轧制原理-1
(轧制理论)轧制原理PPT
❖ 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。
轧制原理第一章第一讲
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
实验 1 轧钢机工作机座刚度的测定 (轧制法)
实验1 轧钢机工作机座刚度的测定（轧制法）一、实验目的掌握轧钢机工作机座自然刚度的测定方法，加强对工作机座自然刚度的理解。
二、实验原理轧制过程中，在轧制力的作用下，轧件产生塑性变形，其厚度尺寸和断面形状发生变化。
与此同时，轧件的反作用力使工作机座中的轧辊、轧辊轴承、轴承座、垫板、压下螺丝和螺母、牌坊等一系列零件相应产生弹性变形。
通常将这一系列受力零件产生的弹性变形总和称为工作机座或轧机的弹跳值。
轧件厚度、初始辊缝和轧制力的关系可以用弹跳方程来表示，最简单的表达形式为：h＝S0+f＝S0+P/K式中h—轧件出口厚度；S0—轧辊初始辊缝；f—机座的弹性变形；K—轧机刚度系数，它表示轧机抵抗弹性变形的能力；P——轧制力。
轧机刚度系数K的大小取决于轧制力和轧机的弹性变形。
如果能测得不同轧制力下对应的轧机弹跳值，就可以绘出轧机的弹性变形曲线，曲线的斜率即为轧机的刚度系数。
三、实验器材装有测压仪（或测压头）的实验轧机1台不同厚度铝板试件若干游标卡尺（或千分尺）1把四、实验内容及步骤1、检查实验轧机，保证轧机正常运转；2、将原始辊缝调到0.4mm，并保持恒定；3、分别将厚度为5.6mm、6.5mm、7.1mm、8.8mm的四种规格铝板试件按顺序编号，在调好的辊缝中依次进行轧制，记录轧制压力，测出每道次铝板试样轧后厚度。
4、将测得的数据列入下表中。
5、整理数据，绘制轧机自然刚度变形曲线。
表一0.88表二初始辊缝S0=0.4mm表三五、实验要求1、将实验原理和过程写入实验报告。
2、将每次轧制的轧制力数据和轧件出口厚度数据写入实验报告。
3、利用坐标纸在P-h坐标系中，绘制轧制法测定的轧钢机弹性变形曲线，并求出自然刚度系数。
K=tgα=△P/△h实验二轧钢机工作机座刚度的测定（压靠法）一、实验目的掌握轧钢机工作机座自然刚度的测定方法，加强对工作机座自然刚度的理解。
二、实验原理用轧辊压靠法测定时，轧辊中没有轧件。
轧辊一面空转，一面调整压下螺丝，使上下工作辊直接接触压靠。
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。
轧制的原理
轧制的原理
轧制是一种重要的金属加工方法，它通过辊轧将金属坯料压制成所需形状和尺寸的工件。
轧制的原理主要包括塑性变形、应力变形和金属流动等几个方面。
首先，塑性变形是轧制的基本原理之一。
在轧制过程中，金属坯料受到辊轧的挤压和拉伸作用，从而使其发生塑性变形。
金属坯料的晶粒在受力的作用下发生滑移和再结晶，从而改变了原来的形状和尺寸，最终形成所需的工件。
其次，应力变形也是轧制的重要原理之一。
在轧制过程中，金属坯料受到的应力会引起其内部结构和形状的变化。
通过合理控制轧制过程中的应力分布和应力状态，可以实现金属坯料的塑性变形和加工成形，从而得到符合要求的工件。
另外，金属流动也是轧制的关键原理之一。
在轧制过程中，金属坯料受到辊轧的挤压和变形，金属内部的晶粒和晶界会发生流动和重组，从而改变了金属的形状和结构。
通过合理控制金属的流动和变形，可以实现金属坯料的加工成形，从而得到满足要求的工件。
总的来说，轧制的原理是通过塑性变形、应力变形和金属流动等方式，将金属坯料加工成所需形状和尺寸的工件。
在轧制过程中，需要合理控制轧制参数和工艺流程，以确保金属的加工质量和工件的精度。
同时，还需要注意金属的热处理和表面处理，以提高工件的性能和表面质量。
通过对轧制原理的深入理解和掌握，可以更好地应用轧制技术，实现金属加工的高效、精密和可靠。
轧钢原理第1
形后的尺寸和形状能够保留下来，金属无法恢复到原来
的形状或尺寸的变形称之为塑性变形。
第三节 应力状态及其图示
一、应力状态
金属压力加工过程中，金属内部产生复的应力状态。 研究变形体内的应力状态时，可在变形体内取出一无限小 的正六面体（可看成一点），这样就可以认为该六面体各 个面上的应力分布是均匀的。在主坐标系的条件下，作用
