塑性加工原理

1、1,塑性成型(加工)原理,2,緒論,一、塑性加工的主要方法二、當(dāng)代軋制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)三、軋制理論的作用及發(fā)展四、本課程的研究對(duì)象及目的五、學(xué)習(xí)方法,3,1.塑性成型（加工）的概念 對(duì)材料施加一定的外力作用使其產(chǎn)生塑性變形并獲得一定形狀、尺寸和性能的產(chǎn)品的加工方法,一、塑性成型(加工）的主要方法,4,2.金屬塑性加工的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1)無(wú)削加工，節(jié)省金屬； 2)改善組織和性能

2、； 3）產(chǎn)量高，能量消耗少，成本低，適于大批量生產(chǎn)。不足：1)對(duì)于形狀復(fù)雜，尺寸精確，表面十分光潔的產(chǎn)品尚不及切削加工； 2)在成本及形狀復(fù)雜方面不及鑄造； 3)只能用于生產(chǎn)具有