軋制工程學(xué)

緒論

第1章 軋制過程的基本概念

1.1 簡單(理想)軋制過程模型

1.1.1 咬入條件

1.1.2 軋制的變形、運(yùn)動(dòng)學(xué)、力學(xué)條件

1.2 影響軋制過程的因素及三種典型軋制情況

1.2.1 軋制影響因素

1.2.2 三種典型軋制情況

1.3 第一類影響軋制因素

1.3.1 影響金屬變形抗力的因素

1.3.2 金屬變形抗力的理論和假說(數(shù)學(xué)模擬)

1.3.3 軋制時(shí)變形程度、變形速度、變形溫度的確定

1.4 第二類影響軋制因素——外摩擦及外區(qū)

1.4.1 外摩擦

1.4.2 外區(qū)的作用

第2章 軋制參數(shù)計(jì)算的理論基礎(chǔ)

2.1 塑性加工學(xué)的綜合體系

2.2 應(yīng)變與應(yīng)力的關(guān)系

2.3 塑性加工學(xué)的基本定律

2.3.1 質(zhì)量守恒定律

2.3.2 動(dòng)量守恒定律

2.3.3 能量守恒定律

2.4 塑性加工的物性方程

2.4.1 屈服條件

2.4.2 應(yīng)變與應(yīng)力的關(guān)系

2.4.3 軋制過程流變學(xué)

2.5 連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的邊值問題

2.6 塑性加工問題的求解方法

2.6.1 虛功原理、最大塑性功原理和上下界定理

2.6.2 塑性變分原理

2.6.3 軋制力學(xué)問題的求解方法

第3章 工藝和設(shè)備強(qiáng)度設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)

3.1 軋制壓力

3.2 軋制壓力計(jì)算

3.2.1 截面法

3.2.2 其他軋制壓力計(jì)算方法

3.3 關(guān)于提高軋制力計(jì)算精度問題

3.3.1 關(guān)于計(jì)算精度

3.3.2 密切結(jié)合生產(chǎn)建立模型

第4章 設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)

4.1 二輥軋機(jī)輥系受力分析

4.1.1 簡單軋制情況下輥系受力分析

4.1.2 作用在軋輥上的力的方向

4.2 四輥軋機(jī)輥系受力分析

4.2.1 工作輥驅(qū)動(dòng)情況下的輥系受力分析

4.2.2 軋制穩(wěn)定性的分析與偏移量的計(jì)算

4.2.3 驅(qū)動(dòng)支撐輥情況下的輥系受力分析

4.2.4 工作輥的側(cè)向彎曲與打滑

4.3 多輥軋機(jī)輥系受力分析

4.3.1 十二輥軋機(jī)的輥系受力分析

4.3.2 偏八輥軋機(jī)的輥系受力分析

4.4 輥系受力分析的簡化方法

第5章 設(shè)備電氣設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)

5.1 傳動(dòng)軋輥所需力矩

5.2 軋制力矩

5.2.1 由軋制力計(jì)算軋制力矩

5.2.2 按能量消耗確定軋制力矩

5.2.3 張力、軋輥壓扁等因素的影響

5.3 軋制功率

5.3.1 理論計(jì)算方法

5.3.2 附加力矩

5.3.3 動(dòng)力矩

5.3.4 負(fù)荷圖

5.3.5 由能耗曲線確定功率

5.4 單位能耗曲線

第6章 設(shè)備剛度設(shè)計(jì)及厚控的理論基礎(chǔ)

6.1 軋制的彈塑曲線

6.1.1 軋件的塑性曲線

6.1.2 軋機(jī)的彈性曲線

6.1.3 軋制的彈塑曲線

6.2 軋機(jī)調(diào)整圖示

6.3 軋制彈塑曲線的建立方法

6.3.1 軋機(jī)剛度

6.3.2 剛性系數(shù)K的計(jì)算

6.3.3 塑性系數(shù)M的計(jì)算

6.4 厚度自動(dòng)控制及厚控方程

6.4.1 厚控方程

6.4.2 厚控方案

6.5 最小可軋厚度

6.6 軋制時(shí)的振動(dòng)——軋機(jī)彈性變形的另一形式

6.6.1 冷帶軋機(jī)的振動(dòng)

