单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,型材生产及孔型设计,型材生产理论,型材生产及孔型设计 型材生产理论,1,内 容 提 要,型材轧制时的咬入条件,平辊轧制时咬入条件,箱型孔中轧制时咬入条件,型材轧制时的金属变形,轧件在二辊孔型中的变形特点,轧件在二辊孔型中的高向变形表示,轧件在二辊孔型中的横向变形及计算,轧件在切深孔中变形特点,异形断面（凸缘断面）孔型中轧制时金属的变形特点,简单断面孔型中轧制时金属的前滑,不均匀变形对轧件尺寸、组织和性能的影响,孔型中轧制时的力能参数计算,四辊孔型中的轧制理论,内 容 提 要型材轧制时的咬入条件,2,平辊轧制时的咬入条件,型材轧制的咬入条件,当咬入力大于外推力时可以咬入，经推导可得：,平辊轧制时的咬入条件型材轧制的咬入条件当咬入力大于外推力时可,3,箱型孔中轧制时的咬入条件,型材轧制的咬入条件,与平辊轧制不同，轧件最先接触的是孔型侧壁,当孔型侧壁咬入后，轧件与孔型槽底接触并咬入轧辊时，才进入稳定轧制,轧件进行侧壁咬入时，所受正压力为,P1,，其作用在轧件与孔型侧壁接触面的重心上，并垂直于孔型侧壁。所受摩擦力为,T1,轧件与槽底接触时，所受正压力为,P2,，所受摩擦为,T2,惯性力为,F,箱型孔中轧制时的咬入条件型材轧制的咬入条件与平辊轧制不同，轧,4,箱型孔中轧制时的咬入条件,若实现咬入，必须使轧辊与轧件接触时，侧面与槽底对轧件的正压力与摩擦力在轧制方向上的水平分力之和大于或等于,0,不考虑惯性力，且认为孔型侧壁与槽底摩擦系数相同,即可导出咬入力大于推出力可表示如下,箱型孔中轧制时的咬入条件若实现咬入，必须使轧辊与轧件接触时，,5,箱型孔中轧制时的咬入条件,将正压力写成单位压力形式：,实验测得，侧面单位压力为垂直单位压力的一半，即,P1=P2/2,箱型孔中轧制时的咬入条件将正压力写成单位压力形式：实验测得，,6,箱型孔中轧制时的咬入条件,式中：,P1-,孔型侧壁作用在轧件上单位正压力：,P2-,孔型槽底作用在轧件上单位正压力：,q-,轧件与孔型侧壁的接触面积；,R-,孔型槽底的轧辊半径；,B,轧件的宽度；,轧件前端面上的压缩角,孔型侧壁斜角,箱型孔中轧制时的咬入条件式中：,7,箱型孔中轧制时的咬入条件,箱形孔中的咬入条件可写为：,令,则当,=90,或,P,1,总,=0,时，即为平辊时，,k=1,；否则,1,即孔型中的咬入角恒大于平辊轧制时的咬入角,亦即：,孔型侧壁的作用改善了咬入条件,其他简单断面咬入角计产算可通过实验并采用修正系数法和多元回归法求得，参见,型钢生产理论与工艺,p29-p32,；或应用轧件平均高度和工作直径进行粗略计算。,箱型孔中轧制时的咬入条件箱形孔中的咬入条件可写为：令则当=,8,型材轧制时的金属变形,在初轧机、三辊开坯轧机上轧制钢锭或大断面钢坯，或在轧边机上轧制,H,型钢凸缘时，均属高件变形 ，具有高件变形,(,l/H,0.6,0.7,，,l,为变形区长度，,H,为轧件高度,),的一切特点，例如沿高度方向变形不均匀，形成双鼓形、中间易产生拉裂等。,轧件在二辊孔型中的变形特点,平辊轧圆非同时接触,孔型轧制非同时接触,沿高度方向压下不均匀，因此造成同一断面上各点的应力状态不同，导致孔型中金属变形非常复杂。,不均匀延伸，在异型断面轧制时，由于各部分金属的不均匀延伸，使轧件产生纵向附加拉应力或附加压应力，影响轧件的纵向变形和横向变形。