【材料课件】材料成型工程学(轧制理论)第一讲
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(轧制理论)轧制原理PPT
❖ 轧件端部在轧制中温度氧化铁皮对摩擦影响:端部温度温 降快,温度低使摩擦系数增大,其他部分温度较高摩擦系数小.
❖ 氧化铁皮在咬入时端部与轧辊冲击易脱落,露出金属表面使 摩擦系数增大,而其他部分摩擦系数较低.
二者作用的结果使 kx项数值较小
αy =kx*α=(1.5—1.7)α 实际生产中端部咬入出现打滑现象不能建立稳定轧制
Δh/2
式中 R ---- 轧辊半径。
h R RCos
2
h D(1 COS )
cos 1 h D
sin ＝1 h
2 2R
sin
22
h
R
上式在 100 150 适用
α
A B
D C
Δb/2
变形区任意断面高度hx
hx hx h D(1 co形的表示方法
❖ 变形程度的意义
矩形件变形前后的尺寸
1)轧制时绝对变形量（压下，延伸，宽展）表示
❖ 绝对压下量：Δh＝H－h ❖ 绝对延伸量：Δl＝l －L ❖ 绝对宽展量：Δb＝b －B
❖ 式中 h ，H —— 轧件轧后、轧前高度； l，L—— 轧件轧后、轧前长度；
b，B—— 轧件轧后、轧前宽度；
2 1
)
E1
E1
2
2q
1- E
2 2
2
西奇柯可公式
轧制过程的三阶段
一 咬入阶段
1 咬入阶段：轧件前端与轧辊接触的瞬间起到前 端达到变形区的出口断面（轧辊中心连线）称为咬入 阶段。
2 特点：
（1）轧件的前端在变形区有三个自由端（面），仅后 面有不参与变形的外端（或称刚端） （2）变形区的长度由零连续地增加到最大值。 （3）变形区内的合力作用点、力矩皆不断的变化。 （4）轧件对轧辊的压力由零值逐渐增加到该轧制条件 下的最大值。 （5）变形区内各断面的应力状态不断变化。
❖ 氧化铁皮在咬入时端部与轧辊冲击易脱落,露出金属表面使 摩擦系数增大,而其他部分摩擦系数较低.
二者作用的结果使 kx项数值较小
αy =kx*α=(1.5—1.7)α 实际生产中端部咬入出现打滑现象不能建立稳定轧制
Δh/2
式中 R ---- 轧辊半径。
h R RCos
2
h D(1 COS )
cos 1 h D
sin ＝1 h
2 2R
sin
22
h
R
上式在 100 150 适用
α
A B
D C
Δb/2
变形区任意断面高度hx
hx hx h D(1 co形的表示方法
❖ 变形程度的意义
矩形件变形前后的尺寸
1)轧制时绝对变形量（压下，延伸，宽展）表示
❖ 绝对压下量：Δh＝H－h ❖ 绝对延伸量：Δl＝l －L ❖ 绝对宽展量：Δb＝b －B
❖ 式中 h ，H —— 轧件轧后、轧前高度； l，L—— 轧件轧后、轧前长度；
b，B—— 轧件轧后、轧前宽度；
2 1
)
E1
E1
2
2q
1- E
2 2
2
西奇柯可公式
轧制过程的三阶段
一 咬入阶段
1 咬入阶段：轧件前端与轧辊接触的瞬间起到前 端达到变形区的出口断面（轧辊中心连线）称为咬入 阶段。
2 特点：
（1）轧件的前端在变形区有三个自由端（面），仅后 面有不参与变形的外端（或称刚端） （2）变形区的长度由零连续地增加到最大值。 （3）变形区内的合力作用点、力矩皆不断的变化。 （4）轧件对轧辊的压力由零值逐渐增加到该轧制条件 下的最大值。 （5）变形区内各断面的应力状态不断变化。
轧制理论)轧制原理PPT
数值模拟软件
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。
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。
轧制原理第一章第一讲
2) 充满变形区阶段 轧件被咬入后，随着轧辊的转动，轧件前端AB由入口断面向 出口断面运动，直至充满变形区，此阶段称为”充满变形区 阶段”，见图1(b)。
3) 稳定轧制阶段 轧件前端运行出轧辊后，一般情况下就不存在咬入问题了，
。 故此时为稳定轧制阶段,见图1(c)
a
(a)
(b)
(c)
图1 轧制过程三阶段示意
F0 1F1，F1 2 F2，F2 3 F3 ，Fn1 n Fn
而
n
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
1.1.2 变形区基本参数计算
1. 压下,宽展及延伸变形
设工件在轧制前的尺寸为及（断面积），轧制后变为及 （断面积），则变形区内的高度、宽度及长度方向的变形 参数可列为下表1-1
表1-1 各种变形参数的表示
压下
绝对变形 相对变形 变形系数 对数变形系数
h H h e1 h H H h
lnH h
2. 各参数之间的关系 ① 变形系数之间的关系：
根据体积不变条件，有 H B L h b l 1
h b l 1, 1 1, 也即 ln 1 ln ln 0
H BL
可见变形系数之间满足体积不变条件。
② 延伸系数之间的关系 这里指总延伸系数、道次延伸系数、平均延伸系数，即三者 之间的关系。根据定义，有
