轧制过程中的力学概述
轧制理论)轧制原理PPT
开发专门的数值模拟软件，如MSC.Marc、ABAQUS等，可实现轧制过程的可视化模拟， 提高模拟的准确性和效率。
模拟结果验证
通过与实际轧制实验数据的对比，验证计算机模拟结果的准确性和可靠性，为实际生产 提供指导。
人工智能技术在轧制理论中的应用
神经网络模型
应用神经网络模型对轧制过程进行建模和预测，可以实现轧制参数 的优化和自适应控制，提高产品质量和生产效率。
制压力和力矩。
05 轧制过程中的温度场和应力场分析
CHAPTER
温度场分析的基本原理和方法
热传导方程
描述物体内部温度分布随时间变 化的偏微分方程，是温度场分析 的基础。
初始条件和边界条
件
确定热传导方程的解，初始条件 为物体初始时刻的温度分布，边 界条件为物体表面与周围环境之 间的热交换情况。
有限差分法
02 轧制变形基本原理
CHAPTER
轧制变形的基本概念
轧制变形
指金属坯料在两个旋转轧辊的缝 隙中受到压缩，产生塑性变形， 获得所需断面形状和尺寸的加工
方法。
轧制产品
通过轧制变形得到的产品，如板材、 带材、线材、棒材等。
轧制方向
金属在轧辊作用下变形的方向，通 常与轧辊轴线平行。
轧制变形的力学基础
利用塑性变形区的滑移线 场，通过数学解析计算轧 制压力。
上限法
基于塑性变形理论的上限 定理，通过构建速度场计 算轧制压力的上限值。
轧制力矩的计算方法
能量法
根据轧制过程中的能量守恒原理，通过计算变形 功来计算轧制力矩。
解析法
基于弹性力学和塑性力学理论，通过数学解析计 算轧制力矩。
有限元法
利用有限元分析软件，对轧制过程进行数值模拟， 从而计算轧制力矩。
轧制强化机理
轧制强化机理
轧制强化是一种金属材料加工方法，通过对金属材料进行连续挤压和扭曲来改善其力学性能。
轧制强化机制主要包括以下几个方面：
1. 晶粒细化：在轧制过程中，金属材料会受到连续的塑性变形和压缩，这会导致原来较大的晶粒逐渐细化。
晶粒细化可以提高材料的强度和硬度，同时还可以改善其韧性和延展性。
2. 织构形成：轧制过程中，金属材料的晶粒会发生定向排列，形成一定的织构。
织构可以使材料在特定方向上具有优异的力学性能，例如增加其屈服强度和延展性。
3. 残余应力增加：轧制过程中，金属材料受到连续的塑性变形和压缩，会导致材料内部形成残余应力。
这些残余应力可以增加材料的屈服强度和抗变形能力，从而提高材料的强度。
4. 位错密度增加：轧制过程中，位错会在材料中产生和积累，形成高位错密度区域。
位错密度的增加可以增加材料的硬度和强度，并提高其抵抗变形和疲劳的能力。
总的来说，轧制强化通过连续的塑性变形和压缩作用，可改变金属材料的微观结构和性能，提高其力学性能和抗变形能力。
轧制理论知识点
金属压力加工：即金属塑性加工，对具有塑性的金属施加外力作用使其产生塑性变形，而不破坏其完整性，改变金属的形状、尺寸和性能获得所要求的产品的一种加工方法按温度特征分类 1.热加工：在充分再结晶温度以上的温度范围内所完成的加工过程，T=∽熔。
2.冷加工：在不产生回复和再结晶温度以下进行的加工T=熔以下。
3.温加工：介于冷热加工之间的温度进行的加工.按受力和变形方式分类：由压力的作用使金属产生变形的方式有锻造、轧制和挤压轧制轧制：金属坯料通过旋转的轧辊缝隙进行塑性变形。
轧制分成纵轧（金属在相互平行且旋转方向相反的轧辊缝隙间进行塑性变形）横轧和斜轧。
内力：物体受外力作用产生变形时，内部各部分因相对位置改变而引起的相互作用力。
分析内力用切面法。
应力（全应力）：单位面积上的内力全应力可分解成两个分量，正应力σ和剪应力τ）主变形和主变形图示：绝对主变形：压下量Dh=H-h 宽展量Db=b-B 延伸量Dl=l-L 相对主变形：相对压下量e1=(l-L)/L*100% 相对宽展量e2=(b-B)/B*100% 相对延伸量e3=(H-h)/H*100% 延伸系数m=l/L 压下系数h=H/h 宽展系数w=b/B ①物体变形后其三个真实相对主变形之代数和等于零；②当三个主变形同时存在时，则其中之一在数值上等于另外两个主变形之和，且符号相反。
③当一个主变形为0时，其余两个主变形数值相等符号相反金属塑性变形时的体积不变条件：金属塑性变形时,金属体积改变都很小，其变形前的体积V1和变形后的体积V2相等.这种关系称之为体积不变条件,用数学式表示为V1=V2 最小阻力定律认为:如果变形物体内各质点有向各个方向流动的可能,则变形物体内每个质点将沿力最小方向移动。
影响金属塑性流动和变形的因素：摩擦的影响变形区的几何因素的影响工具的形状和坯料形状的影响外端的影响变形温度的影响金属性质不均的影响基本应力：由外力作用所引起的应力叫做基本应力。
轧制力的计算范文
轧制力的计算范文轧制力是指在金属轧制过程中，金属带材或板材所受到的压力。
轧制力的计算非常重要，它能够帮助我们预测并控制轧制过程中的变形和应变，以获得所需的产品质量。
