金属加工工艺过程及润滑油概述
发布时间：2010/3/18 点击：3338 字体大小：小 中 大 返回
轧制加工工艺过程与润滑剂
1．轧制工艺简介
在已知的压力加工工程中，轧制是最重要的金属加工方式。轧制是在一定的条件下，旋转的轧辊给予轧件以压力，使轧件产生塑性变形的一种加工方式。轧件在承受压力的情况下，断面减小，形状改变，长度延伸，并伴有展宽，这时轧件与轧辊表面产生相对滑动，产生摩擦。
轧制加工的材质可以是钢、铜、铝、锌等及其合金；其加工的最终产品可以是棒材、扁材、角材、管材、中厚板、薄板及箔材等。箔材的厚度可为千分之几毫米，而铸锭开坯轧制时工件截面积为610X610mm2以上的粗大方坯。所以当截面缩减较多(如铸锭开坯和棒材轧制)时，过程需在高温下进行的。在再结晶温度以上进行的轧制、通常称为热轧；低于再结晶温度的轧制称为冷轧。钢的再结晶温度一般在450－600℃范围之内。
冷轧与热轧相比，其产品表面质量好，尺寸精度高，厚度均匀，机械性能好，并且能生产薄而小的轧件，但冷轧时轧制压力大，要求设备强度和精度高，电机功率大，能耗大，因此，一般冷轧材的生产先用热轧开坯而后进行冷轧。
轧制中润滑剂的主要功能是减少摩擦和轧辊磨损。根据轧件材质和轧制工艺参数，控制轧制温度是润滑剂的又一重要功能。由塑性变形和摩擦引起的过多热量，可使轧辊直径产生变化，从而导致轧制带材的厚度变化。轧辊磨损不仅受接触摩擦应力的影响，而且受温度的影响。冷却轧辊使其在较低的热平衡状态下工作，可以大大减缓表面的磨损和减小磨损程度。因此润滑剂的冷却性能十分重要。当然和锻造过程一样，轧辊磨损也可由各种机械问题所引起，如磨蚀和热疲劳磨损等。
轧制过程中润滑剂的供给方式一般是用扇形喷嘴沿轧辊长度方向往轧辊上均匀地喷涂油或液。喷嘴流量根据板型来调节，用以改变轧辊的热凸度，来作为板型控制的手段之一。陈旧的方式是用固体或半固体润滑剂如石墨及块状牛脂等，可在低压下用于轧辊表面。它们被涂覆在轧辊表面后逐渐消耗，再不断补充。
2. 热轧工艺与润滑剂
板材热轧温度范围与锻造相仿。采用热轧润滑时，一般属边界润滑状态，但也可以干轧。热轧铝材则不能干轧，否则轧辊上会很快地粘上铝及其氧化物，使轧制作业不能正常进行。
型材的复杂面使轧辊与轧件接触面间产生高速相对滑动，从而导致轧辊的不均匀磨损，所以型材轧制时的润滑作用很重要。虽然型材轧制所用的润滑剂与板材轧制类似，然而型材轧制时，由于操作条件更加苛刻，因而要在润滑剂供给系统采取特别措施，在轧辊孔型磨损最严重的地方，要给予更加充分的润滑。
管材热轧时所用的润滑剂是石墨悬浮液、盐溶液或其他用于热轧的润滑剂。特别是顶头及芯棒的润滑能改善管材内表面的质量。而冷弯型材和管材冷轧时，一般用冷轧润滑剂，只是冷弯型材用的润滑剂要特别注重防锈功能。在上述这些加工过程中，润滑剂的流量调节和覆盖面积控制很重要。
热轧时有效的润滑作用能明显地减少轧辊磨损和动力、能量消耗，从而可以大幅度提高设备作业率和生产率，降低能源消耗和改善产品的表面质量。其润滑剂的供给量极微。钢材热轧通常是在800－1250℃高温下进行，变形区的辗面温度可高达450－550℃，必须不断用大量的水冷却轧辊。
与冷轧润滑相比，热轧润滑有其自身的特点：
①轧制温度高，在变形区中轧辊表面的瞬间温度可高达500—600℃。一方面润滑油的粘度随温度的增高而降低；另一方面变形区中的温度高于润滑剂的燃点及蒸发温度，而润滑油的使用浓度远远低于冷轧乳化液的浓度，因而在变形区中根本不可能形成足够厚的油膜，所以不会形成液体润滑，摩擦系数也不会随速度变化而变化，这在生产实践中已被证实。
实验和生产观察表明，采用热轧润滑时，轧辊表面始终保持油膜，辊面上能存留通过变形区热轧油总量的40％～70％，植物油类型的热轧油保留比例高于矿物油，其数量随着热轧油粘度的增大而增大。值得强调的是轧辊的表面保留的物质具有和原用油相似的、明显的油性。由此可得出如下结论：热轧油在热轧过程中不至完全燃烧(分解)，大部分热轧油迅速通过变形区，不发生化学变化并保持润滑性能。此就解释了热轧油能起润滑作用的原因。
②轧件表面的氧化铁皮对变形区中的摩擦有很大影响，一方面它的生成可使摩擦系数增大；另一方面由于它的熔点较低，当温度达到其熔点时，这些氧化铁皮会熔融而起润滑作用，使摩擦系数减小。
热轧润滑剂的成分很多，随着轧制工艺和设备的发展，油品组成及添加剂也一直在发展变化中。就热轧油的类型而言，有油基和水基两种，由于该类产品在国际上尚没有统一的标准，所以常常以满足特定工况条件下的使用性能来鉴别油品质量的好坏，通常对热轧油的使用性能要求如下：
①具有良好的润滑性，以降低变形区的摩擦；
②热稳定性好，有利于在变形区的温度条件下发挥其润滑作用；
③为了使热轧油能适应大量高压水冲刷的工况条件，热轧油应具备良好的粘附性，以便能很好地、均匀地附着在轧辊表面，形成牢固的润滑膜；
④流动性好，喷油方便；灰分低，无烟，不含对人体有害物质；
由于现有的热轧机组都用水冷却，事先没有设计供油系统，所以尽管热轧油有水基、油基两种形式，但由于水基热轧油使用条件复杂，在现有轧机上几乎无法使用，又不利于废水处理，所以绝大部分采用油基热轧油。
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