轧制过程基本概念
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金属塑性成形工艺
1
第一章 绪 论
1）材料加工的地位和作用
材料的四基本要素 2
2）金属塑性加工的分类
金属塑性加工是使金属在外力（通常是压力）作 用下，产生塑性变形，获得所需形状、尺寸和组 织、性能制品的一种基本的金属加工技术。 基本塑性加工方法有轧制、锻造、挤压、拉拔、 拉深、弯曲、剪切等几类 。
3
3）金属塑性加工的主要方法
轧制 轧制
4
自由锻
自由锻，一般是在锻锤或 水压机上，利用简单的工 具将铸锭或棒材锻成所需
要的形状和尺寸。
锻压
在模锻锤、模锻水压 机或模锻压力机上利 用专用的模具来使金
属成形
5
挤压
有色金属型材、 管材的主要生产
方法
6
广泛用于电线 、电缆、金属 网线和各种管
材生产上
拉拔
所示。当轧件完全充满辊缝时，δ＝0，开始稳定轧制阶段。
轧件充填辊缝过程中作用力条件的变化图解
25
2.2.1分析稳定轧制过程的轧件受力 简化处理：设合力作用在接触弧的中点
合力作用点的中心角Φ随着轧件逐渐填充辊缝，合力作用点内移， 由Φ＝α开始逐渐减小。当轧件充填辊缝，即过渡到稳定轧制阶段， 合力作用点位置固定下来，所对应的中心角Φ也不再发生变化，并为 最小值。 即 Φ＝α/Kx， Kx－合力作用点系数
达到稳定轧制阶段时Φ＝ay/2
所以 βy>ay/2
27
假设由咬入阶段过渡到稳定轧制阶段的摩擦 系数不变且其他条件都相同，则稳定阶段的 允许咬入角比咬入阶段的咬入角近似认为大2 倍。
稳定轧制条件： βy≥ay/2
28
2.3 咬入阶段与稳定轧制阶段咬入条件的比较
极限咬入条件 a＝β
极限稳定轧制条件ay＝Kx βy
生产中常用方法：
3）采用开始小压下或采用带有楔形端的钢坯 进行轧制的方法
带楔形端轧件咬入
32
2、提高β的方法
轧制中摩擦系数主要与轧 辊和轧件的表面状态、轧制 时轧件对轧辊的变形抗力以及轧辊线速度的大小有关 1）改变表面状态，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降 低，采取低速咬入。 3）改变润滑情况等。
15
1.1.2参数之间的关系
（1）变形区长
（2）咬入角α＝arcsin
α＝arccos（
）
16
1.1.3轧制变形表示方法
矩形件变形前后的尺寸
17
1）绝对变形量 不能正确说明变形量的大小
压下量 宽展量 延伸量
ΔhHh
ΔbbB
ΔllL
18
2）相对变形量：用轧制前、后轧件尺寸的相对变化表 示变形量
34
2、锻造工艺学与模具设计，姚泽坤，西北 工艺出版社。
9
出勤 作业 实验 考试
考核
10
第二章 轧制过程的基本概念
11
轧制过程靠旋转轧辊与轧件之间形成的摩擦 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。
12
1、变形区及主要参数
简单轧制过程（最简单的纵轧过程）
简化假设： （1）上下轧辊直径相等，转速相同， （2）两个轧辊均为主传动， （3）平辊轧制，非孔槽轧制， （4）轧辊为刚性（轧辊本质上为弹性件）； （5）轧件除受轧辊作用外，不受其它任何外力作用， （6）轧件在入辊处和出辊处速度均匀 （7）轧件的材质、温度均匀。
冷轧时 βy/β≈1 受温度和氧化皮影响小,Kx ≈2~2.4 热轧时βy/β<1 摩擦系数降低， Kx ≈1.5~1.7
30
2.4改善咬入的途径
1.降低咬入角α
由α≦β可知，应使α ， β 1、减小α方法 由α＝arccos(1-△h/D） 1）减小压下量 2）增大D
增大轧辊直径的咬入情况 31
26
分析稳定轧制条件轧辊对轧件的作用力，以寻找稳定轧制条件
