金属塑性加工学轧制理论与工艺样本
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第三章轧制轧制是最主要的加工方法。
许多有色金属与合金材料也都是靠轧制方法进行生产。
在钢的生产总量中,除少部分采用铸造和锻造等方法直接制成器件以外,其余占90%以上的钢都须经过轧制成材。
由此可见,金属材料的轧制生产在国民经济中占有极其重要的地位。
上世纪六十年代以来,随着冶金和机械电气工业的进步,电子计算机自动控制技术的应用以及社会总体科学技术水平的提高,金属材料的轧制技术,在工艺、设备和理论上也都有着飞跃的发展。
总的看来,金属轧制工业技术发展的主要特点和趋势为:⑴轧制理论由于与实际结合更加紧密而得到迅速发展:板形控制、不对称轧制⑵生产过程日趋连续化,作业速度不断提高连铸一连轧技术⑶生产过程自动化日益完善⑷生产过程日趋大型化、专业化的同时,又转向发展中、小型灵活生产系统,亦即柔性生产系统⑸节约能源和金属消耗以降低生产成本、提高经济效益的新工艺新技术得到大力发展热轧—中温轧制—冷轧⑹采用自动控制及新技术以大大提高产品的尺寸精度及成型质量采用计算机自动控制、板型控制、不对称轧制等新技术和新轧机,都可大大提高板材尺寸、形状和表面质量的控制精度。
⑺发展合金材料与控制轧制工艺以提高材料性能质量生产合金材料,配合控制轧制、控制冷却新工艺,可以显著提高材料使用性能,延长使用寿命。
⑻不断扩大材料品种规格及增加板带材的产品比重第一节简单轧制过程的基本概念轧制过程是靠旋转的轧辊与轧件形成的摩擦力,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。
平辊轧制:轧件通过两个旋转方向相反的辊身均匀的圆柱体轧辊之间,发生塑性变形的过程,它是生产板、带、条、箔材的主要加工方法。
轧制目的:①使轧件获得一定的形状和尺寸②使轧件具有一定的组织和性能:Y、M、Y2,细晶粒······)一、简单轧制过程及变形参数㈠简单轧制过程轧制过程中,轧件的变形和力的变化是很复杂的,为了讨论问题方便,常把复杂的轧制过程简化成理想的简单轧制过程,简单轧制过程的假设条件:①两轧辊均为主传动辊,辊径相同,转速相等,轧辊为刚性,上下轧辊完全对称;②轧件只受轧辊作用,不受其他外力作用(张力或推力);③轧件的性能均匀(各部分的ζS、ζb、δ等相同);④轧件的变形与金属质点的流动速度沿断面高度和宽度是均匀的。
轧制理论某些思考题1.简朴轧制过程条件,变形区及重要参数有哪些?答:简朴轧制过程:轧制过程上下辊直径相等,转速相似,且均为积极辊、轧制过程对两个轧辊完全对称、轧辊为刚性、轧件除受轧辊作用外,不受其她任何外力作用、轧件在入辊处和出辊处速度均匀、轧件自身力学性质均匀。
变形区:(1)几何变形区:入口和出口截面之间区域、(2)物理变形区:发生塑性变形区域变形区参数:(1)咬入弧:轧件与轧辊相接触圆弧。
(2)咬入角α:咬入弧所相应圆心角称为咬入角。
(3)变形区长:咬入弧水平投影。
(4)轧辊半径R。
(5)轧件轧前、后厚度H、h。
(6)平均厚度。
(7)轧件轧前、后宽度B、b。
(8)平均宽度。
(9)压下量2.改进咬入条件途径。
答:由α≦β应使α↓,β↑1.减小α办法:由α=arccos(1-△h/D) 1)减小压下量。
2)增大D。
生产中惯用办法:3)采用开始小压下或采用带有楔形端钢坯进行轧制办法2.提高β办法:轧制中摩擦系数重要与轧辊和轧件表面状态、轧制时轧件对轧辊变形抗力以及轧辊线速度大小关于1)变化表面状态,如清除氧化皮。
2)合理调节轧制速度,随轧制速度提高摩擦系数减少,采用低速咬入。
3)变化润滑状况等。
3.宽展构成及分类。
答:构成:滑动宽展△B1、翻平宽展△B2、鼓形宽展△B3 分类:自由宽展、限制宽展、强制宽展4.先后滑区、中性角定义。
答:(1)前滑区:摩擦力方向与带钢运营方向相反,在变形区出口处,金属速度不不大于轧辊圆周速度,相对轧辊向前运动。
(2)后滑区:摩擦力方向与带钢运营方向相似,在变形区入口处,金属速度不大于轧辊圆周速度,相对轧辊向后运动。
(3)中性角:前滑区与后滑区别界面相应圆心角叫中性角,金属速度与轧辊圆周速度相等,相对轧辊没有运动。
5.拟定平均单位压力办法,阐明。
答:(1)理论计算法:它是建立在理论分析基本上,用计算公式拟定单位压力。
