第10章-轧制时的前滑和后滑

第十章轧制过程中的前滑和后滑（Theforwardslipandbackwardslipinrollingprocess）轧制时存在前滑和后滑现象，这种现象使轧件的出辊速度与轧辊的圆周速度不相一致，而且这个速度差在轧制过程中并非始终保持不变的，它受许多因素的影响而变化。在连轧机上轧制和周期断面钢材的轧制等都要求确切知道轧件进出轧辊的实际速度，那么，轧件的速度与轧辊周速之间存在什么关系呢？主要内容1轧制时的前滑与后滑前滑的计算方法3中性角的确定4影响前滑的因素基本知识点：前滑，后滑；前滑、后滑的计算公式。重点：前滑，后滑的定义；影响前滑的因素。难点：影响前滑的因素。轧件在轧制时，高度方向受压下的金属一部分流向纵向，使轧件伸长；另一部分流向横向，使轧件宽展。轧件的延伸是被压下金属向轧辊入口和出口两方向流动的结果；轧件进入轧辊的速度vH小于轧辊在该点处线速度v的水平分量vcosα；而轧件的出口速度vh大于轧辊在该处的线速度v。这种vh＞v的现象叫做前滑，而vH＜vcosα的现象叫做后滑。§10.1轧制时的前滑与后滑前滑值是用轧辊出口断面上轧件与轧辊速度的相对差值来表示，即式中：Sh—前滑值；vh—轧辊出口截面轧件的速度；v—轧辊圆周速度。%100vvvShh后滑是用轧辊入口断面轧件的速度与轧辊该点的水平分速度差的相对值来表示，即：式中:SH——后滑值。%100coscosvvvSHh实验方法计算前滑—刻痕法如果事先在轧辊表面上刻出距离为LH的两个小坑，则轧制后测量Lh，即可用实验方法计算出轧制时的前滑值。由于实测前滑时量出轧件上的是冷尺寸，换算成热态尺寸时，可用下面公式来完成：式中：——轧件冷却后测得的长度；α——膨胀系数；t1、t2——轧件轧制时的温度和测量时的温度。)(1[21'ttaLLhh'hL图3－1用刻痕法计算前滑前滑的计算公式按秒流量体积相等的条件，则：把式代入上式，得：由式可知：hHhhHhhHHvFFvvvFvF或)1(hhSvv)1(hHSvvcos)1(1cos1vSvvvShHHcos)1(1cos1vSvvvShHHcos)1(1HbSS%100coscosvvvSHh§10.2前滑的计算方法前面推出的是前滑值的定义表达式和实验条件下的计算式。此式并没有反映出轧制出轧制参数对前滑的影响。推导前滑与轧制参数的关系式。此式的推导是以变形区各横断面秒流量体积不变的条件为出发点。不论符合于平断面假设的薄件轧制情况或接触面产生粘着的厚件轧制情况，变形区内各横断面秒流量相等的条件，既FxVx=常数都是正确的，因为这里的水平速度Vx是沿轧件断面高度上的平均值。按秒流量体积不变条件，变形区出口断面金属的秒流量应等于中性面处金属的秒流量，由此得出：或式中Vh、——为轧件出口和中性面的水平速度；h、——为轧件在出口和中性面的高度。hvhvhhhvvhvh因为，并参照公式，，由式得出：由此得到前滑值为：cosvv)cos1(Dhhhhvvhcos)cos1(coshDhhhvvh1vvvvvShhhhhDhDhhSh)cos1(cos)cos1(1cos)cos1(coshhD)cos)(cos1(此即E.Fink前滑公式。由此公式反映出，前滑是轧辊直径D、轧件厚度h及中性角γ的函数。曲线1Sh=f(h)、D=300mm、γ=5°；曲线2Sh=f(D)、h=20mm、γ=5°；曲线3Sh=f(γ)、h=20mm、D=300mm。由图3-1可知，前滑与中性角呈抛物线的关系；前滑与辊径呈直线关系；前滑与轧件厚度呈双曲线的关系等。前滑公式的简化当γ角很小时，可取、则前滑计算式可简化为：（此即S.Ekelund的前滑公式）22sin2cos1221cos122hDSh因为1。