实现轧制的条件

17.4 实现轧制的条件

17.4.1 轧制过程

从轧件与轧辊接触开始到轧件被甩出为止，这一整个过程称为轧制过程。轧制过程可分为三个阶段：咬入阶段、稳定轧制阶段和甩出阶段。

17.4.1.1咬入阶段

咬入阶段是从轧件前端与轧辊接触的瞬间起到前端达到变形区的出口断面(轧辊轴心连线)。在此阶段的某一瞬间有如下特点：

(1)轧件的前端在变形区有三个自由端(面)，仅后面有不参与变形的外端(或称刚端)。

(2)变形区的长度由零连续地增加到最大值，即增加到l=

(3)变形区内的合力作用点、力矩均不断地变化。

(4)轧件对轧辊的压力由零值逐渐增加到该轧制条件下的最大值。

(5)变形区内各断面的应力状态不断变化。

此阶段的变形区参数、应力状态与变形都是变化的，是不稳定的，因此称为不稳定的轧制过程。因此，对此阶段主要是研究实际咬入条件的问题。

17.4.1.2稳定轧制阶段

从轧件前端离开轧辊轴心连线开始，到轧件后端进入变形区人口断面止，这一阶段称为稳定轧制阶段。

此阶段中的情况与咬入阶段不同。变形区的大小、轧件与轧辊的接触面积、金属对轧辊的压力、变形区内各处的应力状态等都是均衡的，因此称此阶段为稳定轧制阶段。

17.4.1.3甩出阶段

从轧件后端进入变形区入口断面时起到轧件完全通过辊缝(轧辊轴心连线)，称为甩出阶段。这一阶段的特点类似于第一阶段，即：

(1)轧件的后端在变形区内有三个自由端(面)，仅前面有刚端存在。

(2)变形区的长度由最大变到最小，直至零。

(3)变形区内的合力作用点、力矩均不断地变化。

(4)轧件对轧辊的压力由最大变到零。

(5)变形区内各断面的应力状态不断变化。

17.4.2轧辊咬入轧件的条件

轧钢生产中我们会发现，有时轧件轧不进去或即使轧件轧进去，但出现打滑现象，所以轧制过程能否实现取决于轧件是否能被旋转的轧辊拽入辊缝中，并能连续不断地进行轧制，直到轧完。依靠旋转方向相反的两个轧辊与轧件间的摩擦力，将轧件拖入轧辊辊缝中的现象，称为咬入。 17.4.2.1平辊轧制咬入条件

轧件对轧辊的作用力与摩擦力(见图17-11)：在辊道的带动下轧件移至轧辊前，使轧件与轧辊在A和A＇两点接触，轧辊在两接触点受轧件的径向压力N＇的作用，并产生与N＇垂直的摩擦力T＇。因轧件企图阻止轧辊转动，故T＇的方向应与轧辊转动方向相反。

轧辊对轧件的作用力与摩擦力(见图17-12)：根据牛顿定律，两个物体相互之间的作用力与反作用力大小相等、方向相反，并且作用在同一条直线上。因此，轧辊对轧件将产生与N＇力大小相等、方向相反的径向力N以及在N力作用产生与T＇方向相反的切向摩擦力T，径向力N有阻止轧件继续运动的作用，切向摩擦力则有将轧件拉入轧辊辊缝的作用。

为判断轧件能否被轧辊咬入，应将轧辊对轧件的作用力和摩擦力做进一步分析。如图17-13所示。作用力N与摩擦力T分解为垂直分力Ny、Ty和水平分力Nx、Tx。垂直分力Ny、Ty对轧件起压缩作用，使轧件产生塑性变形，有利于轧件被咬人；Nx与轧件运动方向相反，阻止轧件咬入；Tx与轧件运动方向一致，力图将轧件拉入辊缝。

显然Nx与Tx之间的关系是轧件能否咬人的关键。两者可能有以下三种情况(见图17-14)：若

Nx>Tx，则轧件不能咬入；若Nx

Tx=Tcosα=fNcosα； Nx=Nsinα

(1)当Tx>Nx时，即fNcosα>Nsinα

f>tanα

根据物理概念，摩擦系数可以用摩擦角表示，即摩擦角β的正切就是摩擦系数f，将tanβ=f代入上式，则为β>α。

这就是轧件的咬入条件。

(2)当Nx>Tx时，同样可推得β

(3)当Nx=Tx时，同样可推得β=α，是轧件咬入的临界条件。

由此可得出结论：咬入角小于摩擦角是咬人的必要条件；咬入角等于摩擦角是咬入的极限条件，即可能的最大咬入角等于摩擦角；如果咬入角大于摩擦角则不能咬入。通常将咬入条件定为：β≥α。