普通,都要一方面拟定变形区内单位压力分布形式及大小,然后再计算平均单位压力。
(2)实测法:即在轧钢机上放置专门设计压力传感器,将压力信号转换成电信号,通过放大或直接送往测量仪表将其记录下来,获得实测轧制压力资料。
用实测轧制压力除以接触面积,便求出平均单位压力。
(3)经验公式和图表法:依照大量实测记录资料,进行一定数学解决,抓住某些重要影响因素,建立经验公式或图表。
6.卡尔曼微分方程:条件、作图、推到建立,M.D斯通公式轧制力、轧制力矩计算。
(P50)7.轧材按断面形状特性分类及重要用途。
答:依照轧材断面形状特性,分为型材、线材、板材、带材、管材和特殊类型等。
依照加工方式,轧制产品分为热轧材和冷轧材两大类。
(1)型材中工字钢、槽钢、角钢广泛应用于工业建筑和金属构造,扁钢重要用作桥梁、房架、栅栏、输电、船舶、车辆等。
圆钢、方钢用作各种机械零件、农机配件、工具等。
(2)线材重要用作钢筋混凝土配筋和焊接构造件或再加工(如拔丝,制钉等)原料。
(3)板材普通做成原则大小扁平矩形建筑材料板,作墙壁、天花板或地板构件。
(4)带材可以看做是宽度不大于板材钢材,其用途与板材基本相似。
(5)管材就是用于做管件材料。
惯用有给水管、排水管、煤气管、暖气管、电线导管、雨水管等。
8.轧材产品原则涉及那几种方面?答:轧材产品原则普通涉及有品种(规格)原则、技术条件、实验原则及交货原则等方面内容。
9.制定工艺过程总目是什么?轧钢工序任务?轧材基本工序?答:总目的:优质、高产、低成本地生产出合乎技术规定轧材两大任务:精准成型、改进组织和性能基本工序:原料清理准备——加热——轧制——冷却——精整——质量检查10.金属压力加工五大加工办法有哪几种?11. 变速轧制(初轧)速度制定计算。
12.板带材重要技术规定。
答:(1)尺寸精度规定高:重要是厚度精度,由于它不但影响到使用性能及持续自动冲压后步工序,并且在生产中难度最大。
(2)板型要好:板型要平坦,无浪形瓢曲。
(3)表面质量要好:板带钢是单位面积最大一种钢材,又多用作外围构件,故必要保证表面质量。
(4)性能要好:重要涉及机械性能、工艺性能和某些钢板特殊物理或化学性能。
13.板带材轧制技术发展重要矛盾是什么?解决途径有哪些?答:(1)轧件变形难,轧件变形及其影响大。
(2)使轧制易于变形途径:1)减少板带钢自身变形抗力(内阻)。
办法:加热,在轧制过程中保温、抢温使轧件具备较高且均匀轧制温度。
2)设法变化轧件变形时应力状态,减少外摩擦对金属变形阻力(外阻)。
办法:带张力轧制、润滑、减小工作辊直径控制轧机变形办法:1)增强和控制机架和辊身刚性。
2)控制盒运用轧辊变形14. 从构造来分中厚板轧机可分几类,名称是什么?答:按机架机构分类,可分为二辊可逆式、三辊劳特式、四辊可逆式、复合式和万能式几种。
按机架布置分类,可分为单机架、并列式和顺列式等几种。
15.中厚板轧制办法重要有哪几种?答:(1)全纵轧法:钢板延伸方向和原料纵轴方向重叠。
(2)横轧—纵轧法(综合轧法)适合连铸坯。
横轧:钢板延伸方向和原料纵轴方向垂直。
横—纵轧法是先横轧将板坯展宽到所规定宽度,再转90°纵轧。
(3)全横轧法:用连铸坯为原料是,全横轧与纵轧法同样,产生各向性能异性。
(4)角轧—纵轧法:轧件轴线与轧辊轴线成一定角度,送入角δ普通为15°—45°,每对角线轧一、二道后换成另一对角线轧制。
角轧要注意使轧件能迅速宽展到所规定宽度,而形状又不发生歪斜。
(5)平面形状控制轧法:一方面纵轧1—2道次,以整板形,称整形轧制,然后90°横轧宽展,再转90°纵轧成材。
16.在连轧机前要切头尾,其目是什么?因素何在?答:切头目是为了出去温度过低头部以免损伤辊面,并防止“舌头”、“鱼尾”卡在机架间导卫装置或辊道缝隙中。
切尾以防后端“鱼尾”或“舌头”给卷取及其后精整工序带来困难。
17.热连轧中为保持终扎温度一定,最重要最活跃最有效手段是什么?详细数值如何?18. 在热连轧中,输出辊道速度如何调节?19.活套支持器作用是什么及基本工艺规定?答:其作用,一是缓冲金属流量变化,给控制调节以时间,并防止成叠进钢,导致事故;二是调节各架轧制速度以保持连轧常数,当各种工艺参数产生波动时发出信号和命令,以便迅速进行调节;三是带钢能在一定范畴内保持恒定小张力,防止因张力过大引起带钢拉缩,导致宽度不均甚至拉断。