宽展 b b B e2 b B b B
lnb B
延伸 l l L e3 l L l L
3) 稳定轧制阶段 轧件前端运行出轧辊后，一般情况下就不存在咬入问题了，
。 故此时为稳定轧制阶段,见图1(c)
a
(a)
(b)
(c)
图1 轧制过程三阶段示意
F0 1F1，F1 2 F2，F2 3 F3 ，Fn1 n Fn
而
n
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
1.1.2 变形区基本参数计算
1. 压下,宽展及延伸变形
设工件在轧制前的尺寸为及（断面积），轧制后变为及 （断面积），则变形区内的高度、宽度及长度方向的变形 参数可列为下表1-1
表1-1 各种变形参数的表示
压下
绝对变形 相对变形 变形系数 对数变形系数
h H h e1 h H H h
lnH h
2. 各参数之间的关系 ① 变形系数之间的关系：
根据体积不变条件，有 H B L h b l 1
h b l 1, 1 1, 也即 ln 1 ln ln 0
H BL
可见变形系数之间满足体积不变条件。
② 延伸系数之间的关系 这里指总延伸系数、道次延伸系数、平均延伸系数，即三者 之间的关系。根据定义，有
宽展 b b B e2 b B b B
lnb B
延伸 l l L e3 l L l L
材料成型技术第一章材料成形技术基础PPT课件
胡亚民，《材料成形技术基础》 重庆大学出版社 2008
❖ 参考资料：
1. 施江谰，《材料成形技术基础》 机械工业出 版社 2001
2、方亮，《材料成形技术基础》，高等教育出 版社 2004
第二节、材料成形技术过程 形态学模型简介
一、材料成形技术过程形态学模型
❖ 形态学体系最早是由丹麦工业大学著名教授 Leo Alting提出的，它通过对于纷纭复杂的各 种过程所共有的三个基本要素(材料、能量、 信息)的变化与作用综合论述各种加工方法， 并对其进行横向分析。
❖ 2、注重与以前所学课程的配合、交叉和衔接
把握材料使用特性与成形技术、材料成分/组织、性能 的关系，将本课程与机械工程材料、机械制造技术基 础、金工实习等课程的融合、交叉和衔接，系统的掌 握材料及其成形方法的选择。
使用特性
成形技术
性能 成分/组织
❖ 3、在学习过程中应注意密切联系生产实际。
本课程是一门实践性很强的课程，因此在学习中 要坚决摒弃那种“重理论、轻实践”的错误观念， 既不要因为课程中没有太多深奥的理论和公式而 轻视它，也不要由于自身缺乏足够的工程实践经 验而对其产生畏难心理。
除了课堂讲授之外，还应对本课程的电化教学、 多媒体CAI、现场参观、课堂讨论和实验教学等 给以充分重视并积极参与。
本课程中所学的知识在以后的专业课程学习、课 程设计和毕业设计中都会一再用到，应充分利用 这些机会来对其反复练习，扎实掌握，巩固提高， 真正做到以用促学，学以致用。
七、教材及参考书
❖ 教材：
铁器பைடு நூலகம்代（Iron Age）
湖南长沙砂子塘战国凹形铁锄
中国古代铁器中带有球状石墨的金相组织
陶瓷制品
塑料制品
橡胶制品
❖ 参考资料：
1. 施江谰，《材料成形技术基础》 机械工业出 版社 2001
2、方亮，《材料成形技术基础》，高等教育出 版社 2004
第二节、材料成形技术过程 形态学模型简介
一、材料成形技术过程形态学模型
❖ 形态学体系最早是由丹麦工业大学著名教授 Leo Alting提出的，它通过对于纷纭复杂的各 种过程所共有的三个基本要素(材料、能量、 信息)的变化与作用综合论述各种加工方法， 并对其进行横向分析。
❖ 2、注重与以前所学课程的配合、交叉和衔接
把握材料使用特性与成形技术、材料成分/组织、性能 的关系，将本课程与机械工程材料、机械制造技术基 础、金工实习等课程的融合、交叉和衔接，系统的掌 握材料及其成形方法的选择。
使用特性
成形技术
性能 成分/组织
❖ 3、在学习过程中应注意密切联系生产实际。
本课程是一门实践性很强的课程，因此在学习中 要坚决摒弃那种“重理论、轻实践”的错误观念， 既不要因为课程中没有太多深奥的理论和公式而 轻视它，也不要由于自身缺乏足够的工程实践经 验而对其产生畏难心理。
除了课堂讲授之外，还应对本课程的电化教学、 多媒体CAI、现场参观、课堂讨论和实验教学等 给以充分重视并积极参与。
本课程中所学的知识在以后的专业课程学习、课 程设计和毕业设计中都会一再用到，应充分利用 这些机会来对其反复练习，扎实掌握，巩固提高， 真正做到以用促学，学以致用。
七、教材及参考书
❖ 教材：
铁器பைடு நூலகம்代（Iron Age）
湖南长沙砂子塘战国凹形铁锄
中国古代铁器中带有球状石墨的金相组织
陶瓷制品
塑料制品
橡胶制品
第一讲材料成型基础课件
S—横截面积（mm2）
（3）举例：弹性元件、钟表发条、炮筒等设计时 应按此校核。
2.刚度 1）定义：材料抵抗弹性变形的能力，取决于金属
材料的内部结构和温度、合金比及热处理等。 例如钢与铸铁在20℃温度时，E=200GMPa， 当20℃→450℃，E值下降20℅.
