轧制过程的基本概念
材料成型工艺学-轧制原理与工艺基础
z型钢：棒线材无头轧制 z特点：连续生产，提高成材率，简化控制系
统，提高产品质量
2007年10月24日 5
材料成形工艺学(中)——轧制原理
绪 论
5. 采用柔性化的轧制技术
z多品种，小批量，短交货期 → 柔性化轧
制技术：
z热轧自由程序轧制技术 z型钢自由程序轧制：无孔型平辊轧制（H 型钢延伸机组） 成品孔，成品前孔共用
2007年10月24日
ห้องสมุดไป่ตู้
23
材料成形工艺学(中)——轧制原理
1 轧制过程的基本概念
1.1 变形区基本参数
1.1.2 轧制变形的表示方法
1.1.2.1 相对变形量
H −h 100 % H b−B 100 % B l−L 100% L
H −h 100 % h b−B 100 % b l−L 100% l
ADB、CEG 流动产生宽展 变形区 横向流动
2007年10月24日
30
材料成形工艺学(中)——轧制原理
1 轧制过程的基本概念
1.2 金属在变形区内的流动规律
1.2.2 沿轧制宽度方向上的流动规律
l h
较大时（薄轧件），受表面外摩擦影响，出现单鼓变形
lh
<0.5时(厚轧件),变形不能深透到整个断面高度,出现双鼓变形
2
B1 B3
2
的平方
B1C = 2 R B1 B3
如图
18
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材料成形工艺学(中)——轧制原理
1 轧制过程的基本概念
Δh DB3 = + Δ1 + Δ 2 2
B1 B3 = Δ1 + Δ 2
控制轧制与控制冷却培训
控制轧制与控制冷却培训一、轧制的基本原理和过程1. 轧制的概念和分类：介绍了轧制的定义和轧制根据加工方式和加工精度的不同可以分为粗轧和精轧。
2. 轧制的基本原理：介绍了轧制的原理，包括材料变形、变形力和摩擦力。
3. 操作技巧和注意事项：介绍了轧机的操作技巧和相关的注意事项，包括轧机的启动、停止和维护等内容。
二、控制轧制的关键参数1. 温度控制：介绍了轧制过程中温度的控制方法和关键参数。
2. 轧制力和轧制速度：介绍了轧制过程中轧辊的力和速度的控制方法和关键参数。
3. 压下量：介绍了轧制过程中的压下量的控制方法和关键参数。
三、冷却的基本原理和过程1. 冷却的概念和分类：介绍了冷却的定义和冷却方式的分类。
2. 冷却的基本原理：介绍了冷却的原理，包括热量传递和温度控制。
3. 操作技巧和注意事项：介绍了冷却设备的操作技巧和相关的注意事项，包括冷却水的供应和冷却温度的控制等内容。
四、控制冷却的关键参数1. 冷却水温度：介绍了冷却过程中冷却水温度的控制方法和关键参数。
2. 冷却水流量：介绍了冷却过程中冷却水流量的控制方法和关键参数。
3. 冷却时间：介绍了冷却过程中冷却时间的控制方法和关键参数。
五、轧制与冷却的协调控制1. 轧制和冷却的关联性：介绍了轧制和冷却之间的关联性，以及对产品性能和质量的影响。
2. 控制系统的应用：介绍了轧制和冷却中常用的控制系统，包括自动控制系统和人工控制系统等。
3. 故障处理和维护：介绍了轧制和冷却中常见的故障处理方法和设备维护技巧。
以上是本次控制轧制与控制冷却培训的主要内容概要，希望通过此次培训，能够提高操作工人对控制轧制与控制冷却的理解和技能，为公司的生产和产品质量提升贡献力量。
六、安全生产培训1. 轧制和冷却设备的安全操作规程：介绍了轧制和冷却设备的安全操作规程，包括设备启动、停止和紧急情况的处理等内容，以确保操作人员的安全。
2. 安全防护措施：介绍了轧制和冷却设备的安全防护措施，包括安全防护装置的使用和维护，以减少事故发生的可能性。
轧制原理概述及第一章
4. 变形区长度L
接触弧的水平投影称为变形区长度，由图2可知：
l AE R2 OE2
其中
OE 2
R
h 2
R2
R h h 2
R2
R h
2
4
l R2 R2 R h R h
F0 1F1，F1 2 F2，F2 3 F3 ，Fn1 n Fn
而
nБайду номын сангаас
F0 Fn 12 3 n
i
n p
i 1
有
p n
③ 压下率之间的关系
这里指积累压下率与道次压下率（与)之间的关系，根据定
义，积累压下率为 道次压下率为
h0 hn h0
1
h0 h0
h1
2
h1 h2 h1
n
第一章 轧制过程基本概念
1.1 轧制过程三阶段及变形区基本参数计算 1.1.1 轧制过程三阶段
1) 咬入阶段 一般将轧件的前端与轧辊相接触到轧件被咬入轧辊称为咬入阶 段。此时的主要问题是轧辊能否把轧件拽入轧辊中进行塑性 变形-即能否咬入。图1(a)中的角为轧件与轧辊相接触的圆弧 所对应的圆心角，称之为咬入角。
hn1 hn hn1
