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轧制原理(fundamentals of roIling)
阐明轧制过程的实质、分析轧制规律并用以解决轧制工程实践问题的应用科学。它是建立在塑性成形力学、塑性变形物理学基础上并总结大量实验研究成果而发展起来的，它与轧制生产实践结合密切，指导并推动着轧制生产技术的发展。
简史 轧制原理的发展，经历了几个阶段。第二次世界大战前，轧制原理还仅仅处于萌芽阶段，人们对轧制过程的实质还很不了解，因此当时流行的一种说法叫做“轧制是一门艺术”。在这一时期，由于技术水平的低下和认识的限制，还谈不上科学的理论，而只是提出了若干假说以便来说明轧制中的一些问题，既没有实验基础，也缺乏理论根据。
例如，关于轧制单位压力沿变形区的分布，1859年格拉斯霍夫(E．Grashof)提出，轧制单位压力在变形区入口处有一极大值，向出口处逐渐降低；而布拉斯(E．Blass)的假设则与此相反，认为随着向变形区出口推移单位压力增加。显然，这些假设都是不正确的，但不宜更多地归咎于提出者们，而是由当时条件的限制造成的。1925年卡尔曼(T．Karman)用数学近似解法建立了轧制单位压力方程。1933年西贝尔(E．Siebel)借助测压仪实测单位压力分布曲线成功，标志着轧制原理开始建立在科学基础之上。
第二次世界大战后，人们对轧制原理的认识步入了一个新的发展阶段。为了适应轧机建设和生产的要求，人们对轧制力能、宽展、前滑参数进行了大量研究，而且特别致力于各种因素对这些参数影响的研究，出现了许多压力公式和宽展公式。同时，在实验及观察的基础上，提出了一些新的论点，诸如关于运动学条件的粘着假说(见滑动与粘着)、压力计算中的各种摩擦峰理论、关于变形条件的变形锥假说等，以期能使公式计算精确或者更完满地阐明轧制过程的一些现象。一些阐述轧制原理的著作相继问世，此时期的代表作是安德伍德(L．R．Underwood)的《金属的轧制》(The Rolling of Metals)，巴甫洛夫、奥罗万(E．Orowan)、采利科夫诸学者也对轧制原理的研究做出了突出贡献。此外，加莱汇编了6册轧制原理资料，全面搜集和反映了19世纪末至1955年期间的重要研究成果。
由于这一阶段的工作，理论研究得以深化并前进了一大步，但由于条件的限制，有关轧制过程实质的一些问题仍未能解释清楚，出现了诸如关于滑移学说和粘着学说的争论、关于压力峰值圆化的争论，这些争论促进了轧制原理的进一步发展。
战后第二个10年，在实验技术上有较大突破。例如，中国学者研制的分截面仪使直接测量摩擦力沿变形区的分布成为可能；综合测量仪可同时测量变形区内单位压力及摩擦力的分布和金属相对工件的运动学情况；斜针式测力计用于纯轧制力矩的测量等。研究表明，滑移或粘着的存在以及压力是否存在峰值都是有条件的。这些工作为辨别诸假说的正确性提供了可能，也使人们对轧制过程的实质认识产生了新的飞跃。
电子计算机在工业生产中的应用为人们迫切要求了解轧制的动态过程及轧件与工具间关系提供了充分的条件。在这方面，英国钢铁协会(BISRA)做了开创性的工作，提出了厚度计式厚度控制原理，现已被广泛采用，成为轧制原理走在生产前面并用以指导和控制生产的开端。计算机的普及使各轧制参数的研究愈加深入，也使有限元法、上界法等方法得以用于轧制研究。此时，理论的预见性及指导作用也愈来愈强。这种反映轧制动态过程以及除了研究轧件的力学行为外尚研究工具的理论，可以说是把轧制原理研究推进到一个新的阶段，并在实践中发挥了巨大作用。
主要研究内容 轧制原理的主要研究内容有：
(1)基础理论部分。主要包括对轧件变形参数和变形区几何参数的描述；简单轧制过程中的咬入条件、轧制建成过程、轧制过程的力学、运动学和变形图示等。
(2)轧制过程中轧件的变形。主要包括轧件的宽展变形及计算、高件和薄件轧制时的变形、压力和摩擦力分布特征及轧件与轧辊接触状态特征分析。