2）试验及判定依据
（1）试验：同拉伸试验，是拉伸曲线中的oe斜 率。
6.装配：
将零件按产品图样分类组合连接， 经选配、组装、调整、检测、试验等 过程构成满足功能要求的产品。
2020/9/19
5
三、材料成形的基本要素及流动过程 1.基本要素
材料：构成实体 能量：形态的能 改的 变改 、变 性 信息：产品的施 控方 制(工 法 及艺 实信)息
2.流动过程：
1）物质流：原材料的流动和转变的过程。
（2）判定依据： 、s b
注：有许多材料在拉伸时没有明显的屈服
现象，有时也规定试样产生0.2℅残余应 变时的应力来判定。
（3）举例：主轴、齿轮等。
4.塑性
1）定义：断裂前材料发生不可逆的、永久 变形的能力。
2）试验与判定依据
（1）试验：同拉伸试验，考查的是试件的 伸长的相对量和截面积变化的相对量。
2020/9/19
16
（2）判定依据： 、 ；
L L0 ×100℅,
L
S0 S1 ×100℅
S0
（3）举例：切削参数的选择，如锻造比等。
注：① 、 越大则塑性越好，强度、硬度
越低；
② 一般不用于工程设计中；
③一般用于塑性加工参数的选择；良好 的塑性是塑性加工的必要条件，提高零 2020/件9/19 的可靠性，防止使用中的突然断裂。 17
3.性能：物理性能、化学性能、力学性能、 加工成型性能。
（3）举例：弹性元件、钟表发条、炮筒等设计时 应按此校核。
2.刚度 1）定义：材料抵抗弹性变形的能力，取决于金属
材料的内部结构和温度、合金比及热处理等。 例如钢与铸铁在20℃温度时，E=200GMPa， 当20℃→450℃，E值下降20℅.
2）试验及判定依据
（1）试验：同拉伸试验，是拉伸曲线中的oe斜 率。
6.装配：
将零件按产品图样分类组合连接， 经选配、组装、调整、检测、试验等 过程构成满足功能要求的产品。
2020/9/19
5
三、材料成形的基本要素及流动过程 1.基本要素
材料：构成实体 能量：形态的能 改的 变改 、变 性 信息：产品的施 控方 制(工 法 及艺 实信)息
2.流动过程：
1）物质流：原材料的流动和转变的过程。
（2）判定依据： 、s b
注：有许多材料在拉伸时没有明显的屈服
现象，有时也规定试样产生0.2℅残余应 变时的应力来判定。
（3）举例：主轴、齿轮等。
4.塑性
1）定义：断裂前材料发生不可逆的、永久 变形的能力。
2）试验与判定依据
（1）试验：同拉伸试验，考查的是试件的 伸长的相对量和截面积变化的相对量。
2020/9/19
16
（2）判定依据： 、 ；
L L0 ×100℅,
L
S0 S1 ×100℅
S0
（3）举例：切削参数的选择，如锻造比等。
注：① 、 越大则塑性越好，强度、硬度
越低；
② 一般不用于工程设计中；
③一般用于塑性加工参数的选择；良好 的塑性是塑性加工的必要条件，提高零 2020/件9/19 的可靠性，防止使用中的突然断裂。 17
3.性能：物理性能、化学性能、力学性能、 加工成型性能。
材料成型技术基础1-幻灯片(1)
强度、硬度低，塑、韧性几乎为0
力学性能差，脆性材料
由于G片尖端相当于裂 纹，造成应力集中
优良的 减震性 优良的减摩性 灰铸铁的铸造性能好
流动性好 缩孔缩松倾向小 热裂、冷裂倾向低
灰铸铁的理想组织是什么？
基体：P 石墨：细小、均匀
1.2 影响铸铁组织和性能的因素
➢ 化学成分 C, Si, Mn, S, P 碳、硅→碳当量 C.E=C%+0.3 Si%
2. About This Curriculum
➢ Technology Basic Course ❖ 以研究常用工程材料及机器零件的成型 工艺原理为主的综合性基础课 ❖ 涉及的课程知识：材料学、传热学、力 学、冶金学、机械制图
➢ Main Topics in This Curriculum ❖ 铸造 Foundry ❖ 压力加工 Mechanical Working ❖ 焊接 Welding Fabrication
Noted:
➢ 凝固方式(the wideness of paste zone)取决于 合金的成分：freezing rang 凝固区间, 凝固范围 温度梯度temperature gradient
➢ 凝固方式决定了合金的补缩性能 feeding characters ❖ 倾向于逐层凝固的合金（灰口铸铁，近共晶点铝硅合金） 补缩性能好、铸件致密度高、不容易产生缩松 ❖ 倾向于糊状凝固的合金：锡青铜，铝青铜，球墨铸铁 补缩性能差、铸件致密度不高、不容易产生缩松
freezing rang 凝固区间, 凝固范围
纯金属及共晶点成分合 金流动性好，后者的熔 点更低，流动性更好。
铁碳合金流动性与含碳量关系p35,fig 2-2
2. 影响液态合金充型的其它因素
金属成形理论(轧制理论部分)
轧制速度与宽展指数的关系
合金钢宽展大于普碳钢
组别
钢种
钢号
影响系数
平均数
Ⅰ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ普碳钢
10号钢
1.0
T（碳钢）
1.24
GCr15（轴承钢）
1.29
16Mn（结构钢）
1.29
Ⅱ
珠光体－马氏体钢
4Cr13（不锈钢）
1.33
38CrMoAl（合金钢）
1.35
4Cr10Si2Mo（不锈耐热钢）
1.35
4Cr14Ni14W2Mo
鼓形宽展是轧件侧面变成鼓形而造成的展宽量，与翻平宽展有密切联系。
b0
b1 b0 b1
h0
h1
b1 b1 b2 b1
b1 b1 b3
宽展沿轧件横断面分布
各种宽展与 l / h 的关系
b0
b1 b0 b1
h0
h1
b1 b1 b2 b1
轧制过程的简单描述
b0
b1
h0
h1
l0
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