即
1 1
h1 h0
12
h2 h1
1n
hn hn1
则有
h1
h2
(1 2 )
h2
h3
(1 3 )
hn1
hn
(1 n )
如此递推，有下式成立：
1 1
h1 h0
1 h0
h2
(1 2 )
1 h0
h3
(1 2 )(1 3 )
1 h0
h4
(1 2 )(1 3 )(1 4 )
轧制的基本原理和特性分析
Nx
Tx
T
N
稳定轧制条件
咬入过程中，
Nx Tx
NsinTco s
NsinfNcos tanftan
Nx
Tx
T
N
稳定轧制时，θ＝α/2
2
各种轧机的咬入角
各种轧制条件下的允许最大咬入角
改善咬入条件的途径
满足咬入条件，是顺利实现轧制过程的基本保证，而改 善咬入条件，是增加压下量、提高生产率的有力措施。
轧制过程的简单描述
b0
b1
h0
l0
h1 l1
• 为使轧制过程顺利进行，主电机要具有足够的功率， 以通过轧辊提供轧件塑性变形所需的变形力，而所 需变形力的大小与轧件本身的性质和应力状态有关。 在实际轧制过程中，这一变形力又对轧辊产生反作 用而影响轧制过程。
1.2 轧制变形区及其主要参数
• 轧制变形区
冷加工时，由于加工硬化和微裂纹的产生，金属密度略 有减小，但是各种金属和合金冷加工时密度通常只减小 0.1～0.2%，当进行中间退火和最终退火时，由于产生再结 晶，密度将增加到接近加工前的数值。
1.3 体积不变条件
热加工过程中，加工硬化和再结晶同时或依次产生，变形 金属的密度及体积在加工过程中可以认为是不变的。
b0
b1
h0
l0
h1 l1
• 在轧制过程中，轧辊对轧件的作用力要同时产生两 个效果：将轧件拖入辊缝同时使之产生塑性变形。 在满足屈服条件的前提下，轧制过程能否开始取决 于轧辊是否能将轧件拖入辊缝。
• 在轧制过程中，轧件高度减小。轧件在高度方向减 少的体积，要转移到轧件的宽度和长度方向，这一 变形过程不仅决定了轧制后的轧件尺寸，而且也影 响到轧件进出轧辊的速度。
轧制理论
陈银莉 Yinli_chen@ 北京科技大学
1
金属的塑性成形方法：
轧制(Rolling)、锻造(Forging)、挤压 (Extrusion)、拉拔(Drawing)和深冲(Deep Drawing)
轧材:
将金属坯料(Billet, Bloom, Slab)通过两个转动的 轧辊(Roller)，受连续轧制力而压伸为长形。 轧制法生产效率高，金属消耗少，加工容易，生产 成本低，适合大批量生产， 轧制是生产钢材最主要的方法，轧制钢材占全部钢 成品的98％以上。
轧件与轧辊接触面之间的几何区， 即从轧件入轧辊的垂直平面到轧件 出轧辊的垂直平面所围成的区域 ACBD 。
7 简单理想轧制过程示意图
简单轧制时变形区参数间的关系
1）咬入角
轧件被咬入轧辊时轧件和轧辊最先接触点和轧 辊中心的连线与两轧辊中心连线所构成的角度。
△h/2=D/2-D/2*cosα △h=D(1-cosα) △h≈Rα2
轧制目的：
形状（shape）
尺寸（size） 组织 （microstructure）
4
5
1.1.1 轧制变形区
轧制时轧件在轧辊作用下发生变形的部分。
弹性变形区 塑性变形区
弹性恢复区
6
简单理想轧制：
轧辊直径相同、转速相等、轧辊为 圆柱形刚体、轧件为均匀连续体,轧 制时变形均匀，轧件为平板。
几何变形区：
l / h <0.5～1.0时金属流动速度与应力分布
23
沿轧件宽度方向上的流动规律
纵向受摩擦阻力σ3 横向受摩擦阻力σ2 根据最小阻力定律可把轧制变形区分成4部分：
前后延伸区： 金属纵向流动增加延伸。 延伸区在两侧引起张应力σAB， 削弱延伸，使得宽展区收缩
轧制定义和基本原理
1. 变形区主要参数
• R-轧辊半径 • α—咬入角 • L—变形区长度，是接触弧（α对应
的弧度）的水平投影 • h0, h1—轧件入口厚度和轧后厚度 • L0, L1 —轧件轧制前后的长度 • b0, b1 —轧件轧制前后的宽度
工艺参数的定义
hh0h12R(1co)s压 下 量
R2R2h2
4. 按轧制产品成形特点分类
一般轧制
特殊轧制 周期轧制
施压轧制 弯曲成形
5. 按轧制产品形状分类
板带材轧制 管材轧制 型材轧制 线材轧制
一、板带材轧制
(1) 板带材 板带材是板材和带材的总称。
板材指裁剪成定尺长度品的产 带材板卷成卷生产供应
板带材的几何外形特征用宽厚比B/H表征。 B/H的大小代表了生产技术的难度。
咬入条件—轧件与轧辊接触后，轧辊能把轧件拉入辊缝进行 轧制的必要条件。
1. 开始咬入的情况 轧辊与轧件的受力关系如图所示
N—施加轧件上的力 T—摩擦力 Nx , Tx分别为其水平分量
- 轧件作用力方向与出 口区间的夹角
- 轧件端部与出口的夹 角
