軋制工程學(xué)

前言

在鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)中，軋鋼工業(yè)的出現(xiàn)是現(xiàn)代工業(yè)革命的產(chǎn)物，軋鋼工業(yè)和技術(shù)的發(fā)展歷史也僅百余年。在一百年來(lái)冶金工業(yè)的發(fā)展中，高效能的軋鋼工業(yè)和技術(shù)使得軋鋼始終是鋼鐵工業(yè)中鋼材成型的主要方式。由于軋鋼過(guò)程是連續(xù)、可測(cè)和可控的高效變形過(guò)程，所以軋鋼技術(shù)的進(jìn)步之大，在鋼鐵工業(yè)中始終名列前茅，如計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，連續(xù)化的實(shí)現(xiàn)等。在用高新技術(shù)改造鋼鐵傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中，信息化和智能化管理及控制的軋鋼廠已經(jīng)出現(xiàn)。盡管鋼材生產(chǎn)面臨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和可持續(xù)發(fā)展的挑戰(zhàn)，但在可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái)年代里，鋼鐵仍然是全球的主要基礎(chǔ)原材料，軋鋼仍將是鋼材成型的支柱技術(shù)，將對(duì)全球（特別是發(fā)展中國(guó)家）經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)文明進(jìn)步起到基礎(chǔ)性支持作用。近年來(lái)，軋鋼生產(chǎn)中應(yīng)用了大量高新技術(shù)適應(yīng)日趨激烈的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)，如薄板坯連鑄連軋技術(shù)等均是20世紀(jì)80年代以來(lái)國(guó)際上出現(xiàn)的短流程生產(chǎn)技術(shù)，它們代表了軋鋼發(fā)展的新方向。板帶生產(chǎn)中，板厚控制技術(shù)已被人們所掌握，板形控制技術(shù)日臻成熟。型鋼生產(chǎn)中，精密軋制、無(wú)頭軋制和各種零件直接軋制技術(shù)的研究日益活躍，冷彎型鋼生產(chǎn)等鋼材深加工技術(shù)也取得長(zhǎng)足的進(jìn)步。鋼管生產(chǎn)中，限動(dòng)芯棒連軋管技術(shù)成為主流，AccuRoll成形技術(shù)、六輥式軋管機(jī)大大減小了變形不均勻性；高速線材生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了高速、連續(xù)、無(wú)扭和微張力軋制，斯太爾摩軋后控冷技術(shù)進(jìn)一步提高了高速線材生產(chǎn)效率和產(chǎn)品精度。為了開(kāi)發(fā)高新功能軋材，異類(lèi)金屬的多層復(fù)合和粉末復(fù)合軋制技術(shù)與理論研究也受到高度重視。高新技術(shù)的應(yīng)用使軋鋼生產(chǎn)在提高質(zhì)量、降低成本和增加品種等方面都有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，但同時(shí)也出現(xiàn)了一些新的技術(shù)難題，如薄板坯連鑄連軋工藝還沒(méi)有達(dá)到傳統(tǒng)生產(chǎn)的質(zhì)量水平，生產(chǎn)的鋼種受到限制；熱軋板帶的組織性能預(yù)報(bào)與控制和型線、管材變形特性等方面都有待進(jìn)一步研究。而傳統(tǒng)的軋制理論則需要有新的發(fā)展和進(jìn)步才能適應(yīng)新技術(shù)發(fā)展的需要。目前，軋鋼工藝和理論的發(fā)展呈現(xiàn)出新的發(fā)展趨勢(shì)和特點(diǎn)。首先是與力學(xué)、數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)形成密不可分的交叉體系。力學(xué)的研究從獨(dú)立的力學(xué)分析到熱、磁、電、化學(xué)作用的綜合分析，從宏觀力學(xué)深入到細(xì)觀和微觀領(lǐng)域。近代數(shù)學(xué)的定性理論和非線性理論的成就，使力學(xué)研究層次和精確性都提高到一個(gè)新水平。計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展使力學(xué)和數(shù)學(xué)成就在軋制過(guò)程中得以更加有效的應(yīng)用。

內(nèi)容概要

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(guò)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(mǎn)足從事現(xiàn)代軋制工程的技術(shù)人員的要求。     本書(shū)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(xiě)的，可幫助讀者解決現(xiàn)代軋制工程的問(wèn)題。     書(shū)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(xiě)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(wú)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。