下面将详细介绍轧制力的计算方法。
1.塑性力学方法：在轧制过程中，金属材料会发生变形，塑性力学方法通过考虑材料的弹性、塑性和流变行为，从宏观和微观两个角度对轧制力进行计算。
宏观力学方法的基本假设是轧制过程中金属材料的体积守恒。
根据这个假设，轧制力可以通过以下公式进行计算：F=σ×A其中，F是轧制力，σ是金属带材或板材在轧制过程中所受到的应力，A是轧制区截面的面积。
金属材料的应力可以通过以下公式进行计算：σ=K×ε^n其中，K是比例常数，ε是真应变（真实变形），n是流变指数。
这些参数可以通过实验和理论分析来确定。
微观力学方法考虑了金属材料的结晶学和滑移机制。
它使用了位错理论和格点模型来计算轧制力。
这种方法需要对材料的晶体结构和力学性质进行深入研究和分析。
2.能量方法：能量方法的基本假设是轧制力是使金属材料的能量损失等于所用的能量传递速率的比例常数。
根据这个假设，轧制力可以通过以下公式进行计算：F=ΔE/Δt其中，ΔE是金属材料在轧制过程中的能量损失，Δt是时间。
能量损失可以通过测量轧制区的温度变化来计算，或者使用热力学和热传导理论进行估计。
需要注意的是，轧制力的计算方法多种多样，不同的金属材料和轧制过程可能需要不同的计算方法。
此外，实际的轧制力还受到很多其他因素的影响，如润滑条件、辊形状、辊缩径等。
总结起来，轧制力的计算是金属轧制过程中的重要问题。
通过正确地计算轧制力，我们能够更好地控制产品的变形和应变，提高产品的质量。
同时，轧制力的计算也为轧制设备的设计和优化提供了重要的理论依据。
钢锭轧制坯的轧制过程中的应力变形机理研究
钢锭轧制坯的轧制过程中的应力变形机理研究引言钢铁工业是全球重要的基础产业之一，钢锭的生产是其中至关重要的环节。
钢锭经过轧制过程得到不同形状的产品，而在这个过程中，很多因素会对钢锭的性能产生重要影响。
其中，应力变形机理是一个关键的研究领域，通过深入了解应力变形机理，我们可以优化轧制过程，提高产品质量。
一、钢锭轧制过程的应力变形机理1.1 压下过程中的应力变形机理在钢锭轧制过程中，钢锭经历了一系列的压下操作。
在压下过程中，钢锭受到了外界的应力，导致其发生塑性变形。
塑性变形的机理涉及了很多因素，包括晶体结构、位错运动、晶粒形状等。
这些因素相互作用，使得钢锭发生塑性变形，并逐渐改变其形状和结构。
1.2 轧制过程中的应力分布钢锭经过压下后，会出现应力分布的不均匀现象。
这主要是由于轧制过程中的摩擦、冷却等因素引起的。
在轧制过程中，钢锭受到了轧制辊的压力，这个压力不仅作用于钢锭的表面，还通过钢锭的内部传递。
由于钢锭的内部结构和性质的不均匀性，轧制过程中会出现应力分布的非均匀现象。
1.3 应力变形机理对产品性能的影响应力变形机理对产品性能有着重要的影响。
首先，应力变形机理会影响产品的力学性能。
通过优化轧制过程，可以改变钢锭的结构和形状，从而改变产品的力学性能。
其次，应力变形还会影响产品的表面质量。
不恰当的应力变形机理会导致产品表面出现裂纹、皱纹等缺陷，降低产品的外观质量。
二、应力变形机理的研究方法2.1 数值模拟方法数值模拟是研究应力变形机理的常用方法之一。
通过建立合理的数学模型，可以对钢锭轧制过程进行仿真计算。
数值模拟可以模拟钢锭的塑性变形、应力分布等过程，从而深入理解钢锭的应力变形机理。
2.2 实验方法实验方法是研究应力变形机理的另一种重要手段。
通过设计合理的实验方案，可以模拟钢锭轧制过程中的应力变形现象。
实验方法可以通过测量钢锭的应力分布、变形量等参数，来分析应力变形机理的影响因素。
2.3 综合研究方法综合研究方法是将数值模拟和实验方法相结合，形成一种综合研究的手段。
[知识]轧钢原理
![[知识]轧钢原理](https://img.taocdn.com/s3/m/145ea0c927fff705cc1755270722192e453658c5.png)
绪论金属压力加工：金属压力加工时金属在外力作用并且不破坏自身完整性的条件下稳定改变其形状与尺寸，而且也改善其组织和性能的加工方法，也叫金属的塑性加工。
金属加工分类：弯曲、剪切、锻造、轧制、挤压、拉拔、冲压锻造：自由锻（镦粗、延伸）、模锻轧制：纵轧、横扎、斜扎挤压：正挤压、反挤压第一章金属塑性变形原理第二章应力和变形第一节力和应力一、外力外力：作用力、反作用力（1）作用力：压力加工设备的可动工具部分对工件作用的力叫做作用力，又叫主动力。
（2）约束反力：正压力、，摩擦力约束反力：变形物体的整体运动和质点流动受到工具另外组成部分的约束，及工件与工具接触面上摩擦里的制约，工件在这些力的作用下产生形变，这些力叫约束反力。
二、内里和应力内力：当物体在外力作用下，并且物体的运动受到阻碍时，或者由于物理和物理化学等作用而引起物体内原子之间距离发生改变，在物体内部产生的一种力，叫作内力。
引起内力的两种原因：（1）为平衡外部的机械作用，在金属内部产生于外力相平衡的内力。