从宏观来看，使金属产生变形的外力去除后金属又恢
复到原来的形状或尺寸的变形称之为弹性变形。
二、塑性变形
当所施加的外力或功能够克服原子间的作用力时， 原子就会离原有的平衡位置而转移到另外一个平衡位置，
此时即使外力撤除，原子也不能恢复到原来的平衡位置，
这就是塑性变形。 从宏观来看，使金属产生变形的外力去除后金属变
第四节 变形图示和变形力学图示
1、变形图示
为了定性地说明变形区某一小部分或整个变形区的变 形情况，常常采用主变形状态图示（简称变形图示）。 所谓变形图示就是在小立方体素的面上用箭头表示三 个主变形是否存在（伸长时，箭头外指；缩短时，箭头向 里指），但不表示变形大小的图示。
由于受塑性变形时工件体积不变条件的限制，因此可
一、外力
第一节 力和应力
金属塑性加工是金属与合金在外力作用下产生塑性变 形的过程。变形过程中外力主要有作用力和约束反力。
1 、作用力：通常把塑性加工设备的可动工具部分对工件所作用的力 称为作用力或主动力。塑性加工时的作用力可以实测或用理论计算出 来。 2 、约束反力：工件在主动力作用下，其运动将受到工具所阻碍而产
要注意的是：约束反力与反作用力是不同的。约束反力
是作用在工件上的力，而反作用力是作用在工具上的力。
轧制情况比较特殊，轧制时轧件通常靠两个反向转动的 轧辊给它的摩擦力使其进入辊缝，而摩擦力的产生又必须
轧制成形设备)第6章-1轧机主传动装置组成和与类型
轧机主传动装置的主要功能包括 传递动力、调整轧制速度、控制 轧制压力以及实现轧机的启动、 停止和反转等操作。
发展历程及现状
发展历程
轧机主传动装置经历了从机械传动到液压传动，再到电气传动的发展历程。随着科技的不断进步，轧机主传动装 置的性能不断提高，实现了高效、精准的控制。
现状
目前，大多数轧机主传动装置采用电气传动方式，利用先进的交流或直流调速系统实现高精度、高响应速度的控 制。同时，随着自动化和智能化技术的不断发展，轧机主传动装置的自动化程度不断提高，实现了远程监控和故 障诊断等功能。
轧机主传动装置类型研究
针对不同类型的轧机，我们对其主传动装置进行了分类研究，探讨了各种传动装置的特点 、适用范围和优缺点，为轧机的选型和设计提供了重要参考。
轧机主传动装置性能优化
在深入研究轧机主传动装置的基础上，我们提出了一系列性能优化措施，如提高传动效率 、降低噪音和振动、增强稳定性和可靠性等，为轧机的改进和升级提供了有力支持。
市场需求与应用前景
市场需求
随着全球制造业的快速发展，金属轧制行业对高性能、高效率的轧机主传动装置的需求 不断增长。同时，随着环保意识的提高，市场对低噪音、低能耗、环保型的轧机主传动
装置的需求也在不断增加。
应用前景
未来，随着新材料、新工艺的不断涌现，轧机主传动装置将面临更多的挑战和机遇。例 如，高强度、高韧性材料的出现将对轧机主传动装置的性能提出更高的要求；而新工艺 的开发和应用将有望降低轧制过程中的能耗和排放，提高生产效率和质量。因此，未来
传动轴将电机的动力传递给轧辊，联 轴器则起到连接和传递扭矩的作用。
减速机构
通过减速机构降低电机输出转速，同 时增大输出扭矩，以满足轧制工艺要 求。
轧钢工艺基本知识一
轧钢工艺
1、坯料准备 2、坯料加热：加热是热轧工艺的重要工序。 3、轧制：轧制是轧钢工艺的核心。坯料在此工序中完成变形过
程。 4、精整：轧钢工艺的最后一道工序。它对产品质量起到最终的
保证作用。 棒线材的生产工艺一般为如下工艺流程：连铸坯或初轧坯-加热-
轧制-水冷-切倍尺（卷取/吐丝）-切定尺-检查-打捆（打包）挂牌-入库
轧钢工艺制度
速度制度 速度制度就是确定各道次的轧制速度。对于有些开坯轧机，还要确定
每一道次中不同阶段的速度。轧制速度高，轧机产量就大。但速度并不是 越高越好。太高了增加电力消耗，且故障增多。处理故障影响了生产，产 量反而下降。所以，要结合电动机能力，自动化水平，轧机设备的机械化 程度来制定速度制度，连轧机各架轧机的速度确定就属于速度制度，轧制 速度是指各机架的轧辊线速度，计算公式为v=πDn/60 V：轧制速度，米/秒 ；D：轧辊工作直径，米 N：轧辊每分钟转速，转/分
轧制
