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
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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。
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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