（2）由于物理和物理化学作用而引起的内力。
应力：内力的强度称为应力，或者说内力的大小是以应力来度量的，单位面积上作用的内力称为应力。
第二节变形变形：金属在受力状态下产生内里的同时，其形状及尺寸也产生变化，这种现象称为变形变形：弹性变形，塑性变形从微观上看：弹性变形的实质，就是所施加的外力或能不足以使原子跃过势垒。
塑性形变，如果能越过上述势垒而使大量原子定向的从原有的平衡位置转移到另一平衡位置上去，这就表现为塑性形变。
从宏观上看：金属在外里作用下产生变形，外力去除后，又恢复到原来的形状和尺寸，这样的变形称为弹性变形。
如果外力去除后，变形金属的形状和尺寸能保留下来，不会恢复到变形前的状态，这样的变形称为塑性变形。
第三节应力状态及图示主平面：只有正应力，而切应力为零的平面称为主平面主应力：主平面上的正应力称为主应力塑性变形中拉应力最容易导致金属破坏，因为它使金属内的细小疏松、空隙、裂纹等缺陷扩大，压应力有利于减小或抑制缺陷的发生与发展。
第四章 轧制过程中的纵变形-前滑和后滑
4.6连续轧制中的工艺参数确定
前滑系数和前滑值
S1 V1
'
V1
S2
V
' 2
V2
'
Sn
S2 1
Vn Vn
'
S h1
V1 V1
'
V1
'
S1 1
S h2
V2 V2 V2
S hn
Vn Vn
'
Vn
Sn 1
C F1V1 F 2V 2 F nV n
'
'
C F1V1 S 1 F 2V 2 S 2 F nV n S n
C F1V1 (1 S h 1 ) F 2V 2 (1 S h 2 ) F nV n (1 S hn )
4.6连续轧制中的工艺参数确定
堆拉系数和堆拉率
C1S1 C2S2 K1
用刻痕法计算前滑值
前滑、后滑与延伸系数的关系
由体积不变，得
v H F H v h Fh
vH Fh FH vh vh
v h v (1 S h )
SH 1 vH v cos 1
vH
1 v (1 S h )
v
(1 S h )
(1 S h )
v cos
C 1 S 1 C n 1 S n 1 (1
1
100
)( 1
2
100
) (1
n
100
)
作业
1、P81习题： 13、14
2、在直径为Ф250的二辊轧机上轧制铜板，轧 前厚度H=3.0mm，轧后厚度h=1.5mm，不润 滑轧制摩擦系数f=0.1，用蓖麻油润滑轧制时 f=0.045，试比较这两种轧制状态下中性角和 前滑值的大小。
轧制原理轧制过程中的前滑与后滑
安徽工业大学材料学院
2012.9.26
1/52
主要内容：
❖4.1轧制时的前滑和后滑 ❖4.2前滑值的计算 ❖4.3中性角的计算 ❖4.4影响前滑的因素 ❖4.5连轧时前滑及有关工艺参数的确定方法
2/52
目的及要求：
掌握前后滑的定义及相互关系； 熟悉确定中性角的方法； 掌握前后滑的计算公式； 掌握影响前滑的因素； 熟悉连轧时的前滑及工艺参数确定方法。
18/52
结论：
❖前滑和后滑是延伸的组成部分； ❖ 当延伸系数和轧辊圆周速度v已知时，轧件进出辊
的实际速度vH和vh决定于前滑值Sh；知道前滑值即 可求出后滑值；
4.1轧制时的前滑和后滑
4.1.1 前后滑
❖ 前滑：轧制时轧件的出口速度大于轧辊在该处的 线速度(圆周速度)。
❖ 后滑：轧制时轧件的入口速度小于轧辊在该处的 线速度的水平分量。
金属流动分界线 轧件延伸是被压下金属向轧辊进出口方向流动的结果。
4.1.2 前滑的产生(力学分析)
❖ 当轧件在满足咬入条件并逐渐充
t ，t ：轧件轧制时的温度 12
和测量时的温度；
：膨胀系数。
用刻痕法计算前滑
4.1.6 前后滑及延伸系数间的相互关系
按秒流量相等的条件
FH vH
Fhvh或
vh vH
FH Fh
lh LH
vh vH
vh v(1 Sh )
vH (1 SH )v cos
(1 Sh ) (1 SH ) cos
填辊缝的过程中，由于轧辊对轧
件作用力的合力作用点内移、作
用角减小而产生剩余摩擦力，此
剩余摩擦力和轧制方向一致，这
R
时相当于后滑区的受力情况。
轧制原理与工艺教材ppt
对未来轧制技术研究的建议与期望
THANKS
感谢观看
将轧制后的金属材料进行冷却和矫直，去除残余应力，提高材料质量。
对成品进行质量检查，包括尺寸、形状、表面质量等。
压力控制
控制轧制过程中的压力和变形量，防止材料破裂和过度变形。
温度控制
控制金属材料的加热品的质量和尺寸精度，确保产品质量符合要求。
绿色环保、可持续发展理念在轧制领域的体现和应用
新材料、新工艺、新技术的引入和应用
智能化、自动化、远程控制技术的融合和创新
加强基础理论研究，提高轧制技术的科学性和系统性
加强产学研合作，促进科技成果转化和应用推广
加强人才培养，建设高素质的轧制技术研究和应用团队
加强创新研究，推动新技术、新工艺、新材料的研发和应用
轧制分类