N—施加轧件上的力 T—摩擦力 Nx ,Tx分别为其水平分量
（2）分类 ① 板带材按厚度分为三大类：
中4 ~ 20 mm
中 厚 板
厚
20
~
60 mm
薄 板
和
带材
特厚 02
60 mm ~ 4 mm
极
薄带
材
和薄
材
0 001 ~ 0 2 mm
② 按用途可分为：
造船板、锅炉、桥梁、压力容器、汽车、镀层（镀锡、锌）、电工、 屋面、深冲等。
③ 按材料类别
此时的咬入条件为：
轧制加工基础知识
实际与理论的不同 并不否定简单轧制情况的理论学习意义 非简单轧制情况： 张力轧制、变速轧制、异步轧制、孔型轧制 简单轧制的非理想情况： 变形沿轧件断面高度和宽度不是完全均匀的 金属质点沿轧件断面高度和宽度运动速度不是均匀的 是加速过程而非匀速过程 轧制压力和摩擦力沿接触弧长度上分布不是均匀的 摩擦-粘着状态不是确定的 轧机轧辊不是刚性的
2
T P tan
2 T P
tan f
tan
2
2
可见：按照金属进入轧辊的程度，咬入条件向有利 的一方面转化，亦即最初咬入时，所需的摩擦条件 最高。随轧件逐渐进入轧辊，越易咬入。
3 中性面—相对运动（水平）、绝对运动
中性面对应的圆心角叫中性角，常用γ表示。 金属质点相对轧辊向入口流动形成后滑。 金属质点相对轧辊向出口流动形成前滑。 向两侧流动形成宽展。 前滑和后滑是相对轧辊的。 但绝对速度是向前的。
v h v v H
轧件出口速度大于轧辊圆周速度
vh v
轧件入口速度小于轧辊入口处 水平分速度
v H v co s
中性面处轧件水平速度等 于此处轧辊水平速度
v v co s
问答： 1 在中性面处，哪两个速度相等？ 思考： 根据上边的初步分析，已经揭示了轧制过程的内在矛盾：如要加大压下量以 提高轧机生产能力，根据咬入条件则应增加摩擦，但由于金属质点与轧辊表面有 相对滑动，摩擦增加导致轧辊磨损，是轧件表面质量变坏，而且增加了力、能消 耗。为了解决这一矛盾，在开坯轧机，咬入条件成为主要矛盾时，甚至在轧辊上 人为刻痕，以增加摩擦改善咬入条件来提高压下量。而当冷轧薄板时，表面质量 成为组要矛盾时，则采用润滑剂来降低摩擦，改善表面质量，同时降低力、能消 耗。 从公式Δh=D(1-cosα)和咬入条件α≤β可知，在相同摩擦条件下，增加辊径可 以提高压下量，同时可以提高轧辊强度，这是有利的一面。但是随着辊径增加， 接触弧长度增加，因而使应力状态增强，引起轧制力急剧增加。这是不利的一面。 当轧薄板道次压下量不大而工具强度和刚度成为主要矛盾时，不得不采用小直径 轧辊的轧机来生产，这时要采用支撑辊，因而引起了轧机辊系结构的复杂化。 下节课讲各类型的轧机。
轧制原理的基本知识
照片、
AGC
液压控制系统AGC确实是
一个英文缩写，全拼是"Auto
Gauge Contrd"液压控制系统
AGC有下列几个部分组成：（1）
检测部分；（2）自动控制部分；
（3）执行机构；（4）调节方式；
ห้องสมุดไป่ตู้
AGC
液压伺服控制系统 包括控制系 统和伺服放大器 伺服阀、压 下液 压缸、辊缝位移反馈和压头力反馈 等
轧制原理的基本知识
基本知识
轧制过程基本参数
一、
轧制过程是靠旋转的轧辊与轧件之 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。轧制的目的是使被轧制的 材料具有一定形状；尺寸和性能。
二、
在轧制过程中，与轧辊接触并产生 塑性变形的区域为变形区。
三、
在一般的轧制条件下，轧辊圆周速度 和轧件速度是不相等的，轧件出口速 度比轧辊圆周速度大，因此，轧件与 轧辊在出口处产生相对滑动，称为前 滑。而轧件入口速度比轧辊圆周速度 低，轧件与轧辊间在入口处也产生相 对滑动，但与出口处相对滑动方向相 反，称为后滑。
认识轧制——塑性变形与轧制技术
谢谢大家！
轧件表面状况一样
轧制示意图
简单轧制满足的条件3
（3）工作条件：速度、作用力、装配
轧制示意图
非简单轧制
凡不满足上述条件的轧制过程称为非简单轧制，如： （1）单辊传动。 （2）带张力轧制。 （3）轧制速度在一道次内变化。 （4）轧辊直径不等。 （5）孔型中轧制等等。
实际轧制过程中简单轧制过程不存在
认识轧制——塑性变形与轧制技术
学习目标：
一、轧制的基本概念及目的 二、轧制的分类 三、简单轧制条件
一、轧制的基本概念及目的
轧制： 把金属送入旋转着的轧辊中，轧辊给金属一定的压力，使金属产生塑
性变形，以获得要求的截面形状和尺寸，并同时改善金属性能的方法。
轧制目的：
1）轧件断面尺寸减小而长度增大； 2）得到用户所需要的形状和尺寸； 3）获得所要求的性能。
二、轧制的分类
按轧制时轧件与轧辊的相对运动关系不同，轧制方法分为： 纵轧、横轧和斜轧三种。
纵轧示意图
