金属塑性加工学—轧制理论与工艺

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。

轧制理论与工艺试卷4（东北大学网络学院）一、判断题（说明：对画“▼错画“X”）（每小题2分，共16分）1、只要轧制压力超过板形良好条件所要求的轧制压力，就会出现边浪。

（）2、轧件的变形抗力愈高，其塑性愈差。

（）3、轧件与轧辑接触弧的水平投影长度叫接触弧长。

（）4、在辐速及延伸系数一定条件下，只要轧件入口速度增大，其前滑必然增加。

（）5、轧辐直径增大，其总轧制压力不一定增加。

（）6、斜轧穿孔时加大送进角、降低轧辐转速可以提高斜轧的轴向滑动系数。

（）7、万能轧机轧制H型钢时，H型钢的腰部在万能孔型中处于全后滑状态。

（）8、型材轧制时的压下不均匀与平辑轧方件相比，将会减少宽展。

（）二、分析与计算（共30分）1、板带材厚度控制的方法有哪些？，试做简要分析。

（5分）2、什么叫板形？试简述各种因素对板形的影响。

（5分）3、写出并证明前馈式AGC的数学模型，分析其控制厚度的基本思想。

（7分）4、平板轧制中性角Y=1°,轧一直径Dz=120mm,出口厚度h=0.8mm,求：中性面高度？（5分）5、①90/①200X250四辐轧机，若来料厚度2.0mm,经一道次轧成1.5mm,B=IOOmm,若平均变形抗力。

产350Mpa,不考虑轧车昆弹性压扁的stone公式为：n,σ=—....... -,其中X=H,X h 前、后张力分别为70MPa和80MPa,摩擦系数取0.06,计算总轧制压力（8分）。

三、简要回答如下问题（共16分）1、型钢轧机如何按机架排列方式进行分类？（6分）2、利用二辑孔型轧制H型钢存在哪些困难？（6分）3、什么是切分轧制？（4分）四、回答下列问题（共30分）1、目前有哪几种管材冷加工方法？（4分）2、管材纵轧时的变形参数是以哪三个方向为准的？为何不与型材纵轧时确定变形参数的方向完全一致？（6分）3、斜轧穿孔轧辑由哪几部分组成？各部分有何作用？（6分）4、什么叫做二辑斜轧穿孔时的“临界径缩率”（£力?试阐明应从哪些方面采取措施，来提高它的极限值？（6分）5、张力减径机有何作用？在什么条件下使用张力减径机在经济上是合理的？（8分）参考答案一、判断题1、F；2、F；3、T；4、T；5、F；6、T；7、T；8、F二、分析与计算1、板带材厚度控制的方法有：（1）调整压下法；调压下是厚度控制最主要的方式，常用于消除由于影响轧制压力的因素所造成的厚度差。