轧制是通过两个旋转的轧辊施加压力，使金属在两个轧辊之间发生塑性变形，从而获得所需形状和性能的金属制品。
轧制原理
在古代，人们已经使用简单的轧机来加工金属，如用碾压机将金属板压成薄片。
古代轧制
近代轧制
现代轧制
随着工业革命的发展，轧制技术得到了广泛应用和改进，出现了各种型号的轧机和现代化的生产线。
轧制质量控制
04
轧制实践与应用
轧制在工业中的应用
广泛应用于汽车、建筑、机械、电子等领域，用于生产各种厚度和宽度的板材。
板材轧制
主要生产各种截面的钢轨、工字钢、角钢、槽钢等型材。
型材轧制
用于生产各种规格的钢管，如无缝钢管、焊管等。
管材轧制
如轧制花纹钢板、压花板等装饰性板材，以及超薄带材等。
特殊轧制
轧制技术的发展趋势
高精度轧制技术
采用先进的自动化控制系统和测量技术，提高轧制精度和产品质量。
轧制原理
轧制原理1、基本原理和工艺1.1基本概念⑴轧制过程：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近辊缝之间，并使之受到压缩产生塑性变形的过程。
轧制过程除了使轧件获得一定形状和尺寸外，还必须具有一定的性能。
⑵轧制变形区：①轧制变形区：在辊缝中的轧件承受轧制力作用发生变形的部分称为轧制变形区，通常也称为几何变形区。
②咬入角（α）：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所构成的园心角。
Δh＝D（1- cosα）式中：Δh—该道次的压下量，Δh＝H–h。
D—轧辊工作直径。
③接触弧长度：轧件与轧辊相接触的园弧的水平投影长度称为接触弧长度。
④前滑：在轧制过程中，轧件出口速度Vh大于轧辊在该处的线速度V，即Vh与对应点的轧辊园周速度之差与轧辊园周速度之比称为前滑值，即V h -VS h = ×100%V式中：Sh—前滑值Vh—在轧辊出口处轧件的速度V —轧辊的园周速度⑤后滑：轧件进入轧辊的速度V H 小于轧辊在该点处线速度V 的水平分量 Vcos α的现象称为后滑现象。
v cos α-v HS H = ×100% v cos αS H —后滑值。
v H —在轧辊入口处轧件的速度。
在前滑区和后滑区分界的中性面处轧件的水平速度与此处轧辊的水平速度相等，即V γ=Vcos γ。
⑶轧制变形的表示方法：①用绝对变形量表示：即用轧制前，后轧件绝对尺寸之差表示的变形量。
绝对压下是量为轧制前、后轧件厚度H 、h 之差，即△h=H-h ； 绝对延伸量为轧制前、后轧件长度L 、l 之差，即△l=L-l ；②用相对变形量表示，即用轧制前、后轧件尺寸的相对变化表示的变形量。
H-h相对压下量： ×100%H l-L相对延伸量： ×100%L③用变形系数表示：即用轧制前、后轧制尺寸的比值表示的变形程度。
压下系数：η=H/h 延伸系数：μ=l/L变形系数能够简单而正确地反映变形的大小，因而在轧制变形方面得到极为广泛的应用。
金属冶炼工程中的流体力学
熔融金属的流动特性
熔融金属的黏性
熔融金属通常具有较高的黏度，这会影响其流动特性。黏度 与温度和金属的成分有关，随着温度的升高，黏度降低，流 动变得更容易。
表面张力
熔融金属的表面张力对其流动行为具有重要影响。表面张力 使得熔融金属倾向于收缩和聚集，这对流动形态和金属的传 递都有影响。
流体流动对金属质量的影响
金属冶炼工程中的流体力学
汇报人：可编辑 2024-01-06
目 录
• 流体力学基础 • 金属冶炼过程中的流体流动 • 金属冶炼中的流体动力学应用 • 金属冶炼中的流体流动问题与解决方案 • 未来金属冶炼工程中的流体力学展望
01
流体力学基础
流体的定义与性质
流体定义
流体是能够流动的物质，在金属冶炼 工程中，流体主要指气体和液体。
连铸过程中，钢水的传热对铸坯的凝固和组织结构有重要 影响，流体动力学有助于研究钢水的流动和传热过程，优 化连铸机的设计，提高铸坯的凝固速度和组织结构的均匀 性。
流体动力学在轧制过程中的应用
轧制过程中，流体动力学主要应用于金属板的流动和传热。金属板在轧制过程中 的流动对轧制效率和产品质量有重要影响，通过流体动力学模拟可以优化轧制工 艺参数，提高轧制效率和产品质量。
熔炼过程中，熔体的传热是一个关键环节，流体动力学有助 于研究熔体的流动和传热过程，优化熔炼炉的设计，提高熔 体的加热速度和温度均匀性。
流体动力学在连铸过程中的应用
连铸过程中，流体动力学主要应用于钢水的流动和传热。 钢水在连铸机中的流动对铸坯的质量和产量有重要影响， 通过流体动力学模拟可以优化连铸工艺参数，提高铸坯的 质量和产量。
流体性质
流体具有粘性、压缩性和膨胀性等特 性，这些特性对金属冶炼过程中的流 动行为和传热传质过程有重要影响。
材料成型工程第五讲轧制压力及力矩计算
3 实际应用时需要哪
些考虑？
在实际应用中，轧制压 力和力矩的计算需要考 虑材料的硬度、厚度、 轧辊与材料之间的摩擦 系数等因素。
3 轧制压力有哪些影响因素？
