在现代金属加工中， 滚动 轧制是一种至关重要的成形工艺。它不仅广泛应用于钢铁生产，还在铝、铜、钛等各种金属的加工中发挥着核心作用。本文简要概述了金属轧制的定义、历史发展及其在工业制造中的核心作用。
1.0什么是金属轧制？
在冶金工程中， 滚动——也称为辊压成型或压延——是指将金属锭通过旋转辊子进行成型的过程。当金属在操作过程中温度超过其再结晶点时，该过程被称为 热轧；否则，它被称为 冷轧.
轧制是一种金属变形技术，利用一对或多对旋转的轧辊对材料施加压缩力，从而减小材料厚度或改变其横截面形状。轧制通常应用于长工件，例如板材、棒材和带材。
推荐阅读:什么是热轧卷（HRC）？
1.1流程简史
轧制技术起源于16世纪末的欧洲，最初用于加工贵金属。随着工业革命的到来，轧制工艺迅速成为钢铁行业的主导工艺。20世纪，现代轧机的出现进一步提高了生产能力和精度，为轧制工艺的自动化和智能化铺平了道路。
1.2轧制的工业作用
在所有金属成形技术中，轧制占据主导地位。据行业统计，约有90%的金属材料在生产过程中都要经过轧制。轧制是将金属铸锭转化为可用产品（例如钢板、钢带和钢棒）的主要方法。
1.3热轧：金属轧制的第一步
在实际生产中，轧制过程通常始于 热轧热轧在金属的再结晶温度以上进行，可以粉碎和细化材料内部的粗晶粒，提高材料的机械性能、密度和可加工性。
通过热轧，脆性多孔的铸造组织转变为致密的锻造组织。这一步骤为冷轧、热处理或精密加工等后续工序奠定了坚实的基础。
2.0平轧：最基本的轧制工艺
在金属轧制操作中， 平轧 是最常用、最基本的形式。它主要用于减小金属板坯的厚度，同时略微增加其宽度。由于旋转的上下辊施加均匀的压缩力，该工艺通常也被称为 普通轧制.
该过程涉及几个关键技术参数：
- 初始厚度: h₀
- 最终厚度: h_f
- 辊带接触长度: 左
- 辊面速度: 电压
- 带钢入口速度: V₀
- 带钢出口速度: 速度
在轧制过程中，存在 中立点——沿接触弧线，带钢速度等于辊面速度的位置。该点将接触区划分为“前滑区”和“后滑区”。
与平轧相关的主要数学表达式包括：
草稿 （厚度减少）：
h₀ − h_f
最大吃水量:
h₀ − h_f = μ²R
在哪里 μ 是辊子和金属之间的摩擦系数
和 R 是滚动半径
虽然轧制的主要目的是减少厚度，但 体积守恒原理 带钢宽度会略有增加，通常在2%左右。体积关系表达式为：
h₀ × V₀ × w₀ = h_f × V_f × w_f
基于以下常见假设： w_f ≈ 1.02 × w₀
这种近似对于理解材料流动和保持轧制产品的尺寸精度至关重要。
2.1轧制力和功率分析
在平轧工艺中， 轧制力 轧制力是影响设备设计、能耗和工艺优化的关键参数。在理想条件下（忽略摩擦），轧制力可采用以下公式估算：
F=L×w×Y_avg F = L w Y_avg
在哪里：
- F：轧制力
- 左：辊与带材的接触长度
- 西：平均条带宽度
- Y_avg：变形区平均真实应力
在工业应用中，估算驱动轧辊所需的功率也至关重要。轧制功率可按下式计算：
国际单位制（千瓦）:
英制单位（马力）:
在哪里 北 是滚筒旋转速度（RPM）。
2.2降低轧制力和轧辊变形的方法
为了减少轧制力并最大程度地减少轧辊挠度，可以采用以下几种工艺策略：
- 降低摩擦系数（例如润滑）
- 使用较小直径的滚轮来减少接触面积
- 减少每次通过的减少量
- 提高轧制温度以降低材料强度
- 施加纵向带材张力（入口后张力和出口前张力）
- 研磨辊冠（通常中心比边缘高约 0.25 毫米）
- 使用模拟冠部控制通过辊弯来诱导中心鼓胀
3.0轧制工艺类型
在扁平轧制生产中，初始阶段通常涉及 热轧将铸锭或连铸坯转化为可变形的中间产品
- 盛开：用于后续型材轧制（例如工字钢、钢轨）
- 板坯：用于制造板材或冷轧板
其他常见的轧制工艺包括：
