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。
轧制原理与工艺
引起变形及应力不均匀分布的原因主要有：接触面上的外摩擦、变形 区的几何因素、沿宽度上压缩程度的不均匀、变形物体的外端、变形 体内温度的不均匀分布以及变形金属性质的不均匀等等。这些因素的 单独作用或者共同影响，可使不均匀变形表现得很明显。
圆柱体镦粗时摩擦力对变形及应力分布的影响
高件镦粗时不同应力状态分区示意图
(b)
3. 2 宽展的分布及宽展组成
决定宽展沿轧件高度分布不均匀的主要因素是比值 l / h 。
(a)
(b)
(c)
轧后轧件侧边形状 a．双鼓形；b．单鼓形；c．平直形
b0
b1 b0 b1
宽展一般由以下几个部分组成： 滑动宽展Δb1、翻平宽展Δb2和鼓 形宽展Δb3 。
h0
h1
滑动宽展是变形金属在与轧辊的接触 b 面上，由于产生相对滑动使轧件宽展增 b b b 加的量； 宽展沿轧件横断面分布 翻平宽展是由于接触摩擦阻力的作用， 使轧件侧面的金属在变形过程中翻转到 计算宽展时，轧件轧后宽度应采 接触表面上，使轧件的宽度增加量； 用平均宽度，平均宽度可采用与轧 鼓形宽展是轧件侧面变成鼓形而造成 后轧件横断面等面积同厚度矩形的
侧压效率为
bs / 2
d eff b bf 100% 0 100% de b0 be
be
bb / 2
bf
侧压后平轧宽展的组成
3. 6 孔型轧制时宽展的计算
常用平均高度法来确定孔型轧制时的宽展：将孔型内轧制 条件简化成平板轧制，即用同面积，同宽度的矩形代替曲 线边的轧件，计算出轧制前后轧件的平均高度、平均压下 量和轧辊工作直径后，代入任意自由宽展公式计算，并认 为此宽展就是孔型中的宽展。
（2）限制宽展
圆柱体镦粗时摩擦力对变形及应力分布的影响
高件镦粗时不同应力状态分区示意图
(b)
3. 2 宽展的分布及宽展组成
决定宽展沿轧件高度分布不均匀的主要因素是比值 l / h 。
(a)
(b)
(c)
轧后轧件侧边形状 a．双鼓形；b．单鼓形；c．平直形
b0
b1 b0 b1
宽展一般由以下几个部分组成： 滑动宽展Δb1、翻平宽展Δb2和鼓 形宽展Δb3 。
h0
h1
滑动宽展是变形金属在与轧辊的接触 b 面上，由于产生相对滑动使轧件宽展增 b b b 加的量； 宽展沿轧件横断面分布 翻平宽展是由于接触摩擦阻力的作用， 使轧件侧面的金属在变形过程中翻转到 计算宽展时，轧件轧后宽度应采 接触表面上，使轧件的宽度增加量； 用平均宽度，平均宽度可采用与轧 鼓形宽展是轧件侧面变成鼓形而造成 后轧件横断面等面积同厚度矩形的
侧压效率为
bs / 2
d eff b bf 100% 0 100% de b0 be
be
bb / 2
bf
侧压后平轧宽展的组成
3. 6 孔型轧制时宽展的计算
常用平均高度法来确定孔型轧制时的宽展：将孔型内轧制 条件简化成平板轧制，即用同面积，同宽度的矩形代替曲 线边的轧件，计算出轧制前后轧件的平均高度、平均压下 量和轧辊工作直径后，代入任意自由宽展公式计算，并认 为此宽展就是孔型中的宽展。
（2）限制宽展
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。
轧钢工艺基础理论培训讲义
轧钢⼯艺基础理论培训讲义轧钢基础理论培训讲义第⼀章钢材品种及其⽣产系统⼀、钢材的压⼒加⼯⽅法1、压⼒加⼯⽅法：就是⽤不同的⼯具，对⾦属施加压⼒，使之产⽣塑性变形，制成⼀定形状产品的加⼯⽅法。
除轧制外还有锻造、冲压、挤压、冷拔、热扩、爆炸成型等。
2、轧钢：在旋转的轧辊间改变钢锭、钢坯形状的压⼒加⼯过程并希望得到需要的形状和改善钢的内部质量，提⾼钢的⼒学性能叫做轧钢。
⽬的：得到需要的形状（精确成形）、改善钢的内部质量，提⾼钢的⼒学性能。
3、热轧：⾦属在⾼于再结晶温度以上的轧制为热轧。
4、冷轧：⾦属在低于再结晶温度的轧制称为冷轧。
钢的再结晶温度⼀般在450~600℃⼆、轧钢成品的种类1、轧钢产品品种：是指轧制产品的钢种、形状、⽣产⽅法、⽤途和规格的总和。
轧制品种的多少是衡量轧钢⽣产技术⽔平的⼀个重要标志。
2、板管⽐：按照轧制产品的断⾯形状特征和⽤途，通常热轧钢材可以分为板材、管材和型材等种类。
在热轧钢材总量中板材和管材产量所占的百分⽐称为板管⽐。
⼯业发达国家的板管⽐以达到60%以上。
我国⽬前板管⽐已接近40%。
板管⽐的⼤⼩在⼀定程度上反映了⼀个国家的钢铁⼯业发展⽔平。
三、轧钢⽣产系统1、型钢⽣产系统：是单⼀化的轧钢⽣产系统。
基本轧机是⽅坯轧机、中⼩型轧机和各类成品型轧机。
2、钢板⽣产系统：是⽣产各类钢板、带钢的轧钢⽣产系统。
⼀般⽣产规模较⼤，年产量在300万t以上。
3、钢管⽣产系统：⽣产各类钢管的轧钢⽣产系统。
4、混合⽣产系统：⽣产型钢、板带钢和钢管或其中任何两类轧制产品的轧钢⽣产系统。
5、冶⾦⽣产过程的短流程冶⾦⽣产过程⼤体可以分为三个阶段。
第⼀阶段到20世纪40年代，⽣产⼯艺过程的基本模式是：炼焦——烧结——⾼炉冶炼——平炉冶炼——铸锭——初轧开坯——成品轧制；第⼆阶段到20世纪50年代，⽣产⼯艺过程的基本模式是：炼焦——烧结——⾼炉冶炼——转炉冶炼——连铸——各类成品轧机轧制；第三阶段到20世纪80年代，⽣产⼯艺过程的基本模式是：电炉（炉外精炼）——连铸——成品连轧。
材料成型工艺学-轧制原理与工艺基础
冷连轧，CDCM酸洗－冷轧连续式机组 热 轧：无头轧制，薄板坯连铸连轧
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
2007年10月24日
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
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
2007年10月24日
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