轧制压力会受到材料的硬度、厚度、轧辊与材料之间的摩擦系数等因素的影响。
轧制力矩的概念
什么是轧制力矩？
如何计算力矩？
轧制力矩指施力在力臂上产生 的力矩，它与轧制力直接相关。
力矩计算公式为：M=F x L， 其中F为施力，L为力臂长度。
控制力矩的重要性？
精确计算力矩可提高轧制精度， 并延长轧辊和设备的使用寿命。
轧制压力的计算方法
计算轧制压力方法
可以使用冯卡门压力公式，也可以使用史密斯公式。
史密斯公式
史密斯公式由轧制力学家史密斯提出，适用于计算轧机的高度降低（虚变形）和辊材中心的 弯曲变形。
公式示例
例如，可以使用史密斯公式（P=0.5 x E x b x v / h）来计算轧制压力，其中E为杨氏模量，b 为轧制宽度，v为轧制速度，h为厚度。
石油钻井行业实例
在石油钻井行业中，需要钻机 钻头的高强度和抗磨损能力， 同时也需要考虑钻机的功率和 扭矩。
案例分析
1
案例一
一家工厂生产高品质的轧制板材，他们之前遇到了轧制板材成型不彻底的问题。通过 研究轧制压力和力矩的计算公式，他们成功提高了轧制板材的成型度。
2
案例二
一位工程师希望提高钢材的硬度和厚度，以便将其应用于重载设备中。通过仔细计算 轧制压力和力矩，并加入先进的钢材轧制方法，他取得了成功。
轧制压力及力矩计算
在材料成型工程中，轧制是一种重要的成型方式，正确计算轧制压力及力矩 对于加工优质的轧制板材非常重要。
轧制压力的定义
冷轧的原理
冷轧的原理
冷轧是一种重要的金属加工工艺，它通过冷变形来改善金属材料的性能和表面质量。
在冷轧过程中，金属材料经过多道次的轧制和加工，最终得到所需的厚度和形状。
冷轧的原理涉及到材料的塑性变形、晶粒结构的改变以及应力和变形的分布等方面。
下面将从这几个方面来详细介绍冷轧的原理。
首先，冷轧的原理与金属材料的塑性变形有关。
在冷轧过程中，金属材料在室温下进行变形，这就要求金属材料具有足够的塑性，能够在室温下发生变形而不发生断裂。
通过冷轧，金属材料的晶粒会发生滑移和再结晶等变化，从而改善了金属的塑性和韧性。
其次，冷轧的原理还涉及到晶粒结构的改变。
在冷轧过程中，金属材料的晶粒会发生变形和再结晶，从而使晶粒尺寸得到细化，晶界得到清晰化，从而提高了金属材料的强度和硬度。
此外，冷轧还可以消除材料中的组织缺陷，提高材料的均匀性和稳定性。
另外，冷轧的原理还与应力和变形的分布有关。
在冷轧过程中，金属材料受到了较大的应力和变形，这些应力和变形会导致材料内部的晶粒发生改变，从而改善了材料的力学性能。
通过合理控制轧制力和轧制温度，可以使金属材料得到均匀的应力和变形分布，从而提高了材料的整体性能。
总的来说，冷轧的原理是通过控制金属材料的塑性变形、晶粒结构的改变以及应力和变形的分布，来改善金属材料的性能和表面质量。
冷轧是一种重要的金属加工工艺，它在提高金属材料力学性能的同时，还可以提高材料的表面光洁度和尺寸精度。
因此，冷轧在钢铁、有色金属等行业都有着广泛的应用。
通过深入了解冷轧的原理，可以更好地掌握冷轧工艺，提高产品的质量和生产效率。
轧制变形基本原理
1 第四章 轧制变形基本原理金属塑性加工是利用金属能够产生永久变形的能力，使其在外力作用下进行塑性成型的一种金属加工技术，也常叫金属压力加工。
基本加工变形方式可以分为：锻造、轧制、挤压、分为：热加工、冷加工、温加工。
金属塑性加工的优点(1)因无废屑，可以节约大量的金属，成材率较高；(2)可改善金属的内部组织和与之相关联的性能；(3)生产率高，适于大量生产。
第一节 轧钢的分类轧钢是利用金属的塑性使金属在两个旋转的轧辊之间受到压缩产生塑性变形，从而得到具有一定形状、尺寸和性能的钢材的加工过程。
被轧制的金属叫轧件；使轧件实现塑性变形的机械设备叫轧钢机；轧制后的成品叫钢材。
一、根据轧件纵轴线与轧辊轴线的相对位置分类轧制可分为横轧、纵轧和斜轧。
如图１、２、３。
横轧：轧辊转动方向相同，轧件的纵向轴线与轧辊的纵向轴线平行或成一定锥角，轧制时轧件随着轧辊作相应的转动。
它主要用来轧制生产回转体轧件，如变断面轴坯、齿轮坯等。
纵轧：轧辊的转动方向相反，轧件的纵向轴线与轧辊的水平轴线在水平面上的投影相互垂直，轧制后的轧件不仅断面减小、形状改变，长度亦有较大的增长。
它是轧钢生产中应用最广泛的一种轧制方法，如各种型材和板材的轧制。
斜轧：轧辊转动方向相同，其轴线与轧件纵向轴线在水平面上的投影相互平行，但在垂直面上的投影各与轧件纵轴成一交角，因而轧制时轧件既旋转，又前进，作螺旋运动。
它主要用来生产管材和回转体型材。
图1 横轧简图1—轧辊；2—轧件；3—支撑辊图2 纵轧示意图图3 斜轧简图1—轧辊；2—坯料；3—毛管；4—顶头；5—顶杆二、根据轧制温度不同又可分为热轧和冷轧。
所有的固态金属和合金都是晶体。
温度和加工变形程度对金属的晶体组织结构及性能都有不可忽视的影响。