1—轧辊；2—轧件
横轧简图
1—轧辊；2—轧件；3—支撑辊
斜轧简图
1— 轧 辊 ； 2— 坯 料 ； 3— 毛 管 ； 4—顶头；5—顶杆
二、轧制的分类
1 、纵轧 特点：
（1）两个轧辊转动方向相反； （2）轧件的轴线与轧辊轴线垂直； （3）轧件做平动。 应用广泛，可生产型钢，钢板和一
些异型钢材。
纵轧示意图
1—轧辊；2—轧件
二、轧制的分类
2、横轧 特点：
（1）横轧时两个（或三个）工作轧辊 的旋转方向相同；
（2）轧件轴线与轧辊轴线平行； （3）轧件在轧辊间转动。 可生产车轮、轮箍、齿轮，轴承内外
圈及各种断面的轴件。
横轧简图
3.2 轧制
缝隙，产生压缩变形，主要在长度
方向产生延伸的过程。
轧制演示
•
轧制的目的
成形 改质、提高性能
• 轧制得到广泛应用，大部分金属以轧态使用。如：
• 钢材 90% • 铝及合金 35—45% • 铜及合金 60—70%
压下系数 h0 h1 压下率 h h 100% 0 l1 延伸系数 l0 宽展b b1 b0
2. 轧制过程的金属流动
设：轧件无宽展，垂直截面水平流动速度相同，则按体积不变条件可知， 变形区流动速度变化： • • • 在轧辊入口：金属的流动速率 < 轧辊表面圆周速度 在轧辊出口：金属的流动速率 > 轧辊表面圆周速度 则在变形区存在一个金属流速 = 轧辊表面园周速度的地方→中性面
B/H的大小代表了生产技术的难度。
（2）分类 ① 板带材按厚度分为三大类：
中4 ~ 20m m 中厚板 厚20 ~ 60m m 特厚 60m m 薄板和带材0 2 ~ 4m m 极薄带材和薄材0 001~ 0 2m m
② 按用途可分为：
进，在固定的顶头作用下，穿成 空心毛管。
② 轧管： 穿孔机形成的毛管表面极不平整，尺寸精度差。因此，要在 自动轧管机上轧成薄壁荒管，然后，再经2-3道次轧制到成
品壁厚。总延伸率1.8-2.2
③ 均整 消除荒管的内外表面缺陷和椭圆度、壁厚均匀化。
用带芯棒斜轧方法完成。均整后管材直径扩大3-9%，
长度缩短1-6%
在简单轧制情况下，驱动两辊的轧制力矩
M M1 M 2
M pRh(b0 b1 )
轧制过程的基本概念
14 轧制过程的基本概念轧制过程是轧件由摩擦力拉进旋转轧辊之间，受到压缩进行塑性变形的过程，通过轧制使金属具有一定的尺寸、形状和性能.为了建立轧制过程的基本概念,就必须研究轧制过程中所发生的基本现象和建立轧制过程的条件。
这是本章所要讨论的主要内容。
14。
1 变形区主要参数虽然我们在生产实践中遇到不同的轧辊组合方式,但实际上金属承受压下而产生塑性变形是在一对工作轧辊中进行的。
除了一些特殊辊系结构形式(如行星式轧机、Y形轧机)外，均系在一对轧辊间轧制的简单情况，一般都以此做为研究轧制过程的开端。
图14−1表示简单轧制过程图示.所谓简单轧制过程，即上下轧辊直径相同、转速相等，轧辊无图14−1 简单理想轧制过程图示切槽，均为传动辊，无外加张力或推力，轧辊为刚性的。
参照（1−7）式，轧制时绝对变形量（压下、延伸、宽展）分别用下式表示h H h -=∆H h L L L -=∆ H h B B B -=∆式中 h 、H ——轧件轧后、轧前高度；h L 、H L ——轧件轧后、轧前长度； h B 、H B -—轧件轧后、轧前宽度. 相对变形量，参照（1−8）、(1−9）式。
根据体积不变条件，轧制时也可得到与(1−10)和（1−11）式同样的表示各向变形系数 的关系式11=⋅⋅μωη或 0ln ln 1ln=++μωη由上面的式子可知，由一个主变形方向压下来的金属，按着不同的比例分配到另外两个主变形方向上去，亦即轧制时在一定压下量情况下将会得到一定的延伸量和宽展量。
如果以H F 表示轧件在轧前的横断面积，而h F 为轧后的横断面积，根据体积不变条件，参照（1−14）式，则μ==hH H h F FL L（14−1）在轧制生产中，坯料一般要经过若干道次轧制才能得到成品，延伸系数则可分为总延伸系数和道次延伸系数.如轧制n 道次,各道次轧前轧件横断面积为110F F μ=221F F μ=332F F μ=…………n n n F F μ=-1 从上式可得nn F F μμμμ⋅⋅⋅⋅=3210∙∙∙∙∙∙n n F μ（14−2）式中 0F 、n F ——轧前、轧后轧件横断面积； 1F 、2F 、……1-n F ——1～（n －1）道次轧件轧后之横断面积；1μ、2μ、……n μ——1~n 道次的延伸系数.由(14−2）式可得n nF F μμμ⋅⋅⋅⋅=210如果设n F F 0=∑μ为轧件轧制n 道次后的轧制总延伸系数，则∑∑⋅⋅⋅⋅⋅⋅=μμμμμ321（14−3)由此可知，总延伸系数为各道次延伸系数之乘积。
轧制变形与工艺基础.