Nx<Tx Nx=NsinΦ Tx=TcosΦ=NfycosΦ
fy>tanΦ
将ay/Kx 代入上式，得到稳定轧制的条件：
即fy>tanay/Kx
或βy>ay/Kx
fy，βy——稳定轧制阶段的摩擦系数和摩擦角
ay——稳定轧制阶段的咬入角
相对压下量
1 h Δh/ H 10% 0
相对宽展量
b2Δb/ B10% 0
相对延伸量
3ιΔl /L 10% 0
19
3）变形系数 ：用轧制前、后轧件尺寸的比值表示变形程度
体现体积不变
压下系数 η H h
>1
宽展系数 β b
B
延伸系数
μ l L
20
43））真应变（对数变形）：都是变形后/变形前
可加性、体积不变关系
1
ln
h H
2
ln
b B
3
ln
ห้องสมุดไป่ตู้
l L
<0
1230
>0
21
2、咬入条件
2.1咬入条件 咬入：依靠旋转的轧辊与轧件之间的摩擦力将
轧件拽入变形区的现象。 咬入条件即实现咬入的力学条件
22
2.1.1开始咬入时轧件的受力分析
T0
P P
T0
轧件对轧辊 轧件与轧辊开始接触瞬间作用力图解
轧辊对轧件
23
咬入条件分析：
33
复习题
1、在Ф650mm轧机上轧制软钢，轧件的原 始厚度为180mm，用极限咬入条件时，一 次可压缩100mm，求摩擦系数。
2、在Ф650mm轧机上轧制的钢坯尺寸为 100×200×300mm（高×宽×长），压 下量为35mm，试计算变形区各基本参数 及轧后轧件尺寸（忽略宽展）。
3、推导咬入条件，并绘出当 ， ， 轧辊对轧件作用力及其合力 F 图示 。
依靠冲头将金属板
拉深（冲压） 料顶入凹模中产生
拉延变形
7
本课的主要内容
主要内容：轧制及锻造工艺 （1）了解轧制加工的基本理论和工艺 （2）掌握型材和板带材轧制的工艺过程
和工艺问题。 （3）了解锻造成型的基本原理和工艺 （4）掌握自由锻和模锻工艺的基本分析
方法和设计方法。
8
参考教材
1、金属塑性加工学－轧制理论与工艺，王 廷溥，冶金工业出版社。
13
1.1变形区及其主要参数
变形区： （1）几何变形区：入口
和出口截面之间的区域 （2）物理变形区：发生 塑性变形的区域
14
1.1.1变形区参数
（1） 咬入弧（接触弧）：轧件与轧辊相接触 的圆弧。 （2） 咬入角α：咬入弧所对应的圆心角称为 咬入角（亦称接触角）。 （3）变形区长：咬入弧的水平投影。 （4）轧辊半径R （5）轧件轧前、后的厚度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
二者比值为：ay＝
βy
Kx β
a
由上式可以看出，极限咬入条件与极限稳定
轧制条件的差异取决于Kx与βy/β两个因素， 也就是合力作用点位置与摩擦系数的变化。
29
2.3.1因素分析
1、合力作用点位置或系数Kx的影响 合力作用点愈向出口移动，Kx值越高，则ay
越高，即在稳定轧制阶段允许实现较大的咬 入角。 2、摩擦系数的影响
当Nx>Tx 不能咬入 当Nx＝Tx 恰能咬入 当Nx<Tx 能咬入 咬入条件为： Nx≦Tx Nx＝NSinα， Tx＝Tcosα＝fNcosα
f≧tan α，
β 摩擦系数可用摩擦角表示 ，f＝tanβ 即咬入条件为： β≧α
三种情况的合力作用情况
24
2.2 稳定轧制条件
当轧件被轧辊咬入后开始逐渐充填辊缝，在轧件充填辊缝过 程中，轧件前端与轧辊轴心联线间的夹角δ不断减小，如图
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第一章 绪 论
1）材料加工的地位和作用
材料的四基本要素 2
2）金属塑性加工的分类
