伸）孔型,椭圆-方、菱-方、箱-箱、菱-菱、椭圆-圆 延伸孔型可以单独或组合使用，延伸孔型实现大变形延伸，轧出方断面坯料供精轧。,精轧孔型,由粗轧和
11、精轧两环节完成, 角钢轧制,经蝶式孔型系统或扁平孔型系统轧制而成，见图5-42。, 槽钢轧制,蝶式孔型或直线式孔型系统轧成，见图5-43, 工字钢轧型,直线式孔型系统 、倾斜式孔型系统轧制而成，见图5-44, H钢型的轧制,采用万能轧机轧制。 成形拐角边缘时，万能轧机与水平式二辊轧边机串联配置。见图5-45,2. 冷弯型钢,冷弯型钢主要有： 槽形钢、角形钢、帽形、Z形、V形、方管、矩形管、波纹板、瓦垄板等，见图5-46。,冷弯型钢优点,冷弯型钢的生产：在冷弯成形机上进行成形，使带钢连续通过顺序排列的3-20架冷轧机，依次成形加工，最后精轧到所要求的形状的生产方法。见图5-47,品种多断面经济合
12、理强度高表面质量高尺寸精确。,3.2.6 线材轧制,线材，也叫盘条，一般直径5.59mm 用途：Al、Cu线材主要用于拔制电线。钢线材用作建筑钢筋，制成机械零件。 线材轧制用原料,断面尺寸8080mm130130mm；长度322m 重量：几十公斤-两吨半,1线材轧制特点, 总延伸率大，轧制温降快，头尾温差大，轧速高（100m/s） 机架多，分工细 具特殊孔型系统,多辊孔型系统45轧机孔型系统,多辊孔型系统：三角弧边、三角-圆孔型系统 45轧机孔型系统：椭-椭-圆、弧菱-弧菱-圆、椭-圆-椭-圆、平-平-椭-圆,2线材生产工序和轧机布置,线材铸轧录象资料,3线材控制冷却线,线材生产新技术。通过轧制过程控制冷却，获得所要求的结晶组织和沿线材全长的均匀性能，并使氧化铁皮减少1%，拔丝前酸洗周期缩短50%。提高随后拔丝的总延伸率，减少退火次数等。,线材轧制的发展趋势： 高效率、节能降耗、提高质量、增加品种。,作业题与思考题,什么是塑性加工？如何分类？主要有哪些塑性加工方法？列举每类加工方法的典型产品。 什么是金属轧制加工？主要有哪些方法？解释板、管、型、线材轧制的基本原理。 金属材料的塑性是一成不变的吗？请解释其原理在材料塑性加工工艺中的应用。 板带材轧制时，有的采用热轧，有的采用冷轧，为什么？两者工艺参数、效果有何不同？,