第一节 轧制变形基本原理1、金属的塑性变形与弹性变形1.1 影响金属热塑性变形的主要因素影响金属热塑性变形的因素，有金属本身内部因素和加热等外部条件。
1) 钢中存在碳及其他合金元素，使钢的高温组织，除有奥氏体外，还有其他过剩相。
这些过剩相降低钢的塑性。
钢中的杂质也是影响金属热塑性变形的内在因素，钢中的硫能使钢产生热脆。
2）影响热轧时塑性变形的外部条件有加热介质和加热工艺，对碳钢而言，当变形条件相同时，变形金属的化学成分及组织结构不同，温度对塑性的影响也不同，如图1-2-1。
图中I 、II 、III 、IV 表示塑性降低区域（凹谷）；1、2、3表示塑性增高区域（凸峰）。
I 区中钢的塑性很低；II 区（200-400℃）——“蓝脆”区中，钢的强度高而塑性低；III 区（850-950℃）——相变温度区又称“热脆”区，钢通常一个相塑性好，另一个相塑性较差；IV 区接近于钢的熔化温度，钢在该区加热时易发生过热或过烧，这时钢塑性最低。
所以，碳素钢热加工时的最有利的温度范围是1000-1250℃。
对合金钢而言，加热介质尤为重要。
镍含量达2-3%以上的合金钢，在含硫气氛中加热时，硫会扩散到金属中，并在晶界上形成低熔点的Ni 3S 2化合物，因而降低了金属的塑性。
含铜超过0.6%的钢，有时甚至是含铜0.2-0.3%的钢，如在强氧化气氛中较长时间的高温加热时，由于选择性氧化的结果，在钢的表面氧化铁皮下会富集一薄层熔点低于1100℃的富铜合金，这层合金在1100℃时熔化并侵蚀钢的表面层，使钢在热轧加工时开裂。
3）热轧温度选择不合适，也会给金属带来不良的影响。
当终轧温度过高时，往往会造成金属的晶粒粗大；若终轧温度过低时，又会造成晶粒沿加工方向伸长的组织，并有一定的加工硬化。
在这两种情况下，金属的性能都会变坏。
所以，合理控制金属的热轧温度范围，对获得所需要的金属组织和性能，具有重要意义。
1.2 金属的弹性变形金属晶格在受力时发生歪扭或拉长，当外力未超过原子之间的结合力时，去掉外力之后晶格便会由变形的状态恢复到原始状态，也就是说未超过金属本身弹性极限的变形叫金属的弹性变形。
轧制的基本概念
1轧制的基本概念1轧制的定义：靠旋转的轧辊与轧件间的摩擦力将轧件拖入辊缝使之受到压缩产生塑性变形的过程2轧钢的原料：钢锭和连铸坯3产品：钢材4分类：特种类型钢，型钢，板带钢，钢管，型钢：圆钢。
方钢，角钢板带钢：带钢，钢板钢管：方管，圆管，异型管特殊类型钢：周期断面刚钢锭内部结构：外层：细晶粒带。
中间：柱状晶粒带。
内部：苯环晶带5轧制的目的：获得一定尺寸形状的钢材是钢材的性能得到改善2轧制过程的基本参数1变形区域参数入口是指进入变形区的方向出口是指离开变形区的方向入口高度H，出口高度h入口宽度B出口宽度b变形区长l咬入角@轧辊半径R2变形量的表示a绝对变形量表示高度方向：压下量Δh=H-h宽度方向：宽展量Δb=b-B长度方向：延伸量△l=l-L绝对变形量用于工程计算不能反映物体的变形程度b相对变形量高度方向：相对压下量ε1=Δh/H*100％宽度方向：相对宽展量ε2=Δb/B*100％长度方向：相对延伸量ε3=Δl/L*100％相对变形量表示物体的变形程度，但直观性差c变形系数高度方向：压下系数η=H/h宽度方向：宽展系数ω=b/B长度方向：压下系数μ=l/L能说明金属变形前后的尺寸变化倍数关系3体积不变定律V1=v2H*B*L=h*b*lF*0*L=F*N*ll/L=F0/FN=μ4总延伸系数，道次延伸系数，平均延伸系数μ总=μ1*μ2*μ3*。
μnμ平=n√μ总5变形区参数间的几何关系Δh=D*(1- cosα)分析参数当α一定时，D越大，Δh越大，变形区越长当Δh一定时，D越大，α越小变形区越长当D一定时，α越大，变形区越长3摩擦力的概念1摩擦力：是指两个物体互相接触当它们作相对运动或有作相对运动的趋势时，在接触面上会产生一种阻碍运动的力叫摩擦力2产生摩擦力的条件相对运动作相对运动3摩擦力的大小与哪些因素有关正压力的大小摩擦对的性质和状态，归结为摩擦系数4摩擦定律T= f*n4轧制过程的建立1开始咬入的条件咬入时轧辊给轧件的力正压力的垂直分力结论正压力不变，摩擦力增大减小咬入角，摩擦力增大咬入过程的建立2咬入条件的第二种表达f>tanα3咬入条件的第三种表达合力偏向出口i摩擦角：合力与法线的夹角，它是由摩擦系数决定的