金属在常温下的加工变形过程中，其内部晶体发生变形和压碎，而引起金属的强度、硬度和脆性升高，塑性和韧性下降的现象，叫做金属的加工硬化。
把一根金属丝固定于某一点在手中来回弯曲多次后，钢丝就会变硬、变脆进而断裂，这就是加工硬化现象的一个例子。
轧制概述与工艺
本课程讲授的主要内容： ●轧制概述 ●轧制过程中的力学概述
●轧制过程中的金属变形
●轧制后续的处理技术及设备概述
2
轧制概述
1.轧制概述 2.我国轧钢技术发展 3.无头轧制技术 4.今后我国轧钢领域的发展方向
3
绪论
轧制过程是由轧件与轧辊之间的摩擦力将轧件拉 进不同旋转方向的轧辊之间使之产生塑性变形的过程。
轧制新技术新工艺概述
新一代TMCP技术 无头轧制技术
边部温度控制技术 连铸坯热送热装 无酸洗除鳞技术 板厚、板形自动控制系统 轧制-激光焊接技术
宽厚板轧制
● ● ● ● -
热连轧
● ● ● ● ● -
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冷轧 棒线材轧制
-
●
-
●
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-
-
●
●
-
●
-
●
-
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4.今后我国轧钢领域的发展方向 轧钢领域要向提高热装温度和热装率，开
——咬入角，轧件被咬入轧辊时轧件和轧辊最先
接触点（实际上为一条线）和轧辊中心的连线与 两轧辊中心连线所构成的角度；
l——接触弧长的水平投影，也叫变形区长度；
F ——接触面水平投影面积，简称接触面积；
l/hm ——变形区形状参数，hm=(H+h)/2（变形
区平均高度)。
简单轧制（理想轧制）
为了便于进行研究分析，对一些轧制条件作出假设和
4
金属材料尤其是钢铁材料的塑性加工，90%以上是通过 轧制完成的。由此可见，轧制工程技术在冶金工业及国民 经济生产中占有十分重要的地位。
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轧制工艺按照产品类型可以分为板带轧制、管材轧 制、型材轧制以及棒、线材轧制四种基本类型；按生 产工艺可以分为热轧和冷轧工艺；按厚度可分为薄板 ( 厚 度 <4mm) 、 中 板 ( 厚 度 4~20mm) 、 厚 板 ( 厚 度 20~60mm)、特厚板(厚度>60mm，最厚达700mm)。 在实际工作中，中板和厚板通称为“中厚板”。
轧制过程中的力学概述
(2) 按金属作用在轧辊上的切向摩擦力计算轧制力矩：轧制力矩等
于前滑区与后滑区的切向摩擦力与轧辊半径之乘积的代数和，在轧辊 不产生弹性压缩时上式是正确的。由于不能精确地确定摩擦力的分布
及中性角，这种方法不便于实际应用。
(3) 按轧制时的能量消耗确定轧制力矩。
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轧制过程建成的最大接触角是咬入时最大咬入角的两倍。 研究指出，轧制条件决定了ymax/max的比值变化在１～２之间。
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2.轧制压力、轧制力矩及功率
轧制单位压力的概念
当金属在轧辊间变形时，在变形区内，沿轧辊与轧件接触面产生 接触应力通常将轧辊表面法向应力称为轧制单位压力，将切应力称为 单位摩擦力。
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轧制过程建成条件分析
在轧制过程建成时，假设接触表面的摩擦条件和其它参 数均保持不变，合力作用点将由入口平面移向接触区内。
在Ｘ轴上列出轧件－轧 辊的力学平衡条件，其临界 条件是：
2Tx-2Px=0
轧件-轧辊的平衡条件
处理，抓住一些主要影响因素，建立经验公式或图表。
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影响轧制压力的主要因素分析
平均单位压力与以下两类因素有关： 第一类是塑性变形时由金属机械性能决定的因素； 第二类是影响应力状态的因素，接触摩擦、外端、轧件宽度及张力等。
Hale Waihona Puke 冷轧轧制压力计算(1) A.N. 采利柯夫平均单位压力公式
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。
轧制原理轧制过程中的前滑与后滑
当= = f 时，中性角有最大值;
max
4
4
前滑区达到整个变形区的1/4。
当=0或=2时，
min 0
无前滑仅有后滑，整个接触弧都是
后滑区，摩擦力的方向完全指向轧制方向。
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三特征角之间的关系 由三特征角、、之间的关系曲线可知： ❖当 = ，即在极限咬入条件下，中性角有最大值，其