一、名词解释1、轧制：两个或两个以上的旋转工具间靠摩擦拉入工具间变形2、轧制过程：靠旋转靠旋转的轧辊与轧件之间形成的摩擦力将轧件拖进滚缝之间，并使之受到压缩产生塑性变形的过程3、咬入角α：轧件与轧辊相接触的圆弧所对应的圆心角4、接触弧长度（咬入弧长度）：轧件与轧辊相接触的圆弧的水平投影长度5、绝对变形量：用轧制前、后轧件绝对尺寸之差表示的变形量6、相对变形量：用轧制前、后轧件尺寸的相对变化表示的变形量7、咬入：依靠回转的轧辊与轧件之间的摩擦力，轧辊将轧件拖入轧辊之间的现象8、宽展：延横向移动的体积所引起的轧件宽度的变化9、前滑：轧件出口速度Vh大于轧辊在该处的线速度V，即Vh>V的现象10、前滑值：轧件出口速度Vh与对应点的轧辊圆周速度之差与轧辊圆周速度的线速度之差与轧辊圆周速度的线速度之比即Sh=（Vh-V）/V*100%11、后滑：轧件入口速度VH小于轧辊在该处的线速度V的水平分量V*cosα的现象12、后滑值：轧件入口断面轧件的速度与轧辊在该点处圆周速度的水平分量之差同轧辊圆周速度水平分量之比值即SH=（Vcosα-VH）/ Vcosα*100%13、中性角γ：决定变形区内金属相对轧辊运动速度的一个参量14、轧制压力：用测压仪测量金属在轧辊上的总压力15、连轧：；连轧机各机架顺序排列轧件同时通过数架轧机进行轧制，各个机架通过轧件相互联系16、异步轧制：两个工作辊表面线速度不同的一种轧制方法17、异径轧制：板带材生产中，线速度基本相同而直径与转速相差很大的轧制状态18、轧制力矩：用于使轧件塑性变形所需之力矩19、注：①简单轧制是对称轧制，对称轧制不是简单轧制②主电机过载时间t≤15S③主电机传动力矩：动力矩静力矩（轧制力矩附加摩擦力矩空转力矩）二、填空与简答1、轧制变形的表示方法：①绝对变形量②相对变形量③变形系数2、轧制变形的基本理论：①外端理论②三阶段理论（咬入形成抛出）③不均匀变形理论（比较正确）3、宽展的种类：①自由宽展（适用平棍轧制）②限制宽展（适用凹管）③强迫宽展（适用凸管轧制和切入型轧辊）<注：孔型中的宽展有限制宽展和强迫宽展》4、宽展组成：①滑动宽展②翻平宽展③鼓形宽展5、连轧的条件：轧件在轧制线上每一家轧机的秒流量相等6、机组与机组之间采用堆钢，机架与机架之间采用拉钢7、堆拉系数：K＞1，堆钢轧制堆拉率：ε为正值，拉钢轧制K＜1，拉钢轧制ε为正值，堆钢轧制8、确定平均单位压力方法：①理论计算法（常用）②实测法③经验公式法9、轧材应用最广泛的是刚材，其中优质碳素钢材又称号钢10、有色金属应用较广的主要是：铝铜钛注：钛及钛合金比强度和比刚度大用于航空天海石油11、板带材是有色金属与合金主要轧材且是弯曲型钢焊接、型钢和焊接钢管的原料12、有色金属型材、棒材、管材大多采用挤压法，中小规格的棒材、线坯和简单断面的的型材用轧制方法13、钢管一般采用：①轧制②焊接③拉伸14、钢管生产系统分为①板带钢生产系统②型钢生产系统③混合生产系统④合金钢生产系统15、碳素钢材生产工艺流程：①连铸坯的工艺流程②钢锭的大型生产系统的工艺流程③钢锭的中型生产系统的工艺过程④钢锭的小型生产系统工艺过程16、轧制生产工艺的条件：技①术要求（首要依据）②内在规律（即钢种特性）③工艺过程17、产品标准：规①格标准技②术条件③试验标准④交货标准18、轧材生产各基础工序：①原料的选择及准备原②料加热③钢的轧制④钢材轧后冷却与精整⑤钢材生产的检查19、保证产品质量的中心环节是钢的轧制变形①程度↑三向应力状态↑组织性能↑②变形温度↑(塑性↑变形抗力↓钢种特性好，保证产品质量) ③变形速度（低速咬入高速轧制）注：提高生产率途径即提高轧机速度20、简单轧制的特点：①上下轧辊直径相同②转速相等③轧辊无切槽④均为主动辊⑤无外力或推力⑥刚性的轧辊⑦入辊出辊速度均匀⑧轧件力学性质均匀21、咬入条件：咬入角≤摩擦角即（α≤β）☆推导过程：Nx=Nsinα（Nx----咬入阻力）Tx=Tcosα（Tx---咬入力）①当Nx＞Tx；Nsinα＞Nfcosα即tanα＞f 因tan=f 故α＞β不能自然咬入②当Nx=Tx；Nsinα=Nfcosα即tanα=f 故α=β平衡状态③当Nx＜Tx；Nsinα＜Nfcosα即tanα＜f 