《轧制过程基本概念》课件

轧制过程基本概念轧制是一种重要的金属加工工艺，涉及到将金属材料通过轧辊施加压力，使其发生塑性变形，从而改变金属的形状、尺寸和性能。1.轧制的定义和特点定义轧制是一种金属塑性加工方法，通过一对或多对轧辊之间的压力，使金属材料发生塑性变形，从而改变金属材料的形状和尺寸。特点轧制过程具有生产效率高、产品质量稳定、尺寸精度高、材料利用率高等特点。轧机的组成部分轧辊轧辊是轧机的主要工作部件，对金属材料进行塑性变形。机架机架是轧机的骨架，支撑轧辊并承受轧制力。传动系统传动系统为轧辊提供动力，使轧辊转动并对金属材料施加压力。轧机的分类1按轧制材料分类可以分为热轧机和冷轧机。2按轧制产品分类可以分为薄板轧机、厚板轧机、带材轧机等。3按轧制工艺分类可以分为连续轧制和逐级轧制。冷轧和热轧的区别冷轧冷轧是指在常温下进行的轧制，轧件强度高，表面光洁度好。热轧热轧是指在高温下进行的轧制，轧件强度低，表面粗糙度高。轧辊的材料和作用高强度材料轧辊需要承受巨大的压力和摩擦，因此必须使用高强度材料制造，例如合金钢。耐磨性轧辊表面会受到频繁的磨损，因此需要具有良好的耐磨性，以延长使用寿命。耐热性在热轧过程中，轧辊会暴露在高温环境中，因此需要具有良好的耐热性，以防止变形或损坏。尺寸稳定性轧辊的尺寸需要保持稳定，以确保轧制产品的精度和质量。轧辊的表面加工表面光洁度轧辊表面光洁度影响轧件表面质量表面硬度表面硬度影响轧辊使用寿命表面粗糙度表面粗糙度影响轧件尺寸精度轧件的几何尺寸参数厚度轧件的厚度是影响其性能的重要参数。厚度通常用毫米（mm）表示。宽度轧件的宽度是指其横向尺寸。宽度也用毫米（mm）表示。长度轧件的长度是指其纵向尺寸。长度通常用米（m）表示。形状轧件可以是各种形状，如板材、型材、管材等。单一轧制过程的应力分析1压缩应力轧制过程中，轧辊对轧件施加压力，产生压缩应力，导致轧件变形。2剪切应力轧辊与轧件之间的摩擦力产生剪切应力，影响轧件的流动和变形。3拉伸应力轧件在变形过程中，由于轧辊的拉力，在轧件内部产生拉伸应力。轧件的塑性变形机理晶粒变形金属材料在轧制过程中，晶粒发生形变，导致晶粒尺寸变小，晶粒形状变得不规则。位错运动轧制过程中，金属材料内部的位错发生移动和增殖，导致金属材料的强度和硬度增加。孪晶在轧制过程中，金属材料内部的晶粒发生孪晶，导致金属材料的塑性变形增加。再结晶轧制过程中的热变形会导致金属材料发生再结晶，形成新的晶粒，提高金属材料的塑性和韧性。轧制温度对轧件性能的影响1强度和硬度温度越高，轧件强度和硬度越低。2塑性温度越高，轧件塑性越好。3晶粒尺寸温度越高，晶粒尺寸越大。轧制速度对轧件性能的影响轧制速度影响变形程度和温度性能影响强度、硬度、韧性轧制力和轧制扭矩的计算轧制力轧制力是指轧辊对轧件施加的压力，它是轧制过程中最重要的参数之一。轧制力的大小取决于轧件的尺寸、材料的性质、轧制速度、轧制温度等因素。计算轧制力可以使用各种公式，例如西蒙斯公式和卡拉西公式。轧制扭矩轧制扭矩是指轧辊旋转所需的力矩，它是衡量轧机功率的重要指标。轧制扭矩的大小取决于轧制力的大小和轧辊的半径。计算轧制扭矩可以使用公式：T=F*R，其中T为轧制扭矩，F为轧制力，R为轧辊半径。轧制功率的计算1功率计算轧制功率是轧制过程中克服变形阻力所消耗的功率2变形阻力变形阻力包括轧制力、轧制扭矩和摩擦力3公式轧制功率等于轧制力乘以轧制速度轧制变形的几何关系轧制前轧制前，金属材料的横截面为矩形。轧制过程轧制过程中，金属材料在轧辊的作用下发生塑性变形，横截面形状发生变化。轧制后轧制后，金属材料的横截面形状根据轧辊的形状和轧制参数而变化。轧制工艺参数的优化轧制温度优化轧制温度可提高轧制效率并改善轧件性能。轧制速度控制轧制速度可影响轧件的表面质量和尺寸精度。轧制压力适当的轧制压力可确保轧件的形状和尺寸符合要求。轧制缺陷及其防治措施裂纹轧制过程中，由于材料的拉伸应力过大，可能会导致裂纹的产生。可以通过控制轧制速度、温度和压力来防止裂纹。折迭折迭是轧制过程中常见的缺陷之一，主要是由于轧辊与坯料之间的摩擦力不足导致的。