6.6.2 軋機(jī)振動(dòng)頻率計(jì)算方法

6.6.3 振動(dòng)的實(shí)驗(yàn)研究和生產(chǎn)性研究

第7章 軋制動(dòng)態(tài)過程控制的理論基礎(chǔ)

7.1 連軋張力

7.1.1 張力公式推導(dǎo)

7.1.2 連軋張力分析

7.2 前滑

7.2.1 前滑及后滑的表示方法

7.2.2 影響前滑的因素

7.2.3 孔型中的前滑

7.3 連軋綜合特性及過程模擬

7.3.1 影響系數(shù)法

7.3.2 直接計(jì)算法

7.4 全連續(xù)軋制理論

7.4.1 動(dòng)態(tài)規(guī)格變換工藝

7.4.2 動(dòng)態(tài)規(guī)格變換的數(shù)學(xué)模擬

7.5 連軋綜合力學(xué)模型

7.5.1 力學(xué)方程

7.5.2 軋制運(yùn)動(dòng)學(xué)方程

7.5.3 軋制物理方程

7.5.4 起始條件與邊界條件

第8章 孔型設(shè)計(jì)及寬度控制的理論基礎(chǔ)

8.1 軋制時(shí)金屬的流動(dòng)

8.1.1 應(yīng)力、應(yīng)變沿軋件截面的分布假設(shè)

8.1.2 用視塑性法建立軋制的應(yīng)力、應(yīng)變場

8.1.3 沿軋件長度方向變形不均勻性

8.1.4 帶材軋制時(shí)沿軋件寬度的應(yīng)力分布

8.2 坯料端部變形

8.3 孔型的界定及幾何描述

8.3.1 孔型的分類

8.3.2 孔型的組成

8.3.3 孔型的配置

8.4 金屬在孔型中的流動(dòng)和變形計(jì)算

8.4.1 孔型軋制的變形特點(diǎn)

8.4.2 寬展的計(jì)算

8.4.3 變形系數(shù)

第9章 板形控制的理論基礎(chǔ)

9.1 板帶產(chǎn)品的幾何偏差描述

9.1.1 板帶斷面形狀的限定

9.1.2 板帶形狀的限定

9.1.3 板形與延伸的關(guān)系

9.1.4 平直度表示法

9.2 板形影響因素的理論基礎(chǔ)知識(shí)

9.2.1 軋制力的三元理論

9.2.2 軋件的不均勻變形及其對板形的影響

9.2.3 軋制時(shí)的張應(yīng)力

9.2.4 軋件的殘余應(yīng)力

9.2.5 軋輥的彈性變形

9.2.6 軋輥熱凸度的計(jì)算

9.3 板形控制的基礎(chǔ)理論知識(shí)

9.3.1 彎輥技術(shù)

9.3.2 軋輥軸移技術(shù)

9.3.3 改變軋輥凸度

9.4 板形仿真及對板形問題的分析

9.4.1 產(chǎn)品板形的確定——板形方程

9.4.2 軋制因素對板形的影響

9.4.3 板形控制技術(shù)及控制效果

9.4.4 橫向剛度的數(shù)學(xué)及幾何描述

9.5 板形綜合治理

9.5.1 板形綜合治理策略

9.5.2 產(chǎn)品診斷

9.5.3 原料精度

9.5.4 各工序的板形治理

第10章 工藝規(guī)程制訂的理論基礎(chǔ)

10.1 最優(yōu)化技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)

10.1.1 統(tǒng)籌法及優(yōu)選法

10.1.2 線性規(guī)劃

10.1.3 動(dòng)態(tài)規(guī)劃

10.1.4 不確定規(guī)劃

10.2 最佳參數(shù)選擇

10.2.1 工作輥徑的選擇

10.2.2 軋制速度選擇

10.3 工藝方案最優(yōu)選擇

10.3.1 孔型系統(tǒng)的選擇

10.3.2 工藝制度優(yōu)化

10.3.3 優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例

10.4 工藝規(guī)程制訂的基本原則

第11章 軋制生產(chǎn)過程仿真的理論基礎(chǔ)