,轧辊与轧件非同时接触,初期接触压缩小，出现局部宽展,接触压缩面积增加，宽展基本不大,两侧金属受到很大压缩，侧边延伸增大，但中间有限制作用，致使宽展增加,图中所示为与轧辊轴平行的变形区内若于个横截面,轧件开始进入轧辊时，轧件尖角先接触，如,IV,面，此时被压缩部分小，纵向延伸困难，故可能得到局,随接触压缩面积增加，此时未压缩部分因受到压缩部分的作用而被延伸，压缩部分金属的延伸受制，但宽展增加不太明显,在变形终了，两侧金属受到很大压缩，侧边延伸增大，但中间有限制作用，致使宽展增加,型材轧制时的金属变形在初轧机、三辊开坯轧机上轧制钢锭或大断面,9,孔型形状的影响，在孔型中轧制时，除受到摩擦力外，还要受到侧壁压力作用,菱形孔，限制宽展（侧壁正压力和侧壁摩擦力在宽展方向分力之和构成阻力）,切入孔、强制宽展（侧壁正压力和侧壁摩擦力在宽展方向分力之差构成阻力）,沿孔型宽度方向由于轧槽刻痕深度不同，造成各部分轧辊工作直径不同，从而造成速度差，引起金属不均匀变形,由上面分析孔型中轧制变形特点可知，在孔型轧制时的宽展不再是自由宽展，而大部分成为强制或限制宽展并产生局部宽展或拉缩，因此孔型设计的任务就是正确计算宽展值,孔型形状的影响，在孔型中轧制时，除受到摩擦力外，还要受到侧壁,10,型材轧制时的金属变形,在轧制过程中的高向变形常用绝对压下量,h,、相对压下量,和压下系数,H/h,表示,对平辊轧制而言，沿轧件宽度方向的高向变形相同,孔型中轧制时，由于轧件与孔型形状不同，沿轧件宽度方向的高向变形不同,轧件在二辊孔型中的高向变形表示,轧制轧制，采用两种方法确定高向变形,外形轮廓法：按轧件的最大外形轮廓尺寸计算压下量和宽展量,(,简单，不准确,),如图,(a),h=H-h,=h/H,=H/h,平均高度法：将孔型或轧件面积换算成等宽度的矩形面积。,如图,(b),轧前轧后轧件断面积为,F,H,和,F,h,，则,轧前平均高,H,p,=F,H,/B,轧后平均高,h,p,=F,h,/b,h,p,=H,p,-h,p,=h,p,/H,p,=H,p,/h,p,型材轧制时的金属变形在轧制过程中的高向变形常用绝对压下量h,11,型材轧制时的金属变形,轧件在孔型中的变形一般都是高件变形，变形不易渗透到轧件中心，易形成中心拉裂，影响钢材质量，因此要避免表面变形，应尽量使变形渗透到中心。,常用,变形深度系数,m,衡量变形渗透情况。,轧件在二辊孔型中的变形深度计算,计算变形深度系数有理论法和统计模型,B.M.,克利缅柯统计模型（适用于中、低碳钢）,m=0.734-0.0166+0.001,2,模型相关系数,0.702,.,塔夫诺夫斯基理论模型,B,轧件轧前宽度,(mm),l,接触弧长度,(mm),型材轧制时的金属变形轧件在孔型中的变形一般都是高件变形，变形,12,型材轧制时的金属变形,轧件在孔型中变形时，由于轧件与孔型形状的影响，其宽展多表现为强制宽展或限制宽展,轧件在二辊孔型中的横向变形及计算,简单断面孔型中金属的横向变形,简单断面孔型主要指箱形、方、椭、圆等孔型。在这些孔型中的变形均具有轧件在凹形工具中变形的特点，其横向变形即宽展均属限制宽展,在孔型中影响宽展的因素同平辊轧制时影响宽展的因素（压下量、轧制道次、轧辊直径、轧件宽度、摩擦系数及轧辊材质）,高向压下的金属纵向流量大于横向流量，延伸系数较大，且限制程度越大，延伸越大,因此准确计算宽展是孔型设计的关键，以后的孔型设计过程就是准确计算轧件宽展的过程,具体计算公式参见,型钢生产理论与工艺,，,P39-46,，及教材,型材轧制时的金属变形轧件在孔型中变形时，由于轧件与孔型形状的,13,型材轧制时的金属变形,一般常用的宽展模型，不管是经验的还是理论的，只适用于轧制速度低于,20m/s,的情况。随轧制技术、测试技术和控制技术的发展，轧制速度也日益提高，特别是线材的终轧速度已高达,140m/s,。因此如何计算调整轧制条件下的横向变形，截止目前为止，研究资料仍然很少。,高速轧制时轧件的横向变形,以下为,60m/s,的轧制条件下的宽展特征：,轧制速度愈大，宽展量愈小,当轧速达到,60m/s,时，其宽展量比轧速为,5m/s,时减小,15%,20%,在各孔型系统中，宽展量不同，但其随速度的变化斜率基本相同,图（,a,）表示三种不同钢,图（,b,）表示三种不同孔型,型材轧制时的金属变形一般常用的宽展模型，不管是经验的还是理论,14,高速轧制时轧件的横向变形,目前还没有考虑高速轧制条件下适用的宽展公式。