故α≤β自然咬入22、改善咬入条件的途径①降低α角②提高β23、降低α方法：①增大轧辊直径D②减小压下量24、提高β角方法：①改变轧件或轧辊的表面状态②合理地调节轧制速度25、实际生产中常见降低α角的方法：①用钢锭的小头先进入轧辊或用带有楔形端的钢坯进行轧制②强迫咬入，用外力将轧件强度强制推入轧辊26、钢材生产系统：①传统：以模铸钢锭为原料用初轧机或开坯机将钢锭轧成各种规格钢坯再通过成品轧机轧成钢材②现代：以连铸坯为原料连铸钢将钢水直接铸成一定断面形状和规格钢坯再通过成品轧机轧成钢材27、合金钢的生产工艺流程的特殊处①在工序上比碳素钢多出原料准备中退火②轧制后的热处理③酸洗④开坯中有时用锻造代替轧钢28、钢材的冷加工生产工艺流程特点：①加工前酸洗②加工后退火两者属于冷加工生产线29、有色金属加工方法：①轧制②挤压③拉拔30、有色金属加工中的工序：①铣面作用（机械加热，除去表面氧化铁皮和缺陷）②包铝作用:防氧化液压薄③蚀洗=酸洗④冷轧31、连铸及连铸—连轧工艺与传统模铸热轧比较的优越性：①增加金属收得率②节约能源③提高铸坯质量④简化工艺⑤改善劳动条件⑥便于实现机械化和自动化32、连铸与轧制的衔接工艺：①基本条件：产量，规格和节奏匹配②基础：质量控制③技术关键：温度与热能的衔接调控33、连铸与轧机的衔接模式：①连续铸扎工艺②连铸坯直接轧制工艺②连铸坯直接轧制工艺（CC—DR）③高温热装炉炸制工艺（CC—DHCR或HDR）④低温热装工艺（CC—HCR）⑤常规冷装炉轧制工艺34、实现连铸与轧制连续化生产且保证质量的匹配关系使连铸机生产能力略大于炼钢能力，而轧钢能力略大于连铸能力35、连铸坯热装热送和直接轧制工艺特点：①节约能源消耗②提高成材率节约金属消耗③简化生产工艺流程④大大缩短生产周期⑤提高产品的质量⑥减少人员编制36、CC--DR;CC—DHCR;CC—HCR:优点：（同35）缺点：①CC—DR：生产计划安排与管理难度大；设备操作可靠性要求高②CC-DHCR：效益低于CC—DR③CC—HCR：效益低于连铸连轧范围：①CC—DR：铸坯和轧制产品断面形状规格和钢种变换少的工厂铸坯产量衔接匹配平衡形成连续流水生产线②CC—DHCR:产品断面形状规格和钢种变换多的工厂可二流或多留连铸共轧机，形成铸扎连续流水生产线③产品断面形状规格和钢种变换多而大的工厂可多流连铸及远距离连铸共轧机37、感应式加热炉特点①短式加热，效率高②操作灵活③无污染，劳动条件好④氧化铁皮损失小⑤维护方便⑥不利对切割断面加热38、辊底式加热炉特点：①铸坯长度和重量不受限制②储坯量小缓冲能力小③温度范围小能耗高不环保④加热炉长，辊道定时检修更换基建设备，投资大39、步进式加热炉特点：①铸坯长和重量受加热炉宽度限制②储坯量大③均热时间长能耗低④加热炉短，基建设备投资少40、连铸连轧工艺的主要关键技术：①高温无缺陷铸坯生产技术②铸坯温度保证与输送技术③自由程序轧制技术④生产计划管理技术⑤设备和工艺可靠性技术41、铸坯温度保证技术靠什么？（内热保热补热）①内部冶金热能②外部加热42、铸坯温度保证技术有：①未凝固再加热技术即用液芯凝固潜热加热表面的技术，争取板坯保持更高均匀的温度②连珠钢坯的输送保温技术a近——保温辊道b远——保温车③方坯及板坯边部补偿加热技术a连铸机内绝热技术b在火焰切割机附近采用板坯边部加热装置C电磁感应加热技术d铸坯加热技术(铸坯的升温和均温；铸坯的储存和铸扎工序之间的缓冲；物流协调作用43、异步轧制的特点：①降低轧制压力②轧薄能力强③轧制精度高④振动问题44、异径轧制的特点：①增大压下量②减少道次③轧制效率和轧薄能力高④产品厚度精度高，板型质量好45、计算单位压力理论：采利柯夫：①轧件与辊间近于完全滑动②接触弧看做弦③最适用于冷轧薄板西姆斯：①轧制看作粗糙的斜锤头间的镦粗②接触弧——抛物线③适用于热轧斯通：①轧制看作平行板间镦粗②接触表面摩擦规律——全滑动③适用于冷轧薄板爱克伦得：适用于孔型轧制即热轧★基本因素：前滑：①中性角γ：γ增加S增加②轧件高度h：h增加S减小③轧后半径R：R增加S增加S=r²/h *R宽展：A：B/L ①当B/L≤1 a：△b增△L增b：B=常值△b随t增而增c：L=常值△b 随B增而增d：B/L增lnβ减小△b减小B：工具形状系数KG（0＜KG＜1时延伸＞宽展）①D增KG增②△h增KG增③α增KG 增f增KG增★工艺因素：前滑①压下率△h/H: △h/H↑S↑②轧件宽度：a：轧件宽度＜40mm随宽度↑S↑b：轧件宽度＞40mm随宽度↑S一定③摩擦系数f：f↑S↑④轧辊直径D：D↑S↑⑤张力↑S↑⑥轧件厚度↓S↑宽展①相对压下量△h/H↑△b↑②轧辊直径D↑△b↑③轧制道次：总△h一定轧制道次增加△b↓④轧件宽度B↑△b↑⑤摩擦系数f↑△b↑单位压力Px （四要素）：①摩擦系数f↑Px↑②相对压下量△h/H↑Px↑③轧辊直径D ↑Px↑④张力↑Px↓三、计算题1、采利柯夫，西姆斯，斯通，爱克伦得计算53——75页2、稳定轧制条件注：冷轧时αy=kxα（kx=2——2.4）热轧时αy=kx*βy/β*α（αy=1.5——1.7α）例：钢管直径D=1150 880/635 α=30°（1）怎么轧，可是轧后最薄（2）求该条件下的α和L（1）解：△hmax小=D（1-cos30°）=154h =635-154=481△h大=880-481=399αy=1.5α=45°△hmax大=D（1-cosαy）=1150（1-cos45°）=337△h大＞△hmax大故不能稳定轧制hmin=880-337=543（2）△hmin=635-543=92α=arccos（1-92/1150）L=根号下R*△h。