轧件在轧辊作用下发生塑 性变形的区域称为轧制变形 区，在简单轧制条件下，即 轧件在进出轧辊处的断面与
tan f tan
Nx
Tx
T
N
稳定轧制时，θ＝α/2
2
各种轧机的咬入角
材料成型概论第三章轧制成型ppt课件
一系列加工工序的组合。 在提高质量和产量的同时，力求降低本钱是制定
轧钢消费工艺过程的总义务和总根据。 碳素钢和合金钢的根本典型消费工艺过程如以下
图所示。
;
;
;
3.4.1 轧钢消费系统
轧钢消费工艺过程总包括六大工序： 热轧工艺系统—— 坯料预备→加热→轧制→冷却→精整→验收入库 冷轧工艺系统—— 坯料预备→酸洗→轧制→退火→精整→验收入库 精整包括很多工序环节，不同轧材消费线其精整
资料成型概论
第一章 概述 第二章 资料塑性成型的根底 第三章 轧制成型 第四章 挤压成型 第五章 锻呵斥型 第六章 冲压成型 第七章 拉拔成型 第八章 陶瓷成型
;
3.3 轧制成型设备
在轧制消费中，通常将消费线上机械设备分 为两类：主要设备、辅助设备
主要设备是指完成轧制消费中的轧制变形工 序的机械设备，即轧机
;
3.4.3 板带材轧制
板带材轧制指采用纵轧方式在由上下平轧辊构成 的辊缝中将扁锭或板坯轧制成板带材的成型方法。
轧制板带材的轧机大多是四辊轧机，轧制箔材 〔极薄带〕用六辊或多辊轧机。粗轧机也采用二 辊可逆式或万能式轧机。
板带材的轧制方法有单片轧制、成卷轧制、单机 架可逆轧制、延续式轧制、多辊轧制等几种。
按消费规模划分有：大型、中型及小型消费系统。 按产品种类划分有：板带钢、型钢、合金钢及混合
消费系统。
;
3.4.1 轧钢消费系统
板带钢消费系统 热轧中厚板、热轧薄板和钢带、冷轧薄板和钢带 近代板带钢消费由于广泛采用先进的延续轧制方法，
消费规模俞来俞大。现代化宽带钢热连轧机年产量 达300～600万t。 采用连铸板坯作为轧制板带钢的原料是今后开展的 必然趋势。
;
3.4.1 轧钢消费系统
轧钢消费工艺过程的总义务和总根据。 碳素钢和合金钢的根本典型消费工艺过程如以下
图所示。
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3.4.1 轧钢消费系统
轧钢消费工艺过程总包括六大工序： 热轧工艺系统—— 坯料预备→加热→轧制→冷却→精整→验收入库 冷轧工艺系统—— 坯料预备→酸洗→轧制→退火→精整→验收入库 精整包括很多工序环节，不同轧材消费线其精整
资料成型概论
第一章 概述 第二章 资料塑性成型的根底 第三章 轧制成型 第四章 挤压成型 第五章 锻呵斥型 第六章 冲压成型 第七章 拉拔成型 第八章 陶瓷成型
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3.3 轧制成型设备
在轧制消费中，通常将消费线上机械设备分 为两类：主要设备、辅助设备
主要设备是指完成轧制消费中的轧制变形工 序的机械设备，即轧机
;
3.4.3 板带材轧制
板带材轧制指采用纵轧方式在由上下平轧辊构成 的辊缝中将扁锭或板坯轧制成板带材的成型方法。
轧制板带材的轧机大多是四辊轧机，轧制箔材 〔极薄带〕用六辊或多辊轧机。粗轧机也采用二 辊可逆式或万能式轧机。
板带材的轧制方法有单片轧制、成卷轧制、单机 架可逆轧制、延续式轧制、多辊轧制等几种。
按消费规模划分有：大型、中型及小型消费系统。 按产品种类划分有：板带钢、型钢、合金钢及混合
消费系统。
;
3.4.1 轧钢消费系统
板带钢消费系统 热轧中厚板、热轧薄板和钢带、冷轧薄板和钢带 近代板带钢消费由于广泛采用先进的延续轧制方法，
消费规模俞来俞大。现代化宽带钢热连轧机年产量 达300～600万t。 采用连铸板坯作为轧制板带钢的原料是今后开展的 必然趋势。
;
3.4.1 轧钢消费系统
材料成形工艺学 钢管绪论
结构管：用于机器制造、建筑工业：制作房架、塔吊、车场的构 架；
石油管：石油、天然气的钻采用管 ； 热交换管：普通高压锅炉管； 其他部门用管：容器用管、仪器仪表用管、医疗器械。
20
电力塔
独管微波管
21
钢结构底座
钢结构柱
22
化工厂火炬塔
铁塔构件
23
大型建筑
大型建筑
24
大型建筑
桥梁建设
6
主要内容
管材生产绪论 热轧无缝管材的主要加工形式和基本工艺过程 斜轧原理及工具设计 管材纵轧原理和工具设计 管材冷加工 焊管生产工艺
7
参考书目
王廷溥等．塑性加工学-轧制理论与工艺，第3版．北京：冶金工 业出版社，2013 李连诗．钢管塑性变形原理．北京：冶金工业出版社，1985 康永林.轧制工程学，冶金工业出版社，北京，2003 高秀华.钢管生产知识问答.北京：冶金工业出版社，2007 轧钢技术3000问（下）管材分册，中国科学技术出版社 王先进 徐树成.钢管连轧理论 北京:冶金工业出版社，2005 王廷溥.现代轧钢学，北京：冶金工业出版社，2014 严泽生.现代热连轧无缝钢管生产，北京：冶金工业出版社， 2009 《钢管》、《焊管》、《轧钢》、《钢铁》期刊。
连续辊式成型机
直
连续排辊式成型机
焊
辊式弯板机
埋弧焊接
电
缝
UO 压力成型机弧来自螺旋成型机焊TIG
惰性气体保
护电弧焊
MIG
连续辊式成型机 压力成型机 辊式弯板机
产品规格范围
外径/mm
壁厚/mm
21.7~114.3 12.7~508.0
1.9~8.6 0.8~14.0
400~1200 300~4000 400~1625
石油管：石油、天然气的钻采用管 ； 热交换管：普通高压锅炉管； 其他部门用管：容器用管、仪器仪表用管、医疗器械。
20
电力塔
独管微波管
21
钢结构底座
钢结构柱
22
化工厂火炬塔
铁塔构件
23
大型建筑
大型建筑
24
大型建筑
桥梁建设
6
主要内容
管材生产绪论 热轧无缝管材的主要加工形式和基本工艺过程 斜轧原理及工具设计 管材纵轧原理和工具设计 管材冷加工 焊管生产工艺
7
参考书目