一般是在原公式的基础上，根据实验数据乘以速度修正系数。例如用乌萨托夫斯基公式时乘以速度影响系数,C,。计算值与实验值比较表明，当,v=0.417m/s,时，用该式计算误差较小，故此式适用于,v15m/s,时，,K,值由外延部分确定，此式在速度为,4560m/s,时，其计算值与实验值相差较小，可考虑用此式计算宽展,高速轧制时轧件的横向变形目前还没有考虑高速轧制条件下适用的宽,15,型材轧制时的金属变形,切深孔,：当用方形或矩形断面坯料轧制工、角、槽等轧件时，由简单断面过渡到异型断面的孔型,作用：切出异形断面的雏形,孔型特点：,具有大的变形量,具有严重的不均匀变形,由于切入楔作用，会产生强制宽展,一般切深孔均为局部大压下，整体小延伸,闭口切深孔因孔型外侧壁的作用，还具有限制宽展的因素,因此，切深孔内金属的变形相当复杂，金属流动既受工具压缩影响，又受严重不均匀变形的影响，仍未有准确计算变形的方法,轧件在切深孔中变形特点,型材轧制时的金属变形切深孔：当用方形或矩形断面坯料轧制工、角,16,展拉角,：当用矩形切入楔在自由宽展切入孔型中切入轧件时，轧件凸缘内侧壁与垂线间的夹角,轧件在切深孔中变形特点,展拉角及其形成原则,在自由宽展切入孔型中，如图所示的矩形切入楔切入轧件时，轧件凸缘内侧壁,BC,不与切入楔侧壁,AC,接触，从而形成一个夹角,。夹角,形成的主要原因：由于腰部的剧烈压缩和延伸，不仅使凸缘内侧壁的金属有向腰部流动的可能，而且也使凸缘的高度产生一定的拉缩。在腰部宽展的作用下，轧件凸缘部分向左右两侧移动，使凸缘内侧壁,BC,脱离切入楔壁,AC,。因此夹角,是由于轧件的腰部宽展和凸缘的高向拉缩而形成的，它与切入楔的侧壁无关。,展拉角：当用矩形切入楔在自由宽展切入孔型中切入轧件时，轧件凸,17,腰部压下系数,，,b,，展拉角,腰与凸缘的宽度比,c/a(,表示强变形区与弱变形区的比值,),，楔宽度,，压缩金属体积,，,b,，且凸缘的高向拉缩,，,h,1,，展拉角,b/sqrt(Rl),表示工具形状对展拉角,的影响。,综上，其它条件相同时，腰部压下系数和切入楔宽度对展拉角的影响很大,轧件在切深孔中变形特点,影响展拉角大小的因素,在其它条件相同时，展拉角随腰部压下系数,，腰与凸缘的宽度比,c/a,和切入楔宽度与单位压下量接触弧长之比,b/sqrt(Rl),的增加而增加,轧制道次对展拉角的影响不大。,参见,型钢生产理论与工艺,，,P49,展拉角的计算,（回归方程）,腰部压下系数，b ，展拉角 轧件在切深孔中变形,18,轧件在切深孔中变形特点,“缺肉”问题分析,当楔形切入角,x,小于展拉角,时，切入变形后出现切入楔侧壁不紧贴轧件，而有一个间隙的现象，称这种现象为“缺肉”,展拉角,：用矩形切入楔切入轧件时，轧件凸缘内侧壁与垂直线间的夹角,切入楔侧壁斜角,：梯形切入楔侧壁与垂直线间的夹角,x,轧件凸缘内侧壁斜角,：当用切入楔侧壁斜角为,x,的梯形切入楔切入轧件时，轧件凸缘内侧壁与垂直线间的夹角,设计时应当使展拉角,小于切入楔侧壁斜角,x,，轧制时才不会出现“缺肉”现象,如果在切深孔产生“缺肉”，除影响凸缘内侧壁加工外，还影响碾形孔腿的变形；,如果“缺肉”产生在成品孔，则直接影响产品的质量,轧件在切深孔中变形特点“缺肉”问题分析当楔形切入角x小于,19,异形断面（凸缘断面）孔型中轧制时金属的变形特点,异形断面孔型是指具有明显的腿（凸缘）和腰，且腿和腰之间垂直或成一定角度的孔型，最典型的孔型如：工字形，槽形，,T,字形和钢轨形孔型。在异形断面孔型中金属变形时，除具有简单断面孔型中金属的变形特点外，还具有自己的变形特点。,以工字钢为例进行讨论：,1.,直压和侧压同时存在