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轧制过程中，轧辊与轧件之间发生相对运动产生的阻碍表面金属质点流动的阻力，称为摩擦阻力或外摩擦力，摩擦力方向与运动方向相反。而轧件发生塑性变形时，金属内部质点产生相对运动（滑移）引起的摩擦，叫内摩擦。同体的内摩擦是整体分子强迫运动的直接后果，这些分子在平衡状态下，间隔紧桁，彼此之间显示出一种强烈的相互吸引力和排斥力。内摩擦引起金属本体内部剪切，并导致内部发热。到目前为止，对金属材料的内摩擦研究尚不够深入，资料亦很贫乏。因此，轧制过程中所论述的摩擦是指轧辊与轧件之间的外摩擦。 轧制过程中的摩擦与一般机械运动相比，因接触表面的物理性质相同，所以，研究轧制过程中的摩擦同样应建立在一般摩擦理论基础上。但是，两者又有差别，金属轧制过程的摩擦具有下述特点： (1)内外摩擦同时存在。在轧制过程中由于金属发生塑性变形，所以内外摩擦同时存在，相互作用，而机械运动中只有外摩擦存在。内摩擦的表现形式是产生变形热。 (2)接触压力高。金属轧制时，接触面承受较高的接触压力。热轧时，接触单位压力达50 - 500 MPa，冷轧时可达500—2500 MPa，而运转机械中，一般重荷轴承所受压力也不过是20—50 MPa。 (3)影响摩擦的因素众多，接触摩擦应力是变形区内金属所处应力状态，变形几何参数以及轧制工艺条件（温度、速度、变形程度及变形方式等）的函数。例如，摩擦麻力是接触面坐标点的函数，热轧时，越靠近变形区中性面处，接触摩擦应力越大；薄件比厚件的摩擦应力要大；低温时的摩擦应力般比高温时的要大。 (4)接触表面状况与性质不断变化。运转机械零件之间的接触属弹性变形范围。整体零件不会发生塑性变形，仅仅是因磨损而产生少量新表面。而金属轧制过程中轧件发生塑性变形，接触表面不断扩大和更新（内部质点转移至表面）。此外，表而氧化膜破坏后，金属新表面裸露，都将引起接触表面状况与组织和性能的改变。尤其在高温时金属表面迅速被氧化，例如，钢加热到950~1160℃，铝加热到350-650℃时，工件表面氧化，且表面各层氧化物组成与性质都小一样，都会使接触摩擦应力改变。通常，高温氧化物能减少摩擦，起润滑作用，而室温氧化物性质较坚硬而脆，在变形时氧化膜破碎后，起磨粒磨削作用。冷轧时，因加工硬化，引起金属组织与性能变化，也会影响接触副摩擦状况的改变。 总之，摩擦始终存在于轧制过程中，而摩擦的作用，就像万有引力对自然界的作用一样，有时需要它，有时又尽量避免它。轧制过程中摩擦的作用是： (1)保证加工过程的实现。在轧制过程中，轧件之所以能曳入辊缝内轧制，发生塑性变形，就是由于后滑区摩擦力作用的结果，否则轧制无法实现自然咬入。现场生产中，为了提高产量而加大道次压下量，常常通过在热轧辊表面刻痕、点焊或者向变形区内加氧化磷等方法以增加摩擦，进行强化轧制。 (2)改变物体应力状态，致使金属变形抗力和能量消耗增加。 (3)引起工件变形与应力分布小均匀。圆柱体压缩变形时，因接触表面受摩擦影响，圆柱体产生不均匀变形。接触面处摩擦越大，金属质点难于流动，常常出现金属质点侧面翻平现象，接触面积愈大，侧翻愈严重，而远离接触面处，因受摩擦影响较小，质点流速度较快，最后工件变为鼓形。此外，由于外摩擦，接触表面上单位压力分布不均匀，工件由边缘至中心压力逐渐升高，且在接触面中部三向压应力最强。 (4)加速轧辊磨损，降低使用寿命。轧辊磨损一方面是南接触面发生相对滑动，或者黏附引起的；另一方面是因接触副间产生摩擦热，增加轧辊磨损。此外，摩擦使工件变形不均匀与变形力增加，也会加速轧辊磨损。 (5)恶化制品质量，增加金属消耗。轧辊的磨损不仅直接影响轧制制品表面质量，而且对制品的尺寸精度和组织性能产生不利影响，如不均匀变形导致的中厚板局部开裂、组织性能不均匀、薄板板形变差、表面粗糙度增加等。 (6)降低作业率，增加生产成本。轧辊使用寿命的减少和因磨损导致的制品质量的下降直接影响生产成本，不仅如此，轧辊的频繁更换还导致轧制生产作业率的下降。 |
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发表于 2017-5-22 11:12:33