王廷溥等．塑性加工学-轧制理论与工艺，第3版．北京：冶金工 业出版社，2013 李连诗．钢管塑性变形原理．北京：冶金工业出版社，1985 康永林.轧制工程学，冶金工业出版社，北京，2003 高秀华.钢管生产知识问答.北京：冶金工业出版社，2007 轧钢技术3000问（下）管材分册，中国科学技术出版社 王先进 徐树成.钢管连轧理论 北京:冶金工业出版社，2005 王廷溥.现代轧钢学，北京：冶金工业出版社，2014 严泽生.现代热连轧无缝钢管生产，北京：冶金工业出版社， 2009 《钢管》、《焊管》、《轧钢》、《钢铁》期刊。
连续辊式成型机
直
连续排辊式成型机
焊
辊式弯板机
埋弧焊接
电
缝
UO 压力成型机弧来自螺旋成型机焊TIG
惰性气体保
护电弧焊
MIG
连续辊式成型机 压力成型机 辊式弯板机
产品规格范围
外径/mm
壁厚/mm
21.7~114.3 12.7~508.0
1.9~8.6 0.8~14.0
400~1200 300~4000 400~1625
金属材料成形工艺及控制课件：轧制理论与工艺-
邊部加熱器的功能是對帶坯邊部溫度進行加熱補償，目前採 用的邊部加熱器主要有保溫罩式煤氣燒嘴火焰型邊部加熱器 和電磁感應加熱型邊部加熱器兩種。
軋輥線上磨削裝置的主要功能是消除軋輥表面在服役期中的不均 勻磨損，使軋輥保持較高的輥型精度和表面粗糙度，以利於自由 程式軋製的實現。
活套裝置設置在精軋機組兩機架間，主要有氣動型、電動型、液 壓型三種，目前多用電動型和液壓型。其作用有：①消除帶鋼頭 部進入下機架時產生的活套量；②軋製中通過調整活套維持恒張 力軋製；③施加微張力保持軋製狀態穩定。
2)薄板坯（中厚板坯）連鑄連軋方式
薄板坯（中厚板坯）連鑄連軋自1990年得到實際應用以來發 展很快，截止2005年底，世界建成的薄（中厚）板坯連鑄連 軋生產線近40套，主要包括SMS的CSP、DEMAG的ISP、達 涅利的FTSR、奧鋼聯的CONROLL以及住友的QSP等，另外 國內鞍鋼院自行設計的ASP線已有3條線投運。
F6 1.20 14.82 1.50 20.22
薄板坯連鑄連軋來料的尺寸精度高，溫度控制均勻，所以產 品的品質好，性能均勻；但是比傳統板坯薄了較多，傳統板 坯通常是從200~300mm軋到2.0mm，而薄板坯一般是從 50~100mm軋到2.0mm，很明顯壓縮比小，這對於產品性能 的提高是不利的。到目前為止，薄板坯連鑄連軋生產的品種 只能覆蓋板帶產品的75%左右，還有相當一部分產品，特別 是高質量的產品尚處於開發實驗階段。
C-薄板坯連鑄機；CB-卷取箱；CS-鑄機剪切機或剪頭機； DC-地下卷取機；DS-除 鱗設備；E-軋邊機；FM-精軋機；HC-熱卷取機；LC-層流冷卻；R-不可逆粗軋機； RR-可逆粗軋機；RHF-輥道爐膛加熱爐；SSP-板坯定徑壓力機；TS-傳遞系統； WBF-加熱爐
軋輥線上磨削裝置的主要功能是消除軋輥表面在服役期中的不均 勻磨損，使軋輥保持較高的輥型精度和表面粗糙度，以利於自由 程式軋製的實現。
活套裝置設置在精軋機組兩機架間，主要有氣動型、電動型、液 壓型三種，目前多用電動型和液壓型。其作用有：①消除帶鋼頭 部進入下機架時產生的活套量；②軋製中通過調整活套維持恒張 力軋製；③施加微張力保持軋製狀態穩定。
2)薄板坯（中厚板坯）連鑄連軋方式
薄板坯（中厚板坯）連鑄連軋自1990年得到實際應用以來發 展很快，截止2005年底，世界建成的薄（中厚）板坯連鑄連 軋生產線近40套，主要包括SMS的CSP、DEMAG的ISP、達 涅利的FTSR、奧鋼聯的CONROLL以及住友的QSP等，另外 國內鞍鋼院自行設計的ASP線已有3條線投運。
F6 1.20 14.82 1.50 20.22
薄板坯連鑄連軋來料的尺寸精度高，溫度控制均勻，所以產 品的品質好，性能均勻；但是比傳統板坯薄了較多，傳統板 坯通常是從200~300mm軋到2.0mm，而薄板坯一般是從 50~100mm軋到2.0mm，很明顯壓縮比小，這對於產品性能 的提高是不利的。到目前為止，薄板坯連鑄連軋生產的品種 只能覆蓋板帶產品的75%左右，還有相當一部分產品，特別 是高質量的產品尚處於開發實驗階段。
C-薄板坯連鑄機；CB-卷取箱；CS-鑄機剪切機或剪頭機； DC-地下卷取機；DS-除 鱗設備；E-軋邊機；FM-精軋機；HC-熱卷取機；LC-層流冷卻；R-不可逆粗軋機； RR-可逆粗軋機；RHF-輥道爐膛加熱爐；SSP-板坯定徑壓力機；TS-傳遞系統； WBF-加熱爐
轧制理论
咬入之后，在金属逐渐充填变形区的过程中，径向力的合力作用点相应地
向轧件出口平面方向移动，而使合力作用方向逐渐向出口倾斜。因此而使得Tx逐 步增加，Nx相应减少。这样一来,摩擦力的水平分力就有了剩余，其值为Tx－Nx。 由于剩余摩擦力的出现，而使得轧件一旦被咬入，就能更顺利地使轧件充满变形
由置于出口和入口两侧的测厚仪，测出带钢厚度，反馈到高速的计算机系统，再去控制 一个“电--液压”系统来实现对带钢厚度的控制。
测厚仪简图
3.2.AGC系统控制方法
➢前 馈：把前面的测厚仪测得厚度与目标厚度相比。 ➢后 馈：把后面的测厚仪测得厚度与目标厚度相比，只有1pass时使用 。 ➢质量流：轧机出入口的秒流量相等的原理控制，左右测厚仪同时使用
轧辊把轧件拉入旋转方向相反的两个轧辊辊缝 之中叫轧件的咬入。轧辊能够顺利地将轧件咬入是 轧制的必要条件。 轧件与轧辊接触时，轧辊对轧件的作用力和摩擦 力如图所示。N和T分解成的水平分力为：
不能咬入 临界状态 可以咬入 设摩擦角为β，则摩擦系数:
图3 轧辊对轧件的作用力和摩擦力
可以推出：
3.2.轧制过程建立
延伸率是带钢长度变化率，其表示式为： 在忽略宽展时，延伸率μ与压下率ε有如下关系：
2.SPM的目的
➢消除退火带钢的屈服平台，改善力学性能，保证产品的成形加工性； ➢修正板形，改善平直度； ➢根据用户的使用要求，加工光面或麻面板，并改善表面质量。