11.1 軋制生產(chǎn)系統(tǒng)

11.1.1 現(xiàn)代軋制生產(chǎn)是一個(gè)巨系統(tǒng)

11.1.2 軋制生產(chǎn)系統(tǒng)的分析方法

11.2 軋制生產(chǎn)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)特征及仿真

11.2.1 關(guān)于非確定性的哲學(xué)思考

11.2.2 離散事件仿真方法的基本原理

11.2.3 離散事件仿真方法

11.2.4 離散事件仿真語言

11.3 軋制生產(chǎn)物流學(xué)

11.3.1 物流學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

11.3.2 軋制生產(chǎn)的物流學(xué)特征

11.4 軋制生產(chǎn)物流系統(tǒng)仿真

11.4.1 方坯連鑄－連軋(CC－CR)物流系統(tǒng)仿真

11.4.2 寬帶連鑄－連軋(CC－CR)物流系統(tǒng)仿真

11.4.3 “上引－盤拉”紫銅小管生產(chǎn)物流系統(tǒng)仿真

第12章 軋制生產(chǎn)運(yùn)作管理的關(guān)鍵技術(shù)

12.1 生產(chǎn)運(yùn)作管理及管理系統(tǒng)

12.1.1 生產(chǎn)運(yùn)作管理系統(tǒng)

12.1.2 生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃

12.1.3 冶金企業(yè)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的編制、實(shí)施及控制

12.2 冶金一體化生產(chǎn)－連鑄坯熱送熱裝技術(shù)

12.3 作業(yè)計(jì)劃編制

12.3.1 冶－鑄－軋一體化作業(yè)計(jì)劃編制和控制的困難性

12.3.2 冶－鑄－軋一體化作業(yè)計(jì)劃的編制

12.4 冶－鑄－軋一體化作業(yè)計(jì)劃的動(dòng)態(tài)變更

12.4.1 一體化生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析

12.4.2 冶金一體化生產(chǎn)系統(tǒng)在線計(jì)劃調(diào)整策略的制訂

12.5 作業(yè)計(jì)劃的評價(jià)分析

12.5.1 冶－鑄－軋一體化生產(chǎn)系統(tǒng)的仿真模型

12.5.2 冶－鑄－軋一體化生產(chǎn)系統(tǒng)的仿真結(jié)果

12.5.3 簡單的分析

12.6 生產(chǎn)分析

12.6.1 市場需求帶來的問題

12.6.2 設(shè)備故障和生產(chǎn)操作

12.6.3 生產(chǎn)管理狀況

12.6.4 庫存狀況

12.6.5 綜合收得率

12.7 信息發(fā)掘及利用

12.7.1 信息利用中的問題

12.7.2 信息利用舉例

12.7.3 培訓(xùn)仿真器及虛擬實(shí)驗(yàn)室

第13章 產(chǎn)品質(zhì)量管理及控制的關(guān)鍵技術(shù)

13.1 產(chǎn)品質(zhì)量

13.1.1 質(zhì)量要求

13.1.2 產(chǎn)品精度與成本的關(guān)系

13.1.3 產(chǎn)品幾何精度標(biāo)準(zhǔn)

13.2 質(zhì)量管理

13.2.1 質(zhì)量管理的發(fā)展簡述

13.2.2 全面質(zhì)量管理

13.2.3 實(shí)現(xiàn)全面質(zhì)量管理的方法

13.2.4 質(zhì)量管理數(shù)學(xué)工具

13.3 厚板廠質(zhì)量管理系統(tǒng)

13.3.1 產(chǎn)品質(zhì)量的協(xié)同管理

13.3.2 厚板廠質(zhì)量管理系統(tǒng)

13.4 產(chǎn)品缺陷及工序的管理和控制

13.5 質(zhì)量控制

13.5.1 質(zhì)量控制追求的目標(biāo)

13.5.2 無目標(biāo)值的質(zhì)量控制

13.5.3 無縫鋼管壁厚不均分析

13.5.4 無縫鋼管壁厚精度的控制

第14章 產(chǎn)品性能預(yù)報(bào)及控制的理論基礎(chǔ)