轧制是金属压力加工中最主要的方法，大约85~90%的钢材是通过轧制方法生 产的。它具有生产率高、品种多、质量好生产过程易于连续化和自动化的特 点。其他几种方法是：锻造、拉拔、挤压。
轧钢工艺
工艺是一种加工过程。轧钢工艺是将化学成分和形状不同的钢锭或钢坯，轧 成形状和性能符合要求的钢材的过程，由于钢材品种多，形状规格不一，用 途不尽相同。但是轧钢工艺总是由以下几个基本工序组成。
中 ，一般认为轧件的密度不发生改变，所以体积也不变。则有：HBL=hbl 如果用轧件的截面积来表示则F1L=F2l（F1轧前截面积；F2轧后截面积）显然有
μ=l/L=F1/F2
轧钢工艺制度
D）咬入和咬入条件
轧件在两个旋转的轧辊之间被加工变形， 所以轧件是先被轧辊咬入。按照轧辊咬 人条件，轧辊的工作直径D1应该满足下式：
(金属轧制工艺学)1轧制工艺基础
2020/7/22
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型钢生产系统
型钢生产系统的规模往往并不很大。就 其本身规模而言又可分为大型、中型和 小型三种生产系统。
➢一般年产100万t以上的可称为大型的系统； ➢年产30万t~100万t的为中型的系统； ➢年产30万t以下的可称为小型的系统。
2020/7/22
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混合生产系统
在一个钢铁企业中可同时生产板带钢、 型钢或钢管时，称为混合系统。
现代化的轧钢生产系统向着大型化、连续化、 自动化的方向发展，生产规模日益增大。
近年来大型化的趋向已日见消退，而投资省、 收效快、生产灵活且经济效益好的中、小型钢 厂在很多国家中却有了较快的发展。
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碳素钢的生产工艺流程
碳素钢生产工艺流程一般可分4个基本类型：
➢(1)采用连铸坯的工艺过程
➢按用途来分：
常用型钢（方钢、圆钢、扁钢、角钢、槽钢、 工字钢等）和专用型钢（钢轨、钢桩、球扁钢、 窗框钢等）。
➢按其断面形状：
简单断面型钢和复杂或异型断面型钢。
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轧材种类
型线材
➢按生产方法：
轧制型钢、弯曲型钢、焊接型钢。
➢用纵轧、横旋轧或楔横轧等特殊轧制方法 生产的各种周期断面或特殊断面钢材，又 分为：
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碳素钢的生产工艺流程
➢ (3)采用铸锭的中型生产系统的工艺过程
其特点是：一般有Ø650~Ø900二辊或三辊开坯机，通常 采用冷锭作业及二次(或一次)加热轧制方式，这种工艺 流程不仅用来生产碳素钢材，也常用以生产合金钢材。
➢ (4)采用铸锭的小型生产系统的工艺过程
其特点是：通常在中、小型轧机上用冷的小钢锭经一次 加热轧制成材。所有采用铸锭的生产工艺都是落后的， 已经或将要遭到淘汰。
轧钢原理-第1章
形后的尺寸和形状能够保留下来，金属无法恢复到原来
的形状或尺寸的变形称之为塑性变形。
第三节 应力状态及其图示
一、应力状态
金属压力加工过程中，金属内部产生复的应力状态。 研究变形体内的应力状态时，可在变形体内取出一无限小 的正六面体（可看成一点），这样就可以认为该六面体各 个面上的应力分布是均匀的。在主坐标系的条件下，作用
轧钢原理
第一章 应力和变形
第一节 力和应力
一、外力
金属塑性加工是金属与合金在外力作用下产生塑性变 形的过程。变形过程中外力主要有作用力和约束反力。
1、作用力：通常把塑性加工设备的可动工具部分对工件所作用的力 称为作用力或主动力。塑性加工时的作用力可以实测或用理论计算出 来。 2、约束反力：工件在主动力作用下，其运动将受到工具所阻碍而产
二、内力和应力
当在外力作用下物体的运动受到阻碍时，或由于物
理或化学等作用而引起物体内原子之间距离发生改变，在
物体内部就会产生内力。内力可由以下两种原因引起： （1）为平衡外力的机械作用将发生内力； （2）在各种物理及物理化学作用下，物体各部分变形大 小不同。由于物体是一个整体，各部分的不均匀变形会互 相限制，因此物体内部就会产生自相平衡的内力。