中性面：在整个变形区中，存在一个前后滑的过渡面。轧件在该面上运动的速度与 该处轧辊线速度的水平分速度相等，这个平面就叫中性面。由出口平面到中性面称 前滑区，由入口平面到中性面称后滑区。
5.2前滑的计算式
如图，在中性面轧件运动的速度与轧辊水平分速度相等，即 中性面与出口截面的秒体积相等，并忽略宽展时，可得 上式，经整理得到 ：
吕书林-材料成型理论基础 成形原理1ppt课件
毛细管现象由液体对管壁的润湿性引起； 管内液面上升〔下降〕与液面的附加压力有关。
33
表面张力与毛细管现象：
•拉普拉斯—扬方程式 p ( 1 1 )
r1
r2
当曲面是球面一部分时，r1 = r2=R，则得到 附加压力与曲率半径的关系式：
r
p2 R(lg) ghlgh
cos
r R
，代入上式
润湿，时液体上h升 2高 cgo度 rs
20
影响粘度的因素
（1〕金属液的化学成分
Fe-C合金的等粘度线
Al-Si合金的等粘度线
难熔化合物的结合力强，液体粘度较高，熔点前已开始原 子聚集。
低熔点共晶合金的粘度低，异类原子间不结合，且彼此间
减缓对方原子的聚合。
21
（2〕温度
液体金属的粘度随温度升高而降低，对于成分一 定的合金，温度升高，粘度值下降。
40
Let’s turn to next Chapter! 习题：p.22, 1－4，1－6
41
金属从液态过渡为固体晶态的转变称为一次 结晶；金属从一种固态过渡为另一种固体晶态的 转变称为二次结晶。
17
§1-3 液态金属的性质 1、粘度
《流体力学>已学过
F
V0
Y
液体的牛顿粘性定律
Fx
Advx
dy
Fx
力；A-面积；dvx dy
--速度变化率
18
Fx
A
dvx dy
切应力 τ ηdVx dy
运 动力动粘度
铸型或涂料的选择，应保证金属液体和材料不润湿， 防止金属液渗入铸型缝隙，提高铸件表面光洁度。
润湿与复合材料，润湿与焊缝质量……
35
轧钢基础知识.ppt
见的是给轧件较高的速度使其靠惯性咬入等；
• 以下两种方法是通过提高摩擦系数进而增加轧辊
对轧件向前的摩擦力来改善咬入的,也是较常用的 方法：
• 改善轧件或轧辊的表面状态，提高摩擦系数：
从轧件入手的常用方法是清除轧件表面的炉生氧 化铁皮；
从轧辊入手的常用方法是辊面压花，以增加摩擦 系数，这种方法在1500轧机轧辊的第一个孔型中 就有应用；
一是使轧辊可以重车并保持孔型不变；
• 二是可以减小车削量；增加轧辊的寿命；磨损量
一定的情况下，侧壁斜度越大，车削量越小；
• 轧辊重车率：全部重车量与轧辊名义直径（1500）
的百分比称为重车率。
• 2.7辊跳
在轧制过程中，轧机的各部件受轧制力的作用发 生弹性变形，如机架窗口高度扩大、轧辊弯曲、 压下螺丝和轴承受到压缩等。这些弹性变形最后 反映在两轧辊之间的缝隙增大，轧制中这种辊缝 增大的现象叫做辊跳。辊缝增大的总值称为辊跳 值。轧机刚性越好，辊跳值越小。轧件的变形抗 力越大，辊跳值越大。辊跳值的大小取决于轧机
充不满，造成过大的椭圆度，即轧件最大与最小 直径之差过大；
• 二是估计宽展较实际宽展过小，孔型充填过满，
形成耳子；这两种情况都是要尽量避免的。
• 以上两种情况分别如下图a、b所示
• 要正确的估算宽展量，那就必须知道影响宽展的
因素，影响宽展量的主要因素有以下几点：
• 压下量：宽展产生的原因就是因为有压下量，没
• 通常我们见到的轧制方式都是热轧，现将热轧与
冷轧进行简单的对比：
热轧的优点是可以破坏坯料的铸造组织，细化钢 材的晶粒，并消除显微组织的缺陷，从而使钢材 组织密实，力学性能得到改善等等；缺点是经过 热轧之后，钢材内部的非金属夹杂物（主要是硫 化物和氧化物，还有硅酸盐）被压成薄片，出现 分层（夹层）现象，而且如果冷却不均匀还会造 成残余应力。
• 以下两种方法是通过提高摩擦系数进而增加轧辊
对轧件向前的摩擦力来改善咬入的,也是较常用的 方法：
• 改善轧件或轧辊的表面状态，提高摩擦系数：
从轧件入手的常用方法是清除轧件表面的炉生氧 化铁皮；
从轧辊入手的常用方法是辊面压花，以增加摩擦 系数，这种方法在1500轧机轧辊的第一个孔型中 就有应用；
一是使轧辊可以重车并保持孔型不变；
• 二是可以减小车削量；增加轧辊的寿命；磨损量
一定的情况下，侧壁斜度越大，车削量越小；
• 轧辊重车率：全部重车量与轧辊名义直径（1500）
的百分比称为重车率。
• 2.7辊跳
在轧制过程中，轧机的各部件受轧制力的作用发 生弹性变形，如机架窗口高度扩大、轧辊弯曲、 压下螺丝和轴承受到压缩等。这些弹性变形最后 反映在两轧辊之间的缝隙增大，轧制中这种辊缝 增大的现象叫做辊跳。辊缝增大的总值称为辊跳 值。轧机刚性越好，辊跳值越小。轧件的变形抗 力越大，辊跳值越大。辊跳值的大小取决于轧机
充不满，造成过大的椭圆度，即轧件最大与最小 直径之差过大；
• 二是估计宽展较实际宽展过小，孔型充填过满，
形成耳子；这两种情况都是要尽量避免的。
• 以上两种情况分别如下图a、b所示
• 要正确的估算宽展量，那就必须知道影响宽展的
因素，影响宽展量的主要因素有以下几点：
• 压下量：宽展产生的原因就是因为有压下量，没
• 通常我们见到的轧制方式都是热轧，现将热轧与
冷轧进行简单的对比：
热轧的优点是可以破坏坯料的铸造组织，细化钢 材的晶粒，并消除显微组织的缺陷，从而使钢材 组织密实，力学性能得到改善等等；缺点是经过 热轧之后，钢材内部的非金属夹杂物（主要是硫 化物和氧化物，还有硅酸盐）被压成薄片，出现 分层（夹层）现象，而且如果冷却不均匀还会造 成残余应力。
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内蒙古科技大学 材料与冶金学院 金自力
各种模锻件：广泛运用子， 汽车机车，拖拉机配件机 械传动管道连接等工业制 造