值为0.25或0.25； ❖ 当＜时，随增加，增加； ❖ 当＞时，随增加，减小；当=2时，=0。
t ，t ：轧件轧制时的温度 12
和测量时的温度；
：膨胀系数。
用刻痕法计算前滑
4.1.6 前后滑及延伸系数间的相互关系
按秒流量相等的条件
FH vH
Fhvh或
vh vH
FH Fh
lh LH
vh vH
vh v(1 Sh )
vH (1 SH )v cos
(1 Sh ) (1 SH ) cos
❖前滑区对稳定轧制过程又是不可缺少的。当由于某 种因素的变化，使阻碍轧件前进的水平阻力增大 (如后张力增大)，或使拉入轧件进入辊缝的水平作 用力减小(如摩擦系数减小)，前滑区均将会部分地 转化为后滑区，使拉入轧件前进的摩擦力的水平分 量增大，使轧制过程得以在新的平衡状态下继续进 行下去。
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4.1.8 研究前滑的意义：
vhh v h
vh
v
h h
v v cos , h D(1 cos ) h
Sh
vh v v
vh v
1
(D cos h)(1 cos )
h
Fink前滑公式
前滑Sh是辊径D、出口轧件厚度h及中性角的函数。
前滑的简化计算式—Ekelund和Dresden公式
轧制压力影响因素
轧制过程基本概念
变形抗力的概念
在原子离开原来的稳定平衡位置之前，必首先相对 稳定平衡位置产生偏离，故塑性变形只能产生在呈现弹 性变形的介质中。
欲使大量的原子定向地由原来的稳定平衡位置移向新 的稳定平衡位置，必须在物体内引起一定的应力场，以 克服力图使原子回到原来平衡位置上去的弹性力。
可见，物体有保持其原有形状而抵抗变形的能力。度 量物体的这种抵抗变形的能力的力学指标，我们定义为 塑性变形抗力(或简称为变形抗力)。
轧制压力影响因素
轧制过程基本概念
轧制压力
轧制过程中通常金属给轧辊的总压力的垂直分量称为轧制 压力或轧制力。
轧制压力是解决轧钢设备的强度校核，主电机容量选择或 校核，制订合理的轧制工艺规程等方面问题时必不可缺少的基 本参数。轧制压力可以通过直接测量法或计算法获得。
影响轧制压力的因素 A、轧件材质的影响：含碳量高或合金成分高的材料，因其 变形抗力大，轧制时单位压力也大，所以轧制力也就大。 B、变形温度的影响：随着温度的增加，钢的变形抗力降低， 所以轧制压力降低。 C变形速度的影响：热轧时，随着轧制速度的增加，变形抗 力有所增加，平均单位压力将增加，故轧制压力增加。
结束 谢谢
摩擦阻力增大，则单位压力增大，所以轧制力也增大。 F、轧件宽度的影响：轧件越宽，接触面积增加，轧制力增加； 轧件宽度对单位压力的影响一般是宽度增大，单位压力增大。 G、压下率的影响：压下率愈大，轧辊与轧件接触面积愈大，轧
制力增大；同时随着压下量的增加，平均单位压力也增大。
轧制过程基本概念
变形抗力的概念
轧制过程基本概念
轧制压力
D、外摩擦的影响：轧辊与轧件间的摩擦力越大，轧制时金属流 动阻力愈大，单位压力愈大，需要的轧制力也愈大。在光滑的 轧辊上轧制比在表面粗糙的轧辊上轧制时所需要的轧制力小。 E、轧辊直径的影响：轧辊直径对轧制压力的影响通过两方面起 作用，当轧辊直径增大，变形区长度增长，使得接触面积增大， 导致轧制力增大。另一方面，由于变形区长度增大，金属流动
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处理，抓住一些主要影响因素，建立经验公式或图表。
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影响轧制压力的主要因素分析
平均单位压力与以下两类因素有关： 第一类是塑性变形时由金属机械性能决定的因素； 第二类是影响应力状态的因素，接触摩擦、外端、轧件宽度及张力等。
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2.轧制压力、轧制力矩及功率
轧制单位压力的概念
当金属在轧辊间变形时，在变形区内，沿轧辊与轧件接触面产生 接触应力通常将轧辊表面法向应力称为轧制单位压力，将切应力称为 单位摩擦力。
轧制时的平衡微分方程
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轧制力矩及功率
轧制力矩：轧制力矩M可按力与力臂之乘积求得。 轧件对轧辊作用力分析
(1) 简单轧制情况下辊系受力分析 (2) 有张力作用时轧辊受力分析
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简单轧制时轧件 对轧辊的作用力
轧制过程建成的综合条件
y n y
当 y>nβy时，轧制过程不能进行，并且轧件在轧辊上打滑。