所以在变形体内往往不是单一的一种应力状态图示。应力
图示随变形的进行也常常发生转变。
力学中，规定正应力的符号是拉应力为正，压应力为
负。主应力按其代数值的大小排序，即σ1>σ2>σ3 。规定σ1
为最大主应力，σ3是最小主应力，σ2是中间主应力。
应力状态举例（1）
拉伸一个金属棒，在
均匀拉伸变形阶段是单向 拉应力图示，可是在拉伸 到出细颈后，由于力的传 递线（图中虚线）在细颈 处弯曲，而在细颈部分就 变成三向拉应力。
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自然咬入条件为
Tx fP cos P sin fPcos
即
f tan
亦即
tan tan
其中 为摩擦角。
咬入条件得出
咬入条件可写成：
该式表明，当摩擦角大于（充其量等于）咬入角时，可实现
自然咬入。如图2-3所示，若 ，则 P 与 T的合力N一定偏
向出口侧，故可顺利实现咬入。
P T
N
则
f tan 2
亦即
Px
Tx
T P
2
图2-4. 轧件在稳定轧制时的受力
1.2.2 改善咬入条件的措施
根据咬入条件 ，可知措施有二：减小 或者增大
1.减小咬入角
由 arccos(1 h D)可知，若使 有如下两法：
(1) 压下量一定，增大辊径 D ；
(2)轧辊直径一定，减小压下量h。
实际生产中，经常采用“强迫咬入”的方法，采用楔 形件或在坯料头部撒氧化铁皮渣子。
改善咬入条件的措施
(2) 合理调节轧制速度 实践表明，轧制速度 v ，则 f ，不利咬入，故
常采用低速咬入，高速轧制，低速抛出的所谓“梯 形
速度制度”来进行轧制。 (3) 适当考虑轧制温度的影T响 f
根据埃克隆德的研究， ， 。也就是说，这正 是咬入困难常发生在高温阶段的原因。
作业
习题集第7，8，9题
图2-3 轧件顺利咬入时的受力
1.2.2 稳定轧制时的咬入条件
金属充满变形区后就进入了稳定轧制阶段，此时能够继续轧制
的条件称为稳定轧制条件。如图2-4所示，假定接触面上单位压力
均匀分布，则与的作用点位于接触弧的二分之一处，若轧制能够
继续进行，必有
T x Px
即
f p cos( 2) p sin( 2)
谢谢
咬入条件分析
图2-1 轧件与轧辊开始接触瞬间作用力图解
咬入条件讨论
Px
Tx
P T
图2-2 轧件咬入时的受力
T x:拉入力
Px :推出力
T x Px ，顺利咬入 T x Px ，不能咬入 T x Px ，临界状态
咬入条件推导过程
由图2-2所示，设接触面上的摩擦规律为 T fP
则:
Px P sin
轧制原理
主讲： 张荣华 Emai:zrh1980@ 河北联合大学金属材料与加工工程系
主要内容
➢ 各参数之间的关系 ➢ 咬入条件 ➢ 稳定轧制时的咬入条件 ➢ 改善咬入条件的措施
3. 压下量与咬入角及轧辊直径之间的关系
这里指h 与 及 D 的关系,如图2所示。 O
BE = R－OE = h / 2
h 2
R2
R h h 2
R2
R h R h
1.2 咬入条件与稳定轧制条件
1.2.1 咬入条件 轧制过程能否实现，首先取决于轧件能否被咬入，
那么何时能咬入何时不能咬入就是我们所研究的问 题。现在，从轧件与轧辊刚刚接触时，轧件的受力 入手导出咬入条件。
为易于确定轧辊对轧件的作用力，首先分析轧件对 轧辊的作用力。
改善咬入条件的措施
2.增大摩擦角
增大 ，也即增大摩擦系数 f 。由于轧制时，受许多
因素的影响，情况较复杂，但就改善咬入条件来说， 可从如下几方面考虑： (1) 改变轧件或轧辊的表面状态：
在辊面上刻痕能够增大接触面的摩擦，但此法只适 用于粗轧条件。对精轧，考虑表面质量不用此法；
改变轧件的表面状态，对热轧可通过清除轧件表面 的炉生氧化铁皮来使 f 增加。
A
E
而其中
B
h
H
OE = R－BE = R－h / 2 Rcos
因此
Δh = D(1- cosa)
L
H = h + D(1- cosa)
hX = h + D(1- cos)
图2 变形区形状图示
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