金属塑性加工是使金属在外力（通常是压力）作 用下，产生塑性变形，获得所需形状、尺寸和组 织、性能制品的一种基本的金属加工技术。 基本塑性加工方法有轧制、锻造、挤压、拉拔、 拉深、弯曲、剪切等几类 。
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3）金属塑性加工的主要方法
轧制 轧制
4
自由锻
自由锻，一般是在锻锤或 水压机上，利用简单的工 具将铸锭或棒材锻成所需
要的形状和尺寸。
锻压
在模锻锤、模锻水压 机或模锻压力机上利 用专用的模具来使金
属成形
5
挤压
有色金属型材、 管材的主要生产
方法
6
广泛用于电线 、电缆、金属 网线和各种管
材生产上
拉拔
所示。当轧件完全充满辊缝时，δ＝0，开始稳定轧制阶段。
轧件充填辊缝过程中作用力条件的变化图解
25
2.2.1分析稳定轧制过程的轧件受力 简化处理：设合力作用在接触弧的中点
合力作用点的中心角Φ随着轧件逐渐填充辊缝，合力作用点内移， 由Φ＝α开始逐渐减小。当轧件充填辊缝，即过渡到稳定轧制阶段， 合力作用点位置固定下来，所对应的中心角Φ也不再发生变化，并为 最小值。 即 Φ＝α/Kx， Kx－合力作用点系数
达到稳定轧制阶段时Φ＝ay/2
所以 βy>ay/2
27
假设由咬入阶段过渡到稳定轧制阶段的摩擦 系数不变且其他条件都相同，则稳定阶段的 允许咬入角比咬入阶段的咬入角近似认为大2 倍。
稳定轧制条件： βy≥ay/2
28
2.3 咬入阶段与稳定轧制阶段咬入条件的比较
极限咬入条件 a＝β
极限稳定轧制条件ay＝Kx βy
生产中常用方法：
3）采用开始小压下或采用带有楔形端的钢坯 进行轧制的方法
带楔形端轧件咬入
32
2、提高β的方法
轧制中摩擦系数主要与轧 辊和轧件的表面状态、轧制 时轧件对轧辊的变形抗力以及轧辊线速度的大小有关 1）改变表面状态，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降 低，采取低速咬入。 3）改变润滑情况等。
15
1.1.2参数之间的关系
（1）变形区长
（2）咬入角α＝arcsin
α＝arccos（
）
16
1.1.3轧制变形表示方法
矩形件变形前后的尺寸
17
1）绝对变形量 不能正确说明变形量的大小
压下量 宽展量 延伸量
ΔhHh
ΔbbB
ΔllL
18
2）相对变形量：用轧制前、后轧件尺寸的相对变化表 示变形量
34
2、锻造工艺学与模具设计，姚泽坤，西北 工艺出版社。
9
出勤 作业 实验 考试
考核
10
第二章 轧制过程的基本概念
11
轧制过程靠旋转轧辊与轧件之间形成的摩擦 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。
12
1、变形区及主要参数
简单轧制过程（最简单的纵轧过程）
简化假设： （1）上下轧辊直径相等，转速相同， （2）两个轧辊均为主传动， （3）平辊轧制，非孔槽轧制， （4）轧辊为刚性（轧辊本质上为弹性件）； （5）轧件除受轧辊作用外，不受其它任何外力作用， （6）轧件在入辊处和出辊处速度均匀 （7）轧件的材质、温度均匀。
冷轧时 βy/β≈1 受温度和氧化皮影响小,Kx ≈2~2.4 热轧时βy/β<1 摩擦系数降低， Kx ≈1.5~1.7
30
2.4改善咬入的途径
1.降低咬入角α
由α≦β可知，应使α ， β 1、减小α方法 由α＝arccos(1-△h/D） 1）减小压下量 2）增大D
增大轧辊直径的咬入情况 31
26
分析稳定轧制条件轧辊对轧件的作用力，以寻找稳定轧制条件
Nx<Tx Nx=NsinΦ Tx=TcosΦ=NfycosΦ
fy>tanΦ
将ay/Kx 代入上式，得到稳定轧制的条件：
即fy>tanay/Kx
或βy>ay/Kx
fy，βy——稳定轧制阶段的摩擦系数和摩擦角