可以通过增加轧制压力、提高轧辊表面粗糙度等方法来防止折迭。形状偏差轧制过程中，由于轧辊的磨损、轧制力的不均匀等因素，可能会导致轧件的形状发生偏差。可以通过定期检查和更换轧辊、调整轧制力等方法来控制形状偏差。轧制工艺参数对产品质量的影响厚度偏差轧制速度、轧辊温度和轧制压力等参数会直接影响轧件的厚度，进而影响产品质量。表面质量轧制速度、轧辊表面状况和润滑条件等因素会影响轧件的表面光洁度和表面缺陷。力学性能轧制温度、轧制速度和轧制变形量等参数会影响轧件的强度、硬度和塑性等力学性能。薄板和厚板轧制工艺特点薄板轧制薄板轧制通常采用**冷轧工艺**，以获得更高的精度和表面质量。薄板的厚度通常在0.5-5.0毫米之间，主要用于汽车、家电、建筑等行业。厚板轧制厚板轧制通常采用**热轧工艺**，以获得更高的强度和韧性。厚板的厚度通常在5.0-200.0毫米之间，主要用于桥梁、船舶、建筑等行业。不同材料的轧制工艺特点1钢钢材的轧制工艺通常需要更高的温度和压力，以确保金属的塑性变形。轧制过程也会影响钢材的机械性能，如强度、韧性和硬度。2铝铝的轧制温度相对较低，并且在轧制过程中需要控制温度和压力，以避免铝的过早硬化。3铜铜的轧制工艺需要考虑铜的易氧化性和导电性，因此需要采取特殊的工艺措施，以防止铜在轧制过程中发生氧化或产生裂纹。热轧和冷轧的工艺特点热轧高温下进行，材料韧性高，变形容易，轧制力小，生产效率高，但尺寸精度低，表面质量差。冷轧常温下进行，材料硬度高，变形困难，轧制力大，生产效率低，但尺寸精度高，表面质量好。连续轧制和逐级轧制的区别连续轧制轧件在轧机上连续不断地通过，并在每个机架上进行轧制，以实现最终的尺寸和形状。逐级轧制轧件在每个机架上经过一次轧制，然后从一个机架转移到下一个机架，以实现最终的尺寸和形状。轧制工艺参数的控制方法传感器监测轧制过程中的关键参数，例如温度、压力、速度等。反馈控制将传感器数据反馈给控制系统，进行实时调整和优化。自动化控制利用计算机系统自动控制轧制过程，提高效率和精度。轧制工艺的数学模型轧制工艺的数学模型是通过数学方法描述轧制过程的物理现象和规律，它可以用来预测和分析轧制过程中的各种参数，如轧制力、轧制扭矩、轧制变形等。数学模型的建立需要考虑各种因素，包括材料特性、轧机参数、轧制工艺参数等。常见的轧制工艺数学模型包括：塑性变形模型热传导模型轧制力模型轧制扭矩模型轧制变形模型通过建立数学模型，可以对轧制过程进行仿真和优化，提高轧制效率和产品质量。轧制工艺模拟分析轧制工艺模拟分析是利用计算机技术对轧制过程进行仿真，预测轧制过程中的各种参数，并评估工艺参数对产品质量的影响，从而优化轧制工艺，提高产品质量，降低生产成本。常见的轧制工艺模拟软件包括：Deform、QForm、Simufact、Marc等。这些软件可以模拟轧制过程中的各种物理现象，例如金属塑性变形、热传导、应力应变分析等。轧制工艺优化设计工艺参数轧制温度、速度、轧制力等参数对产品质量和生产效率有重大影响，需要进行优化调整。设备维护定期维护和保养轧机设备，确保其稳定运行和最佳性能，提高生产效率和产品质量。控制系统采用先进的控制系统，对轧制过程进行实时监控和优化，实现精准控制和高效生产。轧制工艺的发展趋势1自动化自动化和智能化，提高生产效率和产品质量2数字化数字孪生技术，优化轧制参数，提高生产效率3绿色化节能减排，降低生产成本，减少环境污染轧制工艺的应用实例1汽车制造轧制工艺用于生产汽车车身、底盘、轮毂等部件。2航空航天制造飞机机身、机翼、发动机部件等。3铁路运输生产铁路轨道、车厢、车轮等部件。轧制工艺的行业应用金属制品从汽车、飞机到电子产品和建筑材料，轧制工艺在各个领域发挥着重要作用。能源轧制工艺用于制造管道、压力容器、涡轮机叶片等，为能源产业提供关键材料。机械制造轧制工艺生产的金属板材和型材，是机械制造和装备制造的基础材料。轧制工艺的研究现状材料与工艺对不同材料的轧制工艺进行研究，优化工艺参数，提高产品质量。模拟与优化利用有限