成为摩擦角4咬入条件的第四种表达F=tanВ5轧制过程的三个阶段●咬入阶段：轧件前端与轧辊接触到前端达到变形区出口的这个过程●稳定轧制阶段：从轧件前端离开变形区出口到轧件后端进入变形区入口位置叫●抛出阶段：轧件后端里开变形区出口6稳定轧制的条件f>tanαtanв>tanα/2●剩余摩擦力：克服推出力以为还剩余的摩擦力叫剩余摩擦力●最大压下量受咬入条件限制的最大压下量Δhmax=D（1-cosαmax）Αmax=в7影响咬入的条件a摩擦系数的增大有利于咬入影响摩擦系数的因素工具的表面状态，工具的化学成分，金属的表面状态，金属的化学成分，接触面的单位压力变形温度，变形速度b咬入角增大，不易咬入轧辊直径增大，咬入角减小压下量增大，咬入角增大c其他影响咬入的因素轧件前端的形状，孔型侧壁，后推力，5宽展的概念1宽展的定义：轧制时被压下的金属一部分延横向流动，使金属产生横向变形叫宽展2最小阻力定律：当变形体的质点有可能香不同方向流动时，则每个质点延阻力最小的方向流动3分析轧制过程：变形区的俯视图呈扁平梯形分析轧制时的宽展与延伸的分配变形区分宽展与延伸区变形区长度小于宽度，延伸区大与宽展区轧件宽度越大，变形区越宽，宽展区越小变形区长度越小，宽展区越小4宽展的种类自由宽展，强迫宽展，限制宽展自由宽展：轧件在轧制时被压迫部分金属在横向可以自由流动的宽展形式限制宽展：轧件在孔型轧制时，被压下部分金属体积在横向流动的时受到孔型侧壁限制不能自由流动的宽展形式强迫宽展：在轧制某些特殊孔型或特殊轧件形状使得被压下金属大量的横向流动造成轧件宽展量大增许多的宽展形式5影响宽展的因素：高向移动的体积变形区轧件变形的纵横阻力比压下量的影响随压下量的增加而增加原因：压下量增加高度方向位移体积增加长宽两个方向位移体积增加，压下量增加变形区长度增加导致延伸阻力增加宽展要增加更多轧件宽度的影响轧件越宽，宽展越小轧辊直径的影响轧辊直径增加变形区增大宽展量增加原因：轧辊直径增加，变形区长度增加纵向摩擦力增加延伸减小宽展增加轧辊直径增加约趋于平面纵向力的水平分力越大轧制道次的影响总压下量相等，随道次增加宽展减小摩擦力的影响摩擦系数增加宽展增加原因：高温时温度增加摩擦系数减小宽展减小轧制速度越快摩擦力越小宽展越小轧辊表面越粗糙宽展越大合金钢比碳钢宽展大钢辊比铁辊宽展大张力对宽展的影响张力越大宽展越小6前滑与后滑前滑区中性面：前滑区与后滑区的分界面叫中性面中性角：中性面对应的圆心角叫中性角变形区内金属对轧辊的相对运动：前滑区内金属相对轧辊向前运动后滑区内金属相对轧辊向后运动中性面内金属相对于轧辊没有运动前滑值：前滑的定义：在变形区出口处轧件的前进速度大于该点处轧辊的圆周速度，叫前滑表达式：Sh=*(Vh-v)/v*100％后滑值轧件在变形区入口处的前进速度小于该点轧辊圆周速度的水平分量叫后滑表达式Sh=(v*cosα-VH)/v*cosα*100％7连轧与前滑秒流量相等原则：轧件在单位时间内通过变形区任意截面的金属秒流量应该为一常数FH*VH=FN*VN=Fr*Vr金属出口速度与入口速度比为延伸系数连轧生产的基本原则：轧机按轧制顺序排成纵列，机架数目等于轧制道次，一根轧件同时在数架轧机同时轧制各机架间遵循秒流量相等的原则。
轧制原理
第1章 轧制过程基本概念轧制：金属通过旋转的轧辊受到压缩，横断面积减小，长度增加的过程。
纵轧：二轧辊轴线平行，转向相反，轧件运动方向与轧辊轴线垂直。
斜轧：轧辊轴线不平行，即在空间交成一个角度，轧辊转向相同，轧件作螺旋运动。
横轧：轧辊轴线平行，但转向相同，轧件仅绕自身的轴线旋转，没有直线运动。
轧制过程：靠旋转的轧辊与轧件之间的摩擦力将轧件拖入辊缝之间，并使之受到压缩产生塑性变形，获得一定形状、尺寸和性能产品的压力加工过程。
体积不变规律：在塑性加工变形过程中，如果忽略金属密度的变化，可以认为变形前后金属体积保持不变。
最小阻力定律：物体在塑性变形过程中，其质点总是向着阻力最小的方向流动。
简单轧制过程：轧制时上下辊径相同，转速相等，轧辊无切槽，均为传动辊，无外加张力或推力，轧辊为刚性的。
变形区概念：轧件承受轧辊作用，产生塑性变形的区域。
几何变形区：轧件直接承受轧辊作用，产生塑性变形的区域。
物理变形区：轧件间接承受轧辊作用，产生塑性变形的区域。
接触弧s （咬入弧）：轧制时，轧件与轧辊相接触的圆弧(弧AB ）咬入角α：接触弧所对应的圆心角。