ay——稳定轧制阶段的咬入角
相对压下量
1 h Δh/ H 10% 0
相对宽展量
b2Δb/ B10% 0
相对延伸量
3ιΔl /L 10% 0
19
3）变形系数 ：用轧制前、后轧件尺寸的比值表示变形程度
体现体积不变
压下系数 η H h
>1
宽展系数 β b
B
延伸系数
μ l L
20
43））真应变（对数变形）：都是变形后/变形前
可加性、体积不变关系
1
ln
h H
2
ln
b B
3
ln
ห้องสมุดไป่ตู้
l L
<0
1230
>0
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2、咬入条件
2.1咬入条件 咬入：依靠旋转的轧辊与轧件之间的摩擦力将
轧件拽入变形区的现象。 咬入条件即实现咬入的力学条件
22
2.1.1开始咬入时轧件的受力分析
T0
P P
T0
轧件对轧辊 轧件与轧辊开始接触瞬间作用力图解
轧辊对轧件
23
咬入条件分析：
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复习题
1、在Ф650mm轧机上轧制软钢，轧件的原 始厚度为180mm，用极限咬入条件时，一 次可压缩100mm，求摩擦系数。
2、在Ф650mm轧机上轧制的钢坯尺寸为 100×200×300mm（高×宽×长），压 下量为35mm，试计算变形区各基本参数 及轧后轧件尺寸（忽略宽展）。
3、推导咬入条件，并绘出当 ， ， 轧辊对轧件作用力及其合力 F 图示 。
依靠冲头将金属板
拉深（冲压） 料顶入凹模中产生
拉延变形
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本课的主要内容
主要内容：轧制及锻造工艺 （1）了解轧制加工的基本理论和工艺 （2）掌握型材和板带材轧制的工艺过程
和工艺问题。 （3）了解锻造成型的基本原理和工艺 （4）掌握自由锻和模锻工艺的基本分析
方法和设计方法。
8
参考教材
1、金属塑性加工学－轧制理论与工艺，王 廷溥，冶金工业出版社。
13
1.1变形区及其主要参数
变形区： （1）几何变形区：入口
和出口截面之间的区域 （2）物理变形区：发生 塑性变形的区域
14
1.1.1变形区参数
（1） 咬入弧（接触弧）：轧件与轧辊相接触 的圆弧。 （2） 咬入角α：咬入弧所对应的圆心角称为 咬入角（亦称接触角）。 （3）变形区长：咬入弧的水平投影。 （4）轧辊半径R （5）轧件轧前、后的厚度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
二者比值为：ay＝
βy
Kx β
a
由上式可以看出，极限咬入条件与极限稳定
轧制条件的差异取决于Kx与βy/β两个因素， 也就是合力作用点位置与摩擦系数的变化。
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2.3.1因素分析
1、合力作用点位置或系数Kx的影响 合力作用点愈向出口移动，Kx值越高，则ay
越高，即在稳定轧制阶段允许实现较大的咬 入角。 2、摩擦系数的影响
当Nx>Tx 不能咬入 当Nx＝Tx 恰能咬入 当Nx<Tx 能咬入 咬入条件为： Nx≦Tx Nx＝NSinα， Tx＝Tcosα＝fNcosα
f≧tan α，
β 摩擦系数可用摩擦角表示 ，f＝tanβ 即咬入条件为： β≧α
三种情况的合力作用情况
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2.2 稳定轧制条件
当轧件被轧辊咬入后开始逐渐充填辊缝，在轧件充填辊缝过 程中，轧件前端与轧辊轴心联线间的夹角δ不断减小，如图