轧制变形理论第一至第五章介绍

应力分量图示及分析
确定点的应力状态，只要研究主坐标系下主应力的大小 和方向就可以了。
图1-2 平行于坐标面上应力示意图
2 主应力状态图示
是由用来描述所研究的变形金属某一点(或某部分)在三 个互相垂直的主轴方向上主应力的有无及方向的定性 图示。
压力加工中，将长、宽、高近似认为与主轴方向一致， 与长、宽、高垂直的截面看成主平面。存在9种应力 状态图示(如图9-8)。
金属塑性变形理论
2009年5月
第一讲 塑性变形的力学基础
§1.1 §1.2 §1.3 §1.4 §1.5
力与变形 应力状态及其图示 变形图示与变形力学图示 变形量的表示方法 外摩擦
§1.1 力与变形
1 外力
施加在变形体(工件)上的外部载荷。
外力
作用力 约束反力
正压力
摩擦力
▪ 作用力：压力加工时设备的可动部分对工件所 施加的力，又叫主动力。
热加工：在大于回复、再结晶温度进行的压力加工。热 轧一般在单项奥氏体区进行。
冷加工： 热轧优缺点： 优点：1、能消除铸造金属中的某些缺陷，提高金属的致
密性及力学性能。 2、因变形金属塑性好，变形抗力小，有利于增大变形量，
提高生产率。 3、降低设备造价，节约电力消耗。 缺点：1、产生氧化铁皮，影响表面质量且增加金属消耗。
P
A0 A
➢ 应力是某点A的坐标的函数，即受力体内不同点的应力不同。
➢ 应力集中：物体有缺陷部位的应力远远高于正常部位的应力。
3 变形
弹性变形 变形
塑性变形 弹性变形：微观上是指在外力作用下，金属原子由稳定状态变为
不稳定状态，原子位置发生偏移，间距发生变化，但外力去除， 原子仍可回到原来的平衡位置，使变形消失。宏观上是指变形金 属在外力作用下发生变形，但外力去除后，变形消失，金属恢复 原状。 实质是指当所施加的外力不足以克服原子间的结合力(弹性极限， 势垒)所产生的能完全恢复原有形状的变形。 塑性变形：是指变形金属在外力作用下发生变形，但外力去除后， 变形不能消失，金属不能恢复原状。金属发生塑性变形必然引起 金属晶体组织结构的破坏，使晶格发生歪扭和紊乱，晶粒形状改 变和晶粒破碎等。 实质是指当所施加的外力超过原子间的结合力(弹性极限，势垒) 而使原子由一种平衡位置移动到另一种平衡位置所产生的不能恢 复原状的变形。 弹塑性共存定律：

bB 100 % b lL 100 % l
H
bB b 100 % 100 % B B
b ln B l ln L
相对延伸量
lL l 100 % 100 % L L
变形系数的表示法
轧制时表示各向变形系数的关系式
1

或
1
.
ln 1/η ＋lnω ＋lnμ =0
3)鼓形宽展
• 轧件侧面变成鼓形而造成的展宽量，用ΔB3表示， 此时轧件的最大宽度为 B3 ＝B2＋ΔB3＝B1＋ΔB1＋ΔB2 ＋ΔB3
轧件的总展宽量为: ΔB＝ΔB1 ＋ΔB2 ＋ΔB 3
• 上述宽展的组成及其相互的关系，由下图清楚地 表示出来。
宽展的组成及其相互的关系
4 轧制过程中的纵变形—前滑和后滑
2)提高β的方法
• (1) 改善轧辊或轧件表面状态,以使β升高 • 初轧粗轧在轧辊刻槽焊点滚花等目的均使f升, β升. • 精轧通过立轧高压水去除氧化皮等办法改善轧 件表面状态,使f升, β升. • (2) 合理调节轧制速度 • 利用稳定轧制条件下的剩余摩擦力,采用低速 咬入,高速轧制.
作业
• 已知 某1150轧机钢锭尺寸 880*880/635*635*1400 热轧，该条件下允 许咬入角28°问: • 1)从理论讲,改钢锭如何轧制可使轧件轧一 道次厚度最小,轧后厚度为多大 • 2)求该轧制条件下的最大咬入角和接触弧长.
物理概念
• 根据物理概念: • 摩擦系数可用摩擦角表示，即摩擦角的正 切就是摩擦系数f。 • tgβ=f • 则 tgβ≥tgα • β≥α！！！ • 轧制过程中的咬入条件为摩擦角大于咬入 角， Β=α为临界条件。
咬入的几何意义
α
β