書(shū)籍目錄

緒論第1章　軋制過(guò)程的基本概念　1.1　簡(jiǎn)單(理想)軋制過(guò)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(guò)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(lèi)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(shuō)(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(lèi)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(guò)程流變學(xué)　2.5　連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的邊值問(wèn)題　2.6　塑性加工問(wèn)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(wèn)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(wèn)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(jiǎn)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(jiǎn)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(guò)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(guò)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)第9章　板形控制的理論基礎(chǔ)第10章　工藝規(guī)程制訂的理論基礎(chǔ)第11章　軋制生產(chǎn)過(guò)程仿真的理論基礎(chǔ)第12章　軋制生產(chǎn)運(yùn)作管理的關(guān)鍵技術(shù)第13章　產(chǎn)品質(zhì)量管理及控制的關(guān)鍵技術(shù)第14章　產(chǎn)品性能預(yù)報(bào)及控制的理論基礎(chǔ)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：④計(jì)劃單元。前已述及，兩次更換工作輥之間的軋制時(shí)間稱(chēng)為一個(gè)軋制單位，一個(gè)軋制單位的軋制產(chǎn)品計(jì)劃，稱(chēng)為一個(gè)軋制計(jì)劃單元。⑥燙輥材和主體材。在一個(gè)板帶軋制計(jì)劃單元中，一般包括“燙輥材”和“主體材”兩部分，圖12-14為燙輥材和主體材的寬度變化示意圖，編制計(jì)劃時(shí)要考慮軋輥狀態(tài)的變化。軋制計(jì)劃類(lèi)型。根據(jù)成品寬度、成品厚度和最終用途，軋制計(jì)劃分為四個(gè)類(lèi)型，見(jiàn)表12-2。在熱連軋的精軋過(guò)程中，軋輥逐漸磨損，使輥型不斷發(fā)生變化。因此，人們除了采用換輥的方法維持軋制條件相對(duì)穩(wěn)定之外，還在工藝上對(duì)輥型進(jìn)行調(diào)整控制，用工藝要求的變化來(lái)適應(yīng)輥型的不斷變化，其中適當(dāng)安排軋制計(jì)劃就是主要工藝措施之一，即在軋輥的使用周期內(nèi)，根據(jù)軋輥的磨損情況，適當(dāng)安排軋制品種和規(guī)格，在保證軋制產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，盡可能延長(zhǎng)軋輥更換前軋制產(chǎn)品的總長(zhǎng)度。由此可見(jiàn)，一個(gè)軋制計(jì)劃單元的生成是其所含軋材的工藝質(zhì)量參數(shù)的漸變過(guò)程，其中軋材的主要工藝參數(shù)如寬度、厚度、硬度、溫度等在漸變過(guò)程中的跳躍值要滿(mǎn)足一定的梯度要求，同時(shí)質(zhì)量要求也不斷變化。這使得每一個(gè)軋制計(jì)劃單元都有一個(gè)關(guān)于工藝質(zhì)量要求的參數(shù)范圍，根據(jù)這個(gè)參數(shù)范圍可定義各種軋制計(jì)劃類(lèi)型，從而為生產(chǎn)計(jì)劃系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化處理提供有效依據(jù)。對(duì)于一體化生產(chǎn)計(jì)劃系統(tǒng)而言，這些來(lái)自局部工序的工藝要求實(shí)質(zhì)上也是全局的要求，因?yàn)橐惑w化生產(chǎn)是各工序緊密銜接的生產(chǎn)方式。表面最大計(jì)算公里數(shù)。例如，窄計(jì)劃類(lèi)型的1級(jí)表面成品的最大計(jì)算公里數(shù)為80km，其含義為更換工作輥后，軋制的成品累計(jì)總長(zhǎng)度在80km內(nèi)時(shí)，可生產(chǎn)1級(jí)表面的產(chǎn)品，這是因?yàn)槔塾?jì)長(zhǎng)度大于80km后，工作輥表面磨損較大，不能再生產(chǎn)1級(jí)表面的產(chǎn)品。。最大計(jì)劃單元長(zhǎng)度。即一個(gè)計(jì)劃單元內(nèi)兩次更換工作輥之間所能生產(chǎn)的成品總長(zhǎng)度。寬度、厚度、硬度、溫度跳躍。即計(jì)劃中兩相鄰合同的寬度、厚度、硬度、溫度的變化量。例如，計(jì)劃中兩相鄰合同的寬度為B（1）＝1000mm，B（2）=900mm，則二者的寬度跳躍值為100mm。

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