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金加工零件
数模图片
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板料成型方法—
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压板
凸模
板料冲压原理
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5 . 塑性加工工程录像
连铸过程
初轧工艺
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初轧工艺
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连铸过程
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树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20. 12.2320 .12.23 Wednes day , December 23, 2020
第一讲 序论
1、 材料成型的方式 2 、轧制理论的重要性 3、轧制理论发展的历史回顾 4 、21世纪轧制技术研究的展望 5 . 塑性加工工程录像
1、 材料成型的方式
铸造 锻造 焊接 冲压 拉、拔、挤压 爆破成型 离心浇铸 轧制：最主要 、效率高、生产成本低。？ 轧制 :两个或两个以上的旋转工具间靠摩擦拉入工
凹模
冲压设备
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剪床
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辊轧成形
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几种辊轧图示
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辊锻机
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铸造成形
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（3）战后第三个十年（1965－1975）
它是以计算机应用于轧钢生产(1965)开始的， 轧制生产向:
高速、 自动化、 连续化的方向发展，这必然引起轧制理论
研究的深刻变化。
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3 ）逐渐向形成技木学科发展
轧制理论已大为发展，但仍存在不少问题。 例如：
人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。0 1:29:25 01:29:2 501:29 12/23/2 020 1:29:25 AM
安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20. 12.2301 :29:250 1:29De c-2023 -Dec-2 0
加强交通建设管理，确保工程建设质 量。01:29:2501 :29:250 1:29W ednesd ay , December 23, 2020
相信命运，让自己成长，慢慢的长大 。2020 年12月2 3日星 期三1时 29分25 秒Wed nesday , December 23, 2020
爱情，亲情，友情，让人无法割舍。2 0.12.23 2020年 12月23 日星期 三1时2 9分25 秒20.12. 23
谢谢大家！
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1)对物质给定性质的假设过于简单，仅作为 刚塑性体和各向同性体来研究轧件是不够的。
2)缺乏研究轧件与工具的关系，过去重点放 在研究轧件上，
3)动态过程的研究不足。 4)塑性的变形过程及运动学过程研究不够。
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4. 21世纪轧制技术研究的展望
1）材料塑性加工过程中的微观结构演变计 算机模拟行了深入的研究
安全在于心细，事故出在麻痹。20.12. 2320.1 2.2301:29:2501 :29:25 December 23, 2020
踏实肯干，努力奋斗。2020年12月23 日上午1 时29分 20.12.2 320.12. 23
追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。2 020年1 2月23 日星期 三上午1 时29分 25秒01 :29:252 0.12.23
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3、轧制理论发展的历史回顾
轧制理论的发展是以生产实践为基础的，反过 来又指导和推动着生产的发展，而且生产技术 愈发展，生产对理论的依赖性愈高，对生产也 愈有指导意义。
纵观轧制理论的发展大致经历了三个阶段： 1）萌芽阶段 这一阶段可以说一直延续到第一次世界大战
例如通过建立大量材料本构关系 模型和材料损伤模型 ,研制计算 机模拟软件 ,把这些理论方法用 于计算机模拟或加工过程控制。
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4）对传统塑性加工技术进行有意义的 改进和创新
5）进行大量的实验研究和理论分析 ,对 材料加工科学的基础问题不断有新的发 现的运行、生产过程和加工工艺参数都 可以实现计算机控制 ,塑性加工生产在 工业发达国家基本实现了自动化 ,甚至 智能化。