(3)轧制过程中的运动学。主要包括前滑、后滑和中性角的分析和计算。
(4)轧制力能参数。主要包括轧制单位压力理论、平均单位压力和轧制力的确定，轧制力矩、轧制功率计算和不同轧制条件下的辊系受力分析。
(5)轧制弹塑性曲线与连轧理论。主要包括轧机弹性方程与轧机刚度，轧件塑性方程与轧件厚度控制，连轧张力及综合特性，连轧影响系数与堆拉率等。
60年代以来的发展 现代化的轧制生产已发展成为一个复杂的系统工程，传统理论已难以解决如此复杂的工程问题。因此，20世纪70年代初五弓勇雄和兰格(K．Lange)都提出把系统工程学引入的观点，但由于当时条件的限制，他们未能做出具体的工作。近年来轧制原理已发展成为宏观力学与微观材料学相结合、数学模拟与物理模拟相结合、理论与实际相结合，把待解决的问题视为一个系统综合地进行研究的一种应用学科体系。原来的轧制原理的研究内容仅局限于变形区内轧件的力学行为，用连续体力学的方法研究轧制压力、宽展及前滑，以适应工程需要。随着科学的进步及生产实践的需要，轧制原理从60年代起已不局限于变形区内的研究，而发展成为全面阐述轧制全过程原理的新一代轧制理论了。由于对轧制产品的要求不仅是尺寸、形状的精确，而且要求良好的力学及物理性能，因此变形过程中，轧制参数、轧制条件同金属组织和性能的关系，也应当是研究的一个重要内容。为此，古布金以及迪特尔(G．E．Dieter)把金属学的内容也包括在压力加工学术体系中去。古布金并尝试用热力学观点来阐明材料学的问题。20世纪70年代末金属学的内容分出了重要的一支，即用材料缺陷的观点阐明在变形过程中组织的变化及预期所获得的性能，形成了独立的学科——塑性变形物理冶金基础或塑性加工金属学。物流理论、工业工程学理论等的逐步引入又使轧制理论的内容更加充实，它已成为控制生产、解决工程实际问题的有效武器。
现代理论的作用和特点 轧制理论也和其他学科一样，理论进步的一个显著标志，就是学科的交叉和渗透，它不仅与塑性力学、金属学密切相关，而且与摩擦学及表面科学交叉，形成了轧制表面工程学的学科分支，与工业工程学、系统工程学交叉形成了轧制工业工程学、轧制系统工程学的分支，这种学科交叉促进了轧制理论的发展，丰富了轧制理论的内容。而随着轧制工程的综合化、机电一体化、工艺连续化、技术管理一贯化的发展趋势，这种多学科的交叉必将继续进行下去。
由于对钢铁的大量需求，钢铁工业迎来了高速发展时期，同时伴随着能源危机的冲击以及产品质量和成本的剧烈竞争。在这种形势下，轧制技术的发展将轧制理论的研究推向更重要的地位。
首先，自动化的轧制生产要求有高精度的数学模型，同时要求工艺及生产处于最优的条件之下。这就要求，在理论精确指导下编制的工艺制度，能使轧制生产在节能的条件下生产出优质的产品。这种对理论的高严要求，是过去不能相比的。过去要求轧制理论计算的结果能满足设备的强度条件而生产能均衡地进行也就很不错了。
此外，现在理论的重要作用还表现在预测性和指导性上。例如，冷轧板带连续轧机的刚度的“前刚后柔”方案，就是先由轧制理论推导得出的。如没有理论的指导，最后一架轧机刚度不要求太高的观点无论如何是不能建立的。理论重要作用的另一表现是它的在线实施及监控上。例如，在热轧带钢轧机上，根据原料成分、开轧温度及工艺制度要在线实时地确定合理的卷取温度，以期得到性能优良的产品，这就需要有精确的轧制参数及工艺制度模型和性能预报模型。只有精确的理论指导才有可能实现这一技术。
由于对轧制过程实质已有相当了解，所建立的轧制力、变形、运动学理论已基本上可满足实践的需要，今年来已无人再进行重复的研究。但随着技术的进步，轧制生产又显现出一些新的特点，如生产 的随机性、过程的离散性、作业的同期性、流程的分歧性、系统的开放性，由于这些不确定性的因素，常规理论已难以解决问题了。轧制理论也和其他工程科学一样，要用新的观点和新的思维方式来完善、充实。可以预期，新的轧制理论将为轧制生产做出更加积极的贡献。
总之，随着轧制生产在国民经济中重要性的不断增加，轧制理论的作用及其重要性也更加明显地显现出来。