最后几种精轧机架间活套支持器,还可以调节张力,以控制带钢厚度。
基本规定:动作反映要快,并且自动进行控制,并能在活套变化时始终保持恒张力。
20.为什么冷轧中采用工艺润滑和张力轧制?答:冷轧采用工艺润滑重要作用是减小金属变形抗力,这不但有助于保证在已有设备能力条件下实现更大压下,并且还可以使轧机可以经济可行地生产厚度更小产品。
此外,采用有效工艺润滑也直接对冷轧过程发热率以及轧辊温升起到良好影响。
在轧制某些品种时,采用工艺润滑还可以起到防止金属粘辊作用。
轧制带材时在张力作用下,若轧件浮现不均匀延伸,则沿轧件宽向上张力分布将会发生相应变化,而延伸较小一侧则张力增大,成果便自动地起到纠正跑偏作用。
有助于轧制更精准产品,并可简化操作。
张力轧制作用有:1)防止带材在轧制过程中跑偏;2)使所轧带材保持平直和良好多板形;3)减少金属变形抗力,便于轧制更薄产品;4)可以恰当调节轧机主电机负荷作用。
21. 冷轧中张力作用重要有哪几种?其内容是什么?答:张力重要作用涉及:(1)防止带钢在冷轧过程中跑偏.(2)使带钢保持良好板形,横向延伸均匀.(3)减少金属变形抗力.内容:22. 冷轧板带钢中三大典型产品是什么?答:金属镀层薄板(涉及镀锡板与镀锌板等)、深冲钢板(以汽车板为典型)、电工用硅钢板与不锈钢板等23. 冷轧中平整工序作用是什么?答:(1)供冲压用板带钢事先通过小压下率平整,就可以在冲压时不浮现“滑移线”,以一定压下率进行平整后,钢应力-应变曲线即可不浮现“屈服台阶”,而理论与实验研究证明,吕德斯线浮现正是与此屈服台阶关于。
(2)冷轧板、带材在退火后再经平整,可以使板材平直度与板面光洁度有所改进。
(3)变化平整压下率,可以使钢板力学性能在一定幅度内变化,这可以适应不同用途镀锡板对硬度和塑性所提出不同规定。
除此之外,通过双机平整或三机平整还可以实现较大冷轧压下率,以便生产超薄镀锡板。
24.什么叫最小可轧厚度?如何使轧机轧出更薄产品?答:(1)在同一轧机上轧制板带材时,随着轧件变薄,变形抗力在增大,使压下越来越困难,当厚度薄到某一限度时,不论如何加大压力和重复轧制多少次,也不也许使产品轧薄,这一极限厚度称为轧机最小可轧厚度。
(2)大力减小工作辊直径,采用多辊轧机;采用大张力轧制;采用高效率工艺润滑剂以减少摩擦系数;恰当对带材进行退火软化解决,减小金属变形抗力;增长轧辊刚性;采用高刚度轧机。
25.什么是轧机弹跳方程?答:P278 (2)h=S0’+P/K26.用简化P.H图,推倒预控AGC模型,推倒辊缝传递函数。
推倒P.A计算公式。
27.板型是指什么?答:(3)板形是指板带材平直度,即是指浪形,瓢曲或旁弯有无及限度而言。
28.一种完整板带轧制制度应涉及哪些内容,它们关系如何?答:重要制度涉及:压下、速度、温度、张力及辊型制度等。
29.热连轧机制定压下规程时,分派各架压下量原则是什么?习惯上如何分派?30.设计冷轧板带钢轧制规程惯用设计办法是什么?31.热连轧粗轧机布置形式及特点?答:(1)£半持续式:粗轧机组由2架可逆式轧机构成特点:粗轧阶段道次可灵活调节,扎线短,设备和投资较少,适于产品规定不太高,品种范畴又广状况,生产能力强,产量高。
(2)£全持续式:粗轧机组由6架轧机构成,每架轧制一道,所有为不可逆式,后两架可(也可不)实现连轧特点:适合大批量单一品种生产,操作简朴,维护以便,设备多,投资大,轧制流程线或厂房长。
但可采用便宜交流电动机。
(3)£3/4持续式:粗轧机组由一架可逆式轧机和三架不可逆式轧机所构成,最后两个机架用近距离布置使轧件形成连轧。
特点:设备较全持续式少,投资省;厂房短,生产灵活性大,能适应多品种和不同规格产品生产;粗轧机组轧出带坯头尾温差较全持续式和半持续式小,;但轧辊寿命短;操作和维护较复杂,耗电量也较大。
32.变形表达办法有哪些?33.轧制过程传动力矩构成。
答:Mz—轧制力矩,用于使轧件塑性变形所需之力矩。
Mm—克服轧制时发生在轧辊轴承,传动机构等附加摩擦力矩M K—空转力矩,即克服空转时摩擦力矩。
M d—动力矩,此力矩为克服轧辊不均速运动时产生惯性力所必须前三者为静力矩。
34.什么叫过热、过烧?它们关系?答:(1)过热就是当加热温度超过Ac3继续加热达到一定温度时,钢晶粒过度长大,从而引起晶粒间结合力削弱,模具钢材力学性能恶化现象。