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
第一节 轧钢基础知识
第一节轧钢基础知识一、轧制原理1.冷轧塑性变形基本参数冷连轧的主要工艺参数为轧制力和前滑，由于冷轧过程中存在下述特殊现象而使轧制力及前滑的计算公式复杂化。
（1）轧制过程中材料加工硬化现象严重，如果确定各种材料退火状态下的变形阻力以及随累计加工率而硬化的增加率将是精确确定轧制力的一个重要课题。
（2）在一定的工艺润滑下如何确定轧辊与轧件在变形区接触面上的摩擦力（摩擦系数）将是精确确定轧制力和前滑的另一个重要课题。
（3）冷轧过程前后张力较大，有关张力对轧制力及前滑的影响应给予足够重视。
（4）冷轧时变形区单位压力极高，轧辊将产生明显的弹性压扁，轧辊压扁一方面增加了轧辊与轧件的接触面积，同时又将使接触弧加长，加剧了外摩擦对轧制力的影响，并通过改变中性角而影响到前滑。
（5）轧件在出口处的弹性恢复，对于压下量不太大的道次将不容忽视，这亦将影响总的轧制力值。
所有这一切现象都将使冷连轧的轧制力和前滑公式复杂化。
1.1轧制变形区及其参数1.1.1基本参数变形区是轧件在轧制过程中直接与轧辊相接触而发生变形的那个区域，如图1-1所示。
其基本参数为：D为轧辊直径，mm;R为轧辊半径，mm;ho为轧制前轧件之高度(或称厚度)，mm；h1为轧制后轧件之高度（或称厚度），mm;h m为轧件的平均高度，h m=2h1)(ho,mm;△h 为压下量（或称绝对压下量），△h＝ho-h1,mm;bo为轧制前轧件的宽度，m;b1为轧制后轧件的宽度，m；△b=b1-bo为轧制前轧件之长度，m;L1为轧制后轧件之长度，m;a为咬入角（变形区所对应的轧辊中心角）；cosa=1-△h/D;r为中性角；AB为咬入弧或1触弧;Lc为咬入角（接触弧）水平投影的长度，Lc＝,㎜。
1.1.2 变形系数轧制时轧件塑性变形，使轧件尺寸在三个方向上都发生了变化，即：轧制之高度由ho减少到h1,比值h1/ho=η为轧件高度方向上的变形，η叫做压下系数。
图1-1 变形区基本参数轧件之宽度bo增加到b1，比值b1/bo=X为轧机宽度方向上的变形，X叫做宽度系数。
材料成形工艺学-轧制理论-前滑2
如图所示。辊径D＜400 毫米时，前滑值增加的 较快；辊径D＞400毫米 时，前滑值增加的较慢. 这是由于辊径增大时， 伴随着轧辊线速度的增 加，摩擦系数相应降低， 所以剩余摩擦力的数值 有所减少； 另外，当辊径增大时， ∆B增大，延伸相应地也 减少。 这两个因素的共同作用， 使前滑值增加的较为缓 慢。 29
t x = fp x
积分后得到中性角公式：
sin α 1 − cos α Q1 − Q0 sin γ = − + 2 2f 4 pf b R
2011-1-2 14
前后张力相等或无前后张力时，则
sin α 1 − cos α sin γ = − 2 2f
α角很小时
1 − cos α = 2 sin
2
2011-1-2 2
剩余摩擦力的概念
轧件从开始咬入到轧制建成的过 程中，有利于轧件咬入的水平分力 Tx不断增加，而阻碍轧件咬入的水 平分力Nx不断减小，Tx-Nx的差值 愈来愈大，也就是咬入过程所要求 的靠摩擦作用的曳入力愈来愈富余。
cos ϕ
剩余摩擦力Ts Ts = Tx − N x = Nf cos ϕ − N sin ϕ
2011-1-2 23
4 影响前滑的因素
生产实践表明，影响前滑的因素很多。 归纳起来主要因素有： 压下率 轧件厚度 轧件宽度 辊径 摩擦系数 张力等等。
2011-1-2 24
1）压下率的影响
由实验曲线可见，前滑随压 ， 下率的增而增， 下率的增而增，其原因是由 于压下率增加，延伸系数增 加。 当∆h＝常数时，前滑增加非 常显著。咬入角不变，故前 滑有显著增加。 当 h＝ 常数时或H＝常数时， 压下率的增加，延伸必然增 加，但这是因 ∆h 增加，所 以咬入角增大，故剩余摩擦 力减小， 两个因素的联合作用，使前 滑虽有所增加，但没有∆h＝ 常数时增加的显著。
t x = fp x
积分后得到中性角公式：
sin α 1 − cos α Q1 − Q0 sin γ = − + 2 2f 4 pf b R
2011-1-2 14
前后张力相等或无前后张力时，则
sin α 1 − cos α sin γ = − 2 2f
α角很小时
1 − cos α = 2 sin
2
2011-1-2 2
剩余摩擦力的概念
轧件从开始咬入到轧制建成的过 程中，有利于轧件咬入的水平分力 Tx不断增加，而阻碍轧件咬入的水 平分力Nx不断减小，Tx-Nx的差值 愈来愈大，也就是咬入过程所要求 的靠摩擦作用的曳入力愈来愈富余。
cos ϕ
剩余摩擦力Ts Ts = Tx − N x = Nf cos ϕ − N sin ϕ
2011-1-2 23
4 影响前滑的因素
生产实践表明，影响前滑的因素很多。 归纳起来主要因素有： 压下率 轧件厚度 轧件宽度 辊径 摩擦系数 张力等等。
2011-1-2 24
1）压下率的影响
由实验曲线可见，前滑随压 ， 下率的增而增， 下率的增而增，其原因是由 于压下率增加，延伸系数增 加。 当∆h＝常数时，前滑增加非 常显著。咬入角不变，故前 滑有显著增加。 当 h＝ 常数时或H＝常数时， 压下率的增加，延伸必然增 加，但这是因 ∆h 增加，所 以咬入角增大，故剩余摩擦 力减小， 两个因素的联合作用，使前 滑虽有所增加，但没有∆h＝ 常数时增加的显著。
2-轧制成形理论与技术-简单轧制
5、轧制过程的基本特点
5.1 变形特点
一、应力：三向压缩 二、应变：一压二伸，一压一伸（平面应变）
5、轧制过程的基本特点
5.1 变形特点
三、平锤压缩实验 平锤压缩楔形件 几何变形区的金属流动 轧制与经典实验类似，是由平面变成了圆弧，变形区分作三部分： 前滑区：金属质点向出口侧流动的变形区 后滑区：金属质点向入口侧流动的变形区 中性面：前滑区与后滑区的分界面 中性角：中性面相对于轧辊垂直轴线的圆心角
4.1 轧制过程的四个阶段