14.1 冶金學(xué)因素及合金設(shè)計(jì)

14.1.1 合金成分的主要作用

14.1.2 化學(xué)成分、微觀組織與性能的關(guān)系

14.2 熱軋的高溫?zé)崃W(xué)過程

14.3 形變熱處理及控制軋制

14.3.1 奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的類型

14.3.2 控制軋制時(shí)奧氏體晶粒的三個(gè)變化階段

14.3.3 控制軋制工藝參數(shù)設(shè)計(jì)

14.4 軋制產(chǎn)品性能預(yù)報(bào)及控制

14.4.1 性能預(yù)報(bào)模型

14.4.2 金屬學(xué)模型

14.4.3 熱學(xué)模型

14.4.4 性能預(yù)報(bào)系統(tǒng)

參考文獻(xiàn)

從事軋制工程的人員都知道，大學(xué)期間所學(xué)軋制理論僅是從力學(xué)角度分析軋制過程，亦即力能、變形、運(yùn)動(dòng)學(xué)諸參數(shù)的計(jì)算，而工藝課基本上是經(jīng)驗(yàn)性地描述。這種情況遠(yuǎn)不能滿足從事現(xiàn)代軋制工程的技術(shù)人員的要求。

書中全面、系統(tǒng)地介紹了軋制工程中技術(shù)人員應(yīng)掌握的塑性加工學(xué)、工藝編制、技術(shù)仿真、原料物流、質(zhì)量控制等知識(shí)。在編寫中，打破了傳統(tǒng)板、管、型的界限，例如：生產(chǎn)計(jì)劃的編制以最為復(fù)雜的—體化的熱軋板帶生產(chǎn)為重點(diǎn)介紹，產(chǎn)品精度以無縫管壁厚不均為典型介紹，其他方面難題讀者可以舉一反三、迎刃而解。

《軋制工程學(xué)》是在本科教育的基礎(chǔ)上，為繼續(xù)從事軋制生產(chǎn)和技術(shù)工作的人員編寫的，可幫助讀者解決現(xiàn)代軋制工程的問題。

軋制壓力對異步軋制過程中軋制壓力的研究具有十分重要的工程意義。異步軋制是指上下軋輥線速度不等的一種軋制方法。由于其軋制方式的特點(diǎn)，軋制變形區(qū)內(nèi)存在搓軋區(qū)，具有軋制壓力低，軋薄能力強(qiáng)、細(xì)化晶粒等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于極薄帶材的軋制，近年來得到了廣泛的關(guān)注。一些學(xué)者對異步軋制過程中的軋制壓力進(jìn)行了深入的研究，通過解析法推導(dǎo)出一些軋制壓力計(jì)算公式，但這些公式都比較復(fù)雜且推導(dǎo)過程假設(shè)條件較多，存在一定的適用范圍，計(jì)算精度也有待進(jìn)一步提高。同時(shí)，大部分的研究工作集中在速比小于1.5的情況，此時(shí)軋制壓力將隨著速比的增加而減小已得到認(rèn)可，但對高速比條件下軋制壓力的變化規(guī)律認(rèn)識(shí)還不夠深入 。

活套軋制是以細(xì)化晶粒為主，用以提高鋼的強(qiáng)度和韌性的方法?；钐总堉坪髪W氏體再結(jié)晶的過程，對獲得細(xì)小晶粒組織起決定性作用。根據(jù)奧氏體發(fā)生塑性變形的條件（再結(jié)晶過程、非再結(jié)晶過程或γ－α轉(zhuǎn)變的兩相區(qū)變形），活套軋制可分為三種類型。

（一）再結(jié)晶型的活套軋制

它是將鋼加熱到奧氏體化溫度，然后進(jìn)行塑性變形，在每道次的變形過程中或者在兩道次之間發(fā)生動(dòng)態(tài)或靜態(tài)再結(jié)晶，并完成其再結(jié)晶過程。經(jīng)過反復(fù)軋制和再結(jié)晶，使奧氏體晶粒細(xì)化，這為相變后生成細(xì)小的鐵素體晶粒提供了先決條件。為了防止再結(jié)晶后奧氏體晶粒長大，要嚴(yán)格控制接近于終軋幾道的壓下量、軋制溫度和軋制的間隙時(shí)間。終軋道次要在接近相變點(diǎn)的溫度下進(jìn)行。為防止相變前的奧氏體晶粒和相變后的鐵素體晶粒長大，特別需要控制軋后冷卻速度。這種控制軋制適用于低碳優(yōu)質(zhì)鋼和普通碳素鋼及低合金高強(qiáng)度鋼。