前夕，或者说到出现卡尔门方程为止。缺乏理 论根据，对轧制过程的实质还很不了解，因此 当时流行着一种说法叫做“轧制是一门艺术”。
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2）发展阶段
1925年T·Karman用数学近似解法建立了压力方程， 1933年E.SIebl借助测压仪实测单位压力分布成功，
标志着这一阶段的开始，然而由于战争的破坏， 实验及理论的发展受到阻碍，轧制理论实际上在 第二次世界大战后才获得迅速地发展。 这一阶段的特点、百家争鸣的发展局面。
专注今天，好好努力，剩下的交给时 间。20. 12.2320 .12.230 1:2901:29:250 1:29:25 Dec-20
牢记安全之责，善谋安全之策，力务 安全之 实。202 0年12 月23日 星期三1 时29分 25秒W ednesd ay , December 23, 2020
相信相信得力量。20.12.232020年12月 23日星 期三1 时29分2 5秒20. 12.23
做一枚螺丝钉，那里需要那里上。20. 12.2301 :29:250 1:29De c-2023 -Dec-2 0
日复一日的努力只为成就美好的明天 。01:29:2501:2 9:2501:29Wed nesday , December 23, 2020
安全放在第一位，防微杜渐。20.12.23 20.12.2 301:29:2501:2 9:25De cember 23, 2020
这些年的努力就为了得到相应的回报 。2020 年12月2 3日星 期三1时 29分25 秒01:2 9:2523 December 2020
科学，你是国力的灵魂；同时又是社 会发展 的标志 。上午1 时29分 25秒上 午1时2 9分01:29:2520 .12.23
每天都是美好的一天，新的一天开启 。20.12. 2320.1 2.2301:2901:29 :2501:2 9:25De c-20
谢谢大家！
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生活中的辛苦阻挠不了我对生活的热 爱。20. 12.2320 .12.23 Wednes day , December 23, 2020
人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。0 1:29:25 01:29:2 501:29 12/23/2 020 1:29:25 AM
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2 、轧制理论的重要性
材料成型的主要专业课：
（宏观）塑性加工力学
（微观）塑性加工金属学
轧制理论
工艺学 ⑴拉、拔、挤压 ⑵板、管、型
轧制设备
说明：轧制理论是学习工艺、设备的基础，工艺 与设备结合是解决工程问题的条件；是创新
工艺和研究制造高效轧制的科学基础。
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数控锻造的发展
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大制造环境下的压力加工自动线
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万吨水压机
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工作中的水压机
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冲床
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加强自身建设，增强个人的休养。202 0年12 月23日 上午1时 29分20 .12.232 0.12.23
精益求精，追求卓越，因为相信而伟 大。202 0年12 月23日 星期三 上午1时 29分25 秒01:2 9:2520. 12.23
让自己更加强大，更加专业，这才能 让自己 更好。2 020年1 2月上 午1时29 分20.1 2.2301:29December 23, 2020
汽车配件系列
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塑性成型的特点
优点： 1．组织、性能都能得到改善和提高。 2．可以节省金属材料,材料利用率高。 3．工件可以达到较高的精度，提高制件的强度。 4．塑性成型方法具有很高的生产率。
缺点： 1．投资大，经费多，制约新产品迅速投产的瓶颈。 2．一定程度的环境污染
（2）战后第二个十年(1955－1965)，这一 阶段有如下特点
A 为了进行深入研究，在实验技术上有较大的 突破，特别是在摩擦力、运动学参数、纯轧力 矩等的直接测量方面，这些工作使辨别上面假 说的真伪提供了可能。
B 进行了系统的综合研究。因而使着对轧制过 程实质的认识上有了一个新的飞跃。
C 开始了连轧过程的综合研究。提出厚度计式 厚控原理，现已广为采用，是轧制理论走在生 产前面并用以来指导和控制生产的开端。
2）使用现代高新技术改善传统加工过程 ： 如研究金属加工过程的过程控制和工艺优 化 ,这一方面有助于压力加工过程的自动化 和现代化 ,同时也有助于充分提高金属材料 的成形极限
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3）理论与生产实践的结合日渐 紧密 ,现代塑性加工理论与材料 科学进展用于材料加工生产 ,材 料学理论、力学理论和实际加工 生产技术的界限逐渐消失 。