⾦属塑性加⼯——轧制理论与⼯艺思考题轧制理论部分思考题1.简单轧制过程的条件，变形区及主要参数有哪些？答：简单轧制过程：轧制过程上下辊直径相等，转速相同，且均为主动辊、轧制过程对两个轧辊完全对称、轧辊为刚性、轧件除受轧辊作⽤外，不受其他任何外⼒作⽤、轧件在⼊辊处和出辊处速度均匀、轧件本⾝的⼒学性质均匀。

变形区：（1）⼏何变形区：⼊⼝和出⼝截⾯之间的区域；（2）物理变形区：发⽣塑性变形的区域。

变形区参数：（1）咬⼊弧：轧件与轧辊相接触的圆弧。

（2）咬⼊⾓α：咬⼊弧所对应的圆⼼⾓称为咬⼊⾓。

（3）变形区长：咬⼊弧的⽔平投影。

（4）轧辊半径R。

（5）轧件轧前、后的厚度H、h。

（6）平均厚度。

（7）轧件轧前、后宽度B、b。

（8）平均宽度。

（9）压下量。

2.改善咬⼊条件的途径。

答：由α≤β应使α↓,β↑：1.减⼩α⽅法：由α=arccos(1-△h/D) ：1）减⼩压下量； 2）增⼤D；⽣产中常⽤⽅法：3）采⽤开始⼩压下或采⽤带有楔形端的钢坯进⾏轧制的⽅法。