- 冷轧：在室温下进行，以提高尺寸精度和表面质量
- 包裹滚动：同时轧制多层金属，提高效率
- 平整轧制：提高平整度并降低板材的残余应力
- 矫直轧制：致力于提高板材平整度
4.0常见的轧制缺陷
虽然平轧工艺已经非常成熟，但在实际生产过程中仍可能出现几种典型的缺陷：
- 表面缺陷：包括水垢、锈斑、划痕、凹坑和裂纹
- 波浪形边缘：由于辊弹性变形导致带钢边缘过度伸长所致
- 中心分裂：带材中心部分撕裂，通常是由于张力控制不平衡造成的
- 边缘裂纹：由于材料延展性不足或应力集中导致
- 鳄鱼：一种类似于张开的下颌的断裂模式，由坯料内部结构不均匀或变形不一致引起
为了便于识别，这些缺陷通常会配上插图。例如，教育资料中通常会引用图 13.8，其中显示：
（a）波浪形边缘
（b）中心分裂
（c）边缘裂纹
（d）鳄鱼皮
通过适当控制工艺参数和使用在线检测系统，可以有效预防或早期发现大多数轧制缺陷。
5.0轧制产品的特性
轧制产品具有一系列物理和几何特性，这些特性直接影响其后续加工性能和最终使用性能：
残余应力：轧制过程中塑性变形不均匀可能会引入内应力，影响平整度和后续加工过程中的变形
厚度公差:
冷轧板：控制精度高，通常在±0.1至±0.35毫米（约±0.004至±0.014英寸）范围内
平整度公差:
冷轧：±15 毫米/米（约 3/16 英寸/英尺）
热轧：±55 毫米/米（约 5/8 英寸/英尺）
表面粗糙度:
热轧：表面粗糙度可与砂型铸造媲美
冷轧：表面光滑，适合电镀、喷漆等精加工工艺
厚度指定：通常用“规格号”表示——数字越小，板材越厚（例如，10 规格比 20 规格厚）
6.0常见的轧机类型
不同的轧制工艺需要不同类型的轧机结构。主要分类包括：
- 双辊轧机：最基本的类型，通常用于粗加工或实验室用途
- 三辊轧机：采用上、中、下辊交替送料方向，提高效率
- 四辊轧机：将大型支撑辊与小型工作辊相结合，以提高刚性和尺寸精度
- 多级（森吉米尔）轧机：采用多支支撑辊支撑小直径工作辊，适合超薄材料的高精度冷轧
- 连轧机：由多个机架按顺序排列组成，用于连续多道次轧制，常用于大规模冷轧生产
滚动遵循体积守恒原理：
h₀V₀w₀ = h₁V₁w₁ = h₂V₂w₂ = … = h_fV_fw_f
在实践中，控制通常是通过均等减少或均等应变策略来实现的：
h₀ – h₁ = h₁ – h₂ = h₂ – h₃ = h₃ – h_f
7.0专门的轧制工艺
除了平面轧制外，金属轧制还包括几种特殊形式，以满足不同的零件几何形状和应用要求：
- 形状滚动: 板坯经过槽形辊形成工字钢、槽钢、铁轨等复杂的横截面轮廓。
- 环轧: 如图13.14所示，减小环形毛坯的厚度以增大其直径。该工艺广泛用于制造齿轮圈和轴承座圈等零件。
- 螺纹滚压: 螺栓等螺纹紧固件是使用平模或滚模成型的（见图 13.15）。
与切削工艺不同，螺纹滚压不会切断晶粒流动（见图 13.16），从而显著提高螺纹的强度和疲劳寿命。
- 管轧: 包括固定心轴、浮动心轴、顶杆轧制、皮尔格轧制（见图 13.18）。
它用于改变管子的尺寸、壁厚和表面质量——对于不锈钢和钛合金等难以加工的材料尤其有效。
- 辊式穿孔（曼内斯曼工艺）: 将实心圆棒内部穿孔，制成无缝管。如图 13.17 所示，这种方法由曼内斯曼兄弟于 19 世纪 80 年代开发，至今仍是现代无缝管生产的基础。
8.0结论
金属轧制不仅是现代制造业中应用最广泛的金属成形技术，也是支持大批量、高精度和高效率生产的基础工艺。从热轧到冷精加工，从板材到螺纹和环等复杂形状，轧制工艺的多功能性使其成为建筑、汽车、航空航天和能源等行业不可或缺的一部分。
了解其原理、参数和潜在缺陷对于寻求在日益自动化的工业环境中优化物料流、确保产品质量和降低生产成本的工程师和制造商至关重要。
附加资源： PDF 金属轧制工艺