一、开始咬入阶段：瞬间完成，轧辊对轧制的摩擦力 二、拽入阶段：轧件前端到达两辊连心线位置。 三、稳定轧制阶段：轧件前端从辊缝中出来后稳定轧制。 四、轧制终了阶段：轧件后端进入变形区直至完全脱离轧辊。
4、轧制过程建立的条件
4.2 咬入条件
一、咬入角(α) 开始咬入时轧件和轧辊最先 接触的点与两轧辊中心连线 所构成的圆心角。
α＝β 为咬入的临界条件，把此时的咬入角 称为最大咬入角，用 max 表示。最大
咬入角取决于轧辊和轧件的材质、表面状态、尺寸大小，以及润滑条件和轧制速度 等等。
4、轧制过程建立的条件
4.2 咬入条件
4、轧制过程建立的条件
4.3 稳定轧制的条件
当α＜β时，能顺利咬入，也能顺利轧制； 当β＜α＜２β时，能顺利轧制，但不能顺利地咬入，这时可实行强迫咬入， 建立轧制过程； 当α ≥ ２β时，不但轧件不能自然咬入，而且在强迫咬入后也不能进行轧制。
6、思考题
1、简单轧制的产品品种 2、简单轧制过程应具备的条件及其变形参数 3、变形区的主要参数 4、画出轧件轧制过程简图，并推导轧件咬入
及其稳定轧制的条件。如何改善轧件轧制 过程中的咬入条件。
主要参考书目
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：
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内蒙古科技大学 材料与冶金学院 金自力
（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。
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
内蒙古科技大学 材料与冶金学院 金自力
连铸过程
内蒙古科技大学 材料与冶金学院 金自力
内蒙古科技大学 材料与冶金学院 金自力
锻压
自由锻成形过程的流程
内蒙古科技大学 材料与冶金学院 金自力
自由锻原理
上砥铁
下砥铁
内蒙古科技大学 材料与冶金学院 金自力
内蒙古科技大学 材料与冶金学院蒙古科技大学 材料与冶金学院 金自力
自由锻作业进行曲
内蒙古科技大学 材料与冶金学院 金自力
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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。 ♦ 这一阶段的特点是轧钢技术工作者利用实验和基 础科学的知识来解决工程实际问题，形成了百花 齐放、百家争鸣的发展局面。
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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 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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剪床
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内蒙古科技大学 材料与冶金学院 金自力
辊轧成形
内蒙古科技大学 材料与冶金学院 金自力
几种辊轧图示
内蒙古科技大学 材料与冶金学院 金自力
辊锻机
内蒙古科技大学 材料与冶金学院 金自力
铸造成形
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♦
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（3）战后第三个十年（1965－1975） 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： ♦ 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。
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
凹模
凸模
板料冲压原理
内蒙古科技大学 材料与冶金学院 金自力
冲压设备
数控锻造的发展
内蒙古科技大学 材料与冶金学院 金自力
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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汽车配件系列
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塑性成型的特点
优点： 优点： 组织、性能都能得到改善和提高。 1．组织、性能都能得到改善和提高。 可以节省金属材料,材料利用率高。 2．可以节省金属材料,材料利用率高。 工件可以达到较高的精度，提高制件的强度。 3．工件可以达到较高的精度，提高制件的强度。 塑性成型方法具有很高的生产率。 4．塑性成型方法具有很高的生产率。 缺点： 缺点： 投资大，经费多，制约新产品迅速投产的瓶颈。 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
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 两个或两个以上的旋转工具间靠摩擦拉入工 具间变形。 具间变形。
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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 。 ♦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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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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♦ 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。