2.提⾼β的⽅法：轧制中摩擦系数主要与轧辊和轧件的表⾯状态、轧制时轧件对轧辊的变形抗⼒以及轧辊线速度的⼤⼩有关：1）改变表⾯状态，如清除氧化⽪；2）合理调节轧制速度，随轧制速度提⾼摩擦系数降低，采取低速咬⼊；3）改变润滑情况等。

3.宽展的组成及分类。

答：组成：滑动宽展△B1、翻平宽展△B2、⿎形宽展△B3；分类：⾃由宽展、限制宽展、强制宽展。

4.前后滑区、中性⾓的定义。

答：（1）前滑区：摩擦⼒⽅向与带钢运⾏⽅向相反，在变形区出⼝处，⾦属速度⼤于轧辊圆周速度，相对轧辊向前运动。

（2）后滑区：摩擦⼒⽅向与带钢运⾏⽅向相同，在变形区⼊⼝处，⾦属速度⼩于轧辊圆周速度，相对轧辊向后运动。

（3）中性⾓：前滑区与后滑区的分界⾯对应的圆⼼⾓叫中性⾓，⾦属速度与轧辊圆周速度相等，相对轧辊没有运动。

5.确定平均单位压⼒的⽅法，说明。

答：（1）理论计算法：它是建⽴在理论分析基础上，⽤计算公式确定单位压⼒。

《轧制理论与⼯艺》习题集《轧制理论与⼯艺》习题集绪论⼀.概念题1)轧制2)轧制分类3)平辊轧制4)型辊轧制5)纵轧6)横轧7)斜轧⼆.填空题三.问答题1)轧制有哪些分类⽅法，如何分类?2)轧制在国民经济中的作⽤如何?3)现代轧制⼯艺技术的特点和发展趋势如何?四.计算题第⼀篇轧制理论第1章轧制过程基本概念⼀.概念题1)轧制过程2)简单轧制过程3)轧制变形区(07成型正考)4)⼏何变形区5)咬⼊⾓6)接触弧长度(09成型正考)7)变形区长度8)轧辊弹性压扁(08成型正考)9)轧件弹性压扁10)绝对变形量11)相对变形量12)变形系数13)均匀变形理论14)刚端理论15)不均匀变形理论16)变形区形状系数⼆.填空题三.问答题1)简述不均匀变性理论的主要内容。

2)简述沿轧件断⾯⾼度⽅向上速度的分布特点。

3)简述沿轧件断⾯⾼度⽅向上变形的分布特点。

4)简述变形区形状系数对轧件断⾯⾼度⽅向上速度与变形的影响。

5)简述沿轧件宽度⽅向上的⾦属的流动规律。

四.计算题1)咬⼊⾓计算2)接触弧长度计算3)在?650mm轧机上轧制钢坯尺⼨为100mm×100mm×200mm，第1道次轧制道次的压下量为35mm，轧件通过变形区的平均速度为3.0m/s时，试求：(12分) (07成型正考) (08成型正考)(1) 第1道次轧后的轧件尺⼨(忽略宽展)；(2) 第1道次的总轧制时间；(3) 轧件在变形区的停留时间；(4) 变形区的各基本参数。

4)在?750mm轧机上轧制钢坯尺⼨为120mm×120mm×250mm，第1道次轧制道次的压下量为35mm，轧件通过变形区的平均速度为3.5m/s时，试求：(12分) (09成型正考)(1) 第1道次轧后的轧件尺⼨(忽略宽展)；(2) 第1道次的总轧制时间；(3) 轧件在变形区的停留时间；(4) 变形区的各基本参数。

第2章实现轧制过程的条件⼀.概念题1)咬⼊2)⾃然咬⼊3)⾃然咬⼊条件(07成型正考)4)极限咬⼊条件(09成型正考)5)稳定轧制6)合⼒作⽤点系数7)稳定轧制条件(08成型正考)8)极限稳定轧制条件⼆.填空题三.问答题1)简述改善咬⼊条件的途径。