2Tx-2Px=0
轧件-轧辊的平衡条件
轧制过程建成的综合条件

y
n
y
当 y>nβy时，轧制过程不能进行，并且轧件在轧辊上打滑。
轧制过程建成时的最大接触角与最大咬入角的比值可以由 合力移动系数n与摩擦角的比值决定。
y max =2 max
轧制过程建成的最大接触角是咬入时最大咬入角的两倍。研 究指出，轧制条件决定了ymax/max的比值变化在１～２之间。
及力学和摩擦作用的关系，轧制时金属主要是纵向 流动，宽向变形和纵向变形相比通常很小。
将轧制时轧件在高、宽、纵向三个方向 的变形分别称为压下、宽展和延伸。
轧制过程中金属变形的描述
在轧件入口处上部边缘上指定一Ｍ点。在轧制过 程中在压下的影响下，Ｍ点要向下移动 h 2 h 距离，在 轧制方向上将延伸移动。因为轧件在宽度方向上也要 发生变形，所以在此方向Ｍ点移动距离为 b 2 b。因此， 就可划出Ｍ点的空间轨迹，它稍向下、向两侧，并且 在很大程度上是向前的。因此在变形区域中金属的变 形用三个坐标轴来表示。 根据给定的坯料尺寸和压下量，来确定轧制后轧 件的尺寸和形状，或者已知轧制后轧件的尺寸和压下 量，要求确定所需坯料的尺寸，这是在制定轧制工艺 时首先遇到的问题。要解决这类问题，首先要知道被 压下金属是如何沿轧制方向和宽度方向流动的，即如 何分配延伸和宽展。
考虑轧机机架的弹性变形δ时，咬入 角 近似为:

( h ) / R (弧度)
变形区长度
l R sin 或 l 2 R 2 ( R
h 2 )
2
2
Rh
h 4
2
l
如Байду номын сангаас忽略

4. 变形区长度L
接触弧的水平投影称为变形区长度，由图2可知：
l AE R2 OE2
其中
OE 2
R
h 2
R2
R h h 2
R2
R h
2
4
l R2 R2 R h R h
F0 1F1，F1 2 F2，F2 3 F3 ，Fn1 n Fn
而
nБайду номын сангаас
F0 Fn 12 3 n
i
n p
i 1
有
p n
③ 压下率之间的关系
这里指积累压下率与道次压下率（与)之间的关系，根据定
义，积累压下率为 道次压下率为
h0 hn h0
1
h0 h0
h1
2
h1 h2 h1
n
第一章 轧制过程基本概念
1.1 轧制过程三阶段及变形区基本参数计算 1.1.1 轧制过程三阶段
1) 咬入阶段 一般将轧件的前端与轧辊相接触到轧件被咬入轧辊称为咬入阶 段。此时的主要问题是轧辊能否把轧件拽入轧辊中进行塑性 变形-即能否咬入。图1(a)中的角为轧件与轧辊相接触的圆弧 所对应的圆心角，称之为咬入角。
hn1 hn hn1
即
1 1
h1 h0
12
h2 h1
1n
hn hn1
则有
h1
h2
(1 2 )
h2
h3
(1 3 )
hn1
hn
(1 n )
如此递推，有下式成立：
1 1
h1 h0
1 h0
h2
(1 2 )
1 h0
h3
(1 2 )(1 3 )
1 h0
h4
(1 2 )(1 3 )(1 4 )