故上式括号中之1可以忽略不计时，则该式又变为：RhhDSh222hD122hDSh§10.3中性角γ的确定图3－3中性角γ与咬入角α的关系§10.4影响前滑的因素轧辊直径的影响从前滑值公式可以看出，前滑值是随辊径增加而增加的，这是因为在其它条件相同的条件下，辊径增加时咬入角α就要降低，而摩擦角β保持常数，所以稳定阶段的剩余摩擦力就增加，由此将导致金属塑流速度的增加，也就是前滑的增加。轧辊直径对前滑的影响实验证明，如图3－4所示。但应指出，辊径D＜400毫米时，前滑随辊径的增加而增加的较快，辊径D＞400毫米时，前滑值增加的较慢，这是由于辊径增大时，伴随着轧辊线速度的增加，摩擦系数相应降低，所以剩余摩擦力的数值有所减少；另外，当辊径增大时，△B增大，延伸相应地也减少。这两个因素的共同作用，使前滑值增加的较为缓慢。图3－4辊径D对前滑的影响摩擦系数的影响实验证明，摩擦系数f越大，在压下率相同的条件下，其前滑值越大。这是由于摩擦系数增大，剩余摩擦力增加，因而前滑增大。利用前滑公式同样可以说明摩擦系数对前滑的影响，因为摩擦系数增加导致中性角γ增加，因而前滑也增加，如图3－5所示。从以上实验结果不难看出，凡是影响摩擦系数的因素（如轧辊材质、轧件化学成分、轧制温度和轧制速度等）均能影响前滑的大小。图3－5前滑与咬入角、摩擦系数f的关系（h/D=0.1；f=0.2；0.3时）压下率的影响由图3－6的实验曲线可见，前滑随压下率的增加而增加，其原因是由于压下率增加，延伸系数增加。且当△h=常数时，前滑增加非常显著。因为此时压下率之增加是靠轧件的轧前高H的减少来得到的。咬入角不变，故前滑有显著增加。当h=常数时或H=常数时，压下率的增加，延伸必然增加，但这是因为△h增加，所以咬入角增大，故剩余摩擦力减小，由这两个因素的联合作用，使前滑虽有所增加，但没有△h=常数时增加的显著。图3－6轧制温度、压下量对前滑的影响图3－7压下率与前滑的关系当△h、H、h为常数时，1#钢t°=1000℃，D=400mm图3－8轧件轧后的厚度与前滑的关系（铅试样△h=1.2mm，D=400mm）轧件宽度的影响由图3－9可见，宽度小于一定值时（在此情况为小于40mm），如宽度增加前滑增加；大于一定值时，如宽度再增加，则前滑为一定值。这是因为宽度小时，如增加宽度其宽展减小，故延伸增加，所以前滑也增加。当大于一定值时，宽度再增加，宽展为一定值，故延伸也为定值，所以前滑值不变。图3－9轧件宽度对前滑的影响（铅试样△h=1.2mm，D=158.3mm）张力对前滑的影响显而易见，前张力增加时，则使金属向前流动的阻力减小，使前滑区增加。反之，后张力增加时，则后滑区增加。其变化曲线，如图3－10所示。实验结果完全证实了上述分析的正确性。图3－10是在辊径D=200mm的轧机上，轧制铝试件，采用不同的h值，用Δh=0.44mm，带张力和不带张力试验的结果。有张力时，使前滑显著地增加。图3－10张力改变时速度曲线的变化孔型轧制时的特点通常沿孔型周边各点轧辊的线速度不同，但由于金属的整体性和外端的作用轧件横断面上各点又必须以同一速度出辊。这就必然引起孔型周边各点的前滑值不一样。为了粗略估计孔型轧制时轧件的出辊速度，目前许多人是用平均高度法把孔型和来料化为矩形断面，然后按前面讲过的平辊轧矩形断面轧件的方法来确定轧辊的平均线速度和平均前滑值并按下式来确定轧件平均辊速度:也有人把异型孔型和轧件画成几个矩形断面区域，分别计算各区的轧辊线速度、前滑和轧件出辊速度，然后考虑各区占的比重来确定轧件平均出辊速度。)1(nhSvv图3－11张力对前滑的影响