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战后的三十年可以概括地分为三段 ♦1）战后的头十年(1945一1955) 轧制参数前滑 宽展 力能 前滑、宽展 力能分别地 前滑 宽展、力能 进行了大量研究，使计算精确或者 更完美的阐明轧制过程的一些现象， 而且对前滑、宽展、力能进行了较 系统的研究。 ♦ 这一段使理论研究深化了，进步了 一大步。
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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
♦ 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
（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。
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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锻压
自由锻成形过程的流程
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自由锻原理
上砥铁
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自由锻作业进行曲
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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。 ♦ 这一阶段的特点是轧钢技术工作者利用实验和基 础科学的知识来解决工程实际问题，形成了百花 齐放、百家争鸣的发展局面。
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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 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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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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♦
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（3）战后第三个十年（1965－1975） 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： ♦ 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。
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
凹模
凸模
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塑性成型的特点
优点： 优点： 组织、性能都能得到改善和提高。 1．组织、性能都能得到改善和提高。 可以节省金属材料,材料利用率高。 2．可以节省金属材料,材料利用率高。 工件可以达到较高的精度，提高制件的强度。 3．工件可以达到较高的精度，提高制件的强度。 塑性成型方法具有很高的生产率。 4．塑性成型方法具有很高的生产率。 缺点： 缺点： 投资大，经费多，制约新产品迅速投产的瓶颈。 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
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 两个或两个以上的旋转工具间靠摩擦拉入工 具间变形。 具间变形。
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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 。 ♦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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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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♦ 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。
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战后的三十年可以概括地分为三段 ♦1）战后的头十年(1945一1955) 轧制参数前滑 宽展 力能 前滑、宽展 力能分别地 前滑 宽展、力能 进行了大量研究，使计算精确或者 更完美的阐明轧制过程的一些现象， 而且对前滑、宽展、力能进行了较 系统的研究。 ♦ 这一段使理论研究深化了，进步了 一大步。
内蒙古科技大学 材料与冶金学院 金自力
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
♦ 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