（二）未再結(jié)晶型活套軋制

它是鋼加熱到奧氏體化溫度后，在奧氏體再結(jié)晶溫度以下發(fā)生塑性變形，奧氏體變形后不發(fā)生再結(jié)晶（即不發(fā)生動(dòng)態(tài)或靜態(tài)再結(jié)晶）。因此，變形的奧氏體晶粒被拉長，晶粒內(nèi)有大量變形帶，相變過程中形核點(diǎn)多，相變后鐵素體晶粒細(xì)化，對提高鋼材的強(qiáng)度和韌性有重要作用。這種控制工藝適用于含有微量合金元素的低碳鋼，如含鈮、鈦、釩的低碳鋼。

（三）兩相區(qū)活套軋制

它是加熱到奧氏體化溫度后，經(jīng)過一定變形，然后冷卻到奧氏體加鐵素體兩相區(qū)再繼續(xù)進(jìn)行塑性變形，并在Ar1溫度以上結(jié)束軋制。實(shí)驗(yàn)表明：在兩相區(qū)軋制過程中，可以發(fā)生鐵素體的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶；當(dāng)變形量中等時(shí)，鐵素體只有中等回復(fù)而引起再結(jié)晶；當(dāng)變形量較小時(shí)（15%-30%），回復(fù)程度減小。在兩相區(qū)的高溫區(qū)，鐵素體易發(fā)生再結(jié)晶；在兩相區(qū)的低溫區(qū)只發(fā)生回復(fù)。經(jīng)軋制的奧氏體相轉(zhuǎn)變成細(xì)小的鐵素體和珠光體。由于碳在兩相區(qū)的奧氏體中富集，碳以細(xì)小的碳化物析出。因此，在兩相區(qū)中只要溫度、壓下量選擇適當(dāng)，就可以得到細(xì)小的鐵素體和珠光體混合物，從而提高鋼材的強(qiáng)度和韌性。2100433B

半連續(xù)軋制是指在型材軋制中，粗軋和精軋兩個(gè)工序一個(gè)采用連續(xù)軋制，另一個(gè)采用其他非連續(xù)軋制的一種組合軋制法。型材半連續(xù)軋制法有兩種形式:一種是粗軋為連續(xù)軋制，精軋為橫列式軋機(jī)的穿梭軋制或活套軋制;另一種是粗軋為橫列式軋機(jī)采用穿梭軋制，精軋為連續(xù)軋制。目前，一些小型車間采用的復(fù)二重軋機(jī)(見復(fù)二重精軋機(jī)組)的軋制方法亦屬于一種特殊的半連續(xù)軋制方法，它是在前后兩機(jī)架間實(shí)行連軋，在相鄰兩組軋機(jī)之間用圍盤進(jìn)行活套軋制。精軋過程為連續(xù)軋制時(shí)，軋制速度不受限制，產(chǎn)量高，但軋機(jī)調(diào)整復(fù)雜，改變產(chǎn)品品種困難，生產(chǎn)不靈活，適于簡單斷面型材的少品種批量生產(chǎn);精軋過程為橫列式軋機(jī)穿梭軋制或活套軋制時(shí)，改變軋制品種方便，但軋制速度低，產(chǎn)量也低，適于異形斷面型材的軋制和多品種小批量生產(chǎn);復(fù)二重式的半連續(xù)軋制亦稱雙排半連續(xù)軋制，其優(yōu)點(diǎn)是:設(shè)備布置緊湊;調(diào)整方便;可采用多線軋制，產(chǎn)量較高。缺點(diǎn)是:多線軋制時(shí)棍跳不一，產(chǎn)品精度難于控制;軋件經(jīng)正圍盤轉(zhuǎn)向180°，使軋制速度的提高受到限制 。