17.4.2.2轧件充填变形区过程

轧件被咬入后立即进入充填变形区的过程。当轧件充满变形区后，则进入稳定轧制阶段(见图17-15)，即轧制过程建立。

开始咬入时，合力作用点的中心角φ=α；轧制过程建立时，合力作用点的中心角φ=α/2。 开始咬人时的咬入条件为β≥α，而轧制过程建成时为β≥α/2。以通式表示，可写成：β≥φ。这样，开始咬入时，φ=α；而轧制过程建成时，φ=α/2。即开始咬入阶段所需摩擦条件最高，随着轧件充填辊缝，咬入容易。

孔型中轧制，咬入过程的基本原理与平辊轧制板材情况完全相同，只是多了孔型侧壁斜度对轧件受力条件的影响。

型钢生产中采用孔型系统较多，其孔型形状亦不尽相同，但就其开始咬入时轧件与轧辊的接触情况而言，基本可归纳为如下两种情况：第一，与平辊轧制矩形件相似(见图17-16a、b)，轧件先与孔型顶部接触；第二，轧件先与孔型侧壁接触(见图17-16c、d)，这是孔型中最有代表性的一种接触。

孔型轧制的咬人条件为：

β/sinθ≥α

如图17-17所示，孔型中轧制时，孔型侧壁斜度夹角θ值越小，咬入越有利。这是因为θ值小，β值增加，意味着T值大，更容易把轧件拽入轧辊辊缝中。

17.4.2.4改善咬入条件的途径和方法

改善咬人条件是顺利进行操作、增加压下量、提高生产率的有力措施，也是轧制生产中经常碰到的实际问题。

由前面分析可知，轧制过程的咬入条件一般地写成：β≥α。

在轧制过程中，影响轧件咬入的因素，主要是咬人角和摩擦系数。凡是能提高卢角和降低α的一切措施都有利于咬入。

(1)适当减少咬入角α。在实际生产中，减小实际咬入角α有如下办法：

1)使用合理形状的连铸坯，可以把轧件前端制成楔形或锥形。

2)强迫咬入，用外力将轧件推入轧辊中，由于外力的作用，轧件前端压扁，合力作用点内移，从而改善了咬入条件。

3)减小本道次的压下量可改善咬入条件。例如，减小来料厚度或使本道次辊缝增大。

(2)适当增大轧辊与轧件间的摩擦系数。

1)轧辊刻痕、堆焊或用多边形轧辊的方法，可使压下量提高20％～40％。刻痕或堆焊多用于初

轧机上、开坯机及型钢轧机的开坯孔型中。多边形轧辊用于中小型轧机上，主要是由于改变了作用力方向，使作用力状态有利于咬入。

2)合理使用润滑剂。这里指的是增加咬入瞬间的摩擦系数，而稳定轧制阶段的摩擦系数并不增加。

3)清除炉尘和氧化铁皮。一般在开始几道中，咬人比较困难，此时钢坯表面有较厚的氧化铁皮。实践证明，钢坯表面的炉尘、氧化铁皮，可使最大压下量降低。

4)在现场不能自然咬入的情况下，撒一把沙子或冷氧化铁皮可改善咬人。

5)当轧件温度过高，引起咬入困难时，可将轧件在辊道上搁置一段时间，使钢温适当降低后再喂入轧机。

6)增大孔型侧壁对轧件的夹持力可改善轧件的咬入。例如，某厂在轧制5号角钢时，由于第8孔型(立轧孔)中的轧件宽度小，在孔型中的夹持力小，换槽后前1～2根轧件在此孔型中经常出现打滑现象。解决的办法之一是减小前面孔型的压下量，使得翻钢后进入第8孔型(立轧孔)中的轧件宽度大，在孔型中的夹持力大，改善咬人条件。

7)合理调整轧制速度。利用随轧制速度降低而摩擦系数加大的规律，在直流电动机传动的轧机上，采用低速咬入，建立稳定轧制过程后，再提高轧制速度，使之既能增大咬入角，又能合理利用剩余摩擦力。实验指出，咬入速度在2m／s以下时，摩擦系数就已经基本稳定到最大值，所以咬入速度再降低也无意义。

上述改善咬入的方法在生产实践中往往可以同时使用。