变形区（接触弧）长度（l ）：接触弧的水平投影长度。
咬入角α: △h = D （l-cos α）cos α=1- △h /D变形区长度l 简单轧制，即上下辊直径相等。
绝对变形量：轧前、轧后轧件尺寸的绝对差值。
压下量 △ h = H-h宽展量 △b = b-B延伸量 △l = l- L相对变形量：轧前、轧后轧件尺寸的相对变化。
相对压下量ε=（ △h/H ）% e = ln h/H相对宽展量 εb=（△b /B ）% eb= ln b/B相对延伸量 εl=（△l/L ）% el= ln l/L 。
变形系数：轧前轧后轧件尺寸的比值表示的变形。
压下系数：η=H/h宽展系数：β（ω）= b/B延伸系数： μ （ λ ）=l/L总延伸系数与总压下率（累积压下率）设轧件原始面积为F0 ,经过n 道次轧制后面积为Fn ，则轧制过程：靠旋转的轧辊与轧件之间的摩擦力将轧件拖入辊缝，并使之受到 压缩 产生塑性变形，获得一定形状、尺寸和性能的压力加工过程。
轧机主参数设计理论
金尼克曲线 14
• 库克曲线
图2-6以 ln(h0/h1) 为横座标， 以变形抗 力σ为纵 座标，对 于不同的 温度有不 同的图形。
15
• 冷态下的变形阻力 一般用σs或σ0.2表示，其变形阻力曲线见图2.7
除采用曲线形式外，也可用公式的形式进行计算以
便于计算机控制。
16
2.2 轧制时接触弧上的平均单位压力pm
2、金属塑性变形——轧制力能参数
2.1 轧制过程的基本概念及基本参数 轧制力能参数——轧制力与轧制力矩、电机功率确定。 研究方法：理论计算（解析法、滑移线法、有限元法
等）； 还可以用实测方法。 目的：建立轧制力计算数学模型及轧机强度计算。
一、轧制时的变形区的金属的应力状态 由两条接触弧围成的区域称之为变形区。 由于轧件在垂直方向产生压缩，沿横向及轧制方向产
6
2、中性角γ计算公式：
1 2
1
1
2
(
T1
T0 P
)
如张力T为零则:
1 2
1
2
式中:T1、T0分别为轧制时的前张力与后张力。 在前滑区轧制速度大于轧辊水平速度，在后 滑区轧制速度小于轧辊的水平速度。
7
前滑区及后滑区
8
3、前滑的计算公式
前滑值定义:
S V1 Vr 100% Vr
3
α——咬入角，接触弧所对应的中心角。 cos α=1- Δh /D
h / R
AB弧称为接触弧或咬入弧。
l——接触弧的水平投影
l R h
以上各参数定义必须牢固掌握！
4
三、轧制过程变形系数
1.压下系数: h1 1
h0
2.宽展系数: b1 1
b0
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（14−6）
4
轧制过程的基本概念
如果上面三值中二者为已知，则其余一值能够迅速地按式
（14−6）求得。 例 如 ， D=460mm
△ h=29mm 时 ， 由 公 式 可 求 出
=20°20'。 又如，D=165mm、 =5°时，由公式可求得△h=0.627mm。
根据几何关系，接触弧长 s 为 s R
4
l Rh （14−9）
几何变形区在图 14−1 中以 ABCD 表示之。
5
轧制过程的基本概念
14.2 实现轧制过程的条件
14.2.1 咬入条件
在生产实践中可以发现，有时轧制很顺利，但也有时压下
量大了，轧件就轧不入。轧件轧不入，一般称不能咬入。
轧制过程是否能建立，决定于轧件能否被旋转的轧辊咬入。
F0 1 2 3 n Fn ∙∙∙∙∙∙ n Fn
式中
F0 、 Fn ——轧前、轧后轧件横断面积；
F1 、 F2 、…… Fn1 ——1~（n－1）道次轧件轧后之横断面
积；
1 、 2 、…… n ——1~n 道次的延伸系数。 由（14−2）式可得
F0 Fn
1 2 n
如果设 F0 Fn 为轧件轧制 n 道次后的轧制总延伸系 数，则
根据体积不变条件，轧制时也可得到与（1−10）和（1−11）
式同样的表示各向变形系数的关系式
1 1
或
ln 1 ln ln 0
由上面的式子可知，由一个主变形方向压下来的金属，按
着不同的比例分配到另外两个主变形方向上去，亦即轧制时在
一定压下量情况下将会得到一定的延伸量和宽展量。
如果以 FH 表示轧件在轧前的横断面积，而 Fh 为轧后的横 断面积，根据体积不变条件，参照（1−14）式，则
…… (1 n )
（14−4）