轧制过程建成时的最大接触角与最大咬入角的比值可以由 合力移动系数n与摩擦角的比值决定。
y max =2 max
轧制过程建成的最大接触角是咬入时最大咬入角的两倍。 研究指出，轧制条件决定了ymax/max的比值变化在１～２之间。
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轧件被轧辊咬入的条件
这个条件意味着只有当咬入时的摩擦角β等于或大于咬 入角时才能实现轧件进入辊缝的过程(β= 为咬入的临界条 件)。
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轧制过程中的力学概述
1.咬入条件和轧制过程的建立 2.轧制压力、轧制力矩及功率
3.轧制过程中的变形抗力
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1.咬入条件和轧制过程的建立
摩擦力及摩擦系数沿接触弧之分布
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第三种轧制情况(/h<1)的 p、t 沿接触弧分布曲线
第二种轧制情况(/h≈1.5～2) 的p、t分布曲线
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(1) 卡尔曼（T.Karman）单位压力
(2)卡尔曼微分方程的A.И.采利柯夫解 (3) E.奥洛万(E.Orowan)单位压力微分方程
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轧制单位压力分布的计算与实验结果
(1) 根据采利柯夫单位压力公式计算的结果
轧制压力计算
确定轧制压力的方法
确定平均单位压力的方法，归结起来有如下三种： (1)理论计算法 它是建立在理论分析基础之上，用计算公式确定
单位压力。通常，都要首先确定变形区内单位压力分布形式及大小，
然后再计算平均单位压力。 (2)实测法 是在轧钢机上放置专门设计的压力传感器，压力信号 转换成电信号，通过放大或直接送往测量仪表把它记录下来，获得实 测的轧制压力资料。用实测的轧制总压力除以接触面积，便求出平均 单位压力。 (3)经验公式和图表法 根据大量的实测统计资料，进行一定的数学
冷轧轧制压力计算
(1) A.N. 采利柯夫平均单位压力公式
(2) M.D斯通(M.D.Stone)平均单位压力公式
(3) 希尔轧制压力公式
热轧轧制压力计算
(1) B.R.西姆斯（B.R.Sims）轧制压力公式 (2) S.艾克隆德轧制压力公式 (3) 志田平均单位压力公式 (4) 斋藤轧制压力公式
轧制过程能否建立的先决条件是轧件能否被轧辊咬入。分析轧件曳 入时的平衡条件，应当是有利于咬入的水平投影力的总和大于阻碍咬入 的水平投影力的总和。
(Q-F)+2Tx=2Px 式中Px——正压力P的水平投影； Tx——摩擦力T的水平投影； Q——外推力； F——惯性力。
轧件进入轧辊时的作用力图示
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(a)1-qh=0; 2-qh=0.2K; 3-qh=0.5K; (b) 1-qh=qH= 0; 2-qh=qH=0.2K; 3-qh=qH=0.5K.
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(2)轧制单位压力分布的实验结果
轧制薄件(/>3～5)时单位力p 及 单位摩擦力t沿接触弧之分布
轧制过程建成条件分析
在轧制过程建成时，假设接触表面的摩擦条件和其它参 数均保持不变，合力作用点将由入口平面移向接触区内。
在Ｘ轴上列出轧件－轧 辊的力学平衡条件，其临界 条件是：
2Tx-2Px=0
轧件-轧辊的平衡条件
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辊径对单位压力分布影响 1-D=700mm,D/h=350mm,l=17.2mm 2-D=400mm, D/h=200mm,l=13mm 3-D=200mm, D/h=100mm,l=8.6mm
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张力对单位压力分布的影响 （Ⅰ-0.8K; Ⅱ-0.5K）
在干摩擦条件下(tx=μ Px)， 接 触弧上单位压力分布图
压下量对单位压力分布的影响 h=1mm,D=200mm, μ=0.2, 其它条件相同
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摩擦系数对单位压力分布的影响 (Δ h/H=30%,μ=0.3)Δ h/H=30%, α =5°46‘,h/D=1.16%,其它条件相同