如果将上式稍加改写这个结论就很容易明白了，即
1
H0 Hn Ho
1
H0 H1 Ho
1
H1 H2 H1
1
H n1 H n H n1
简化后左右两边相等，为
hn h1 h2 h3 hn H 0 H 0 h1 h2 hn1
如图（14−1）所示，咬入角 是指轧件开始轧入轧辊时， 轧件和轧辊最先接触的点和轧辊中心连线与轧辊中心线所构
力的作用；P 力的方向是径向的正压力；T 力是摩擦力，与轧
辊旋转方向一致，是切线方向的，与 P 力垂直。按阿蒙顿−库
伦定律，摩擦系数 f 为 亦即
Tf P
T fP
（14−10）
6
轧制过程的基本概念
2）轧件被轧辊咬入的条件 由轧件受力图（图 14−3）可
以看出，力 P 是外推力，而 T 是拉入力，能否咬入则由它们谁
因此，研究分析轧辊咬入轧件的条件，具有非常重要的实际意
义。
1）轧件与轧辊接触时，轧辊对轧件的作用力 如图 14−2
所示，当轧件接触到旋转的轧辊时，在接触点（实际上是一条
沿辊身长度的线）上轧件以一力 P 压向轧辊。因此，旋转的轧
辊即以与作用力 P 大小相同方反的力作用到轧件上，同时旋转
的轧辊与轧件之间有摩擦力 T。对轧件来说，受有 P 及 T 两个
轧制过程的基本概念
14 轧制过程的基本概念
轧制过程是轧件由摩擦力拉进旋转轧辊之间，受到压缩进 行塑性变形的过程，通过轧制使金属具有一定的尺寸、形状和 性能。
为了建立轧制过程的基本概念，就必须研究轧制过程中所 发生的基本现象和建立轧制过程的条件。这是本章所要讨论的 主要内容。
14.1 变形区主要参数
虽然我们在生产实践中遇到不同的轧辊组合方式，但实际
Lh FH LH Fh
（14−1） 在轧制生产中，坯料一般要经过若干道次轧制才能得到成
品，延伸系数则可分为总延伸系数和道次延伸系数。
如轧制 n 道次，各道次轧前轧件横断面积为
F0 1F1
F1 2 F2
F2 3 F3 … … … …
2
轧制过程的基本概念
Fn1 n Fn 从上式可得
（14−2）
成的圆心角。
现在我们来求咬入角 ，轧辊直径 D 和压下量 h 的关系。
由图 14−1 可以得出
EB OB OE R OE
式中 R ——轧辊半径。
但是
OE R cos EB H h h 22
代入，得出
H h 2R(1 cos ) D(1 cos )
（14−5）
或为
h D(1 cos )
（14−7）
接触弧之水平投影叫做变形区长度 l（图 14−1）。由图得
l R sin
或
l 2 R 2 OE 2
而
OE R h
2
故得
l 2 R 2 R h 2 R 2 R 2 Rh h2 Rh h2
2
4
4
最后得出
（14−8）
l Rh h2 4
h 2 如果忽略 ，则 l 可近似用下式表示之
而积累压下率 为
H0 Hn H0
式中
H 0 ——轧前轧件高度；
3
轧制过程的基本概念
h1 、 h2 、…… hn ——1~n 道次轧后的轧件高度； 1 、 2 、…… n ——1~n 道次的压下率；
——1~n 道次的积累压下率。 积累压下率与道次压下率之关系为
(1 ) (1 1 )(1 2 ) (1 n )
（14−3）
1 2 3
由此可知，总延伸系数为各道次延伸系数之乘积。
轧板时，由于宽展甚小可以忽略不计，故常常用压下系数 来表示变形程度，而且一般常用相对变形或压下率表示。
此时，第 1 道次至 n 道次，各道次的压下率为
1
H0 H1 H0
2
H1 H2 H1
…
…
n
H n1 H n H n1
轧制过程的基本概念
传动辊，无外加张力或推力，轧辊为刚性的。
参照（1−7）式，轧制时绝对变形量（压下、延伸、宽展）
分别用下式表示
h H h
式中
L Lh LH B Bh BH h、H——轧件轧后、轧前高度；
Lh 、 LH ——轧件轧后、轧前长度； Bh 、 BH ——轧件轧后、轧前宽度。 相对变形量，参照（1−8）、（1−9）式。
上金属承受压下
而产生塑性变形
是在一对工作轧
辊中进行的。除了
一些特殊辊系结
构形式（行星
式轧机、Y 形轧
机）外，均系在一
对轧辊间轧制的
简单情况，一般都
以此做为研究轧
制过程的开端。
图 14−1 表示简单
轧制过程图示。
所谓简单轧制过
程，即上下轧辊直
径相同、转速相等，
图 14−1 简单理想轧制过程图 示
1
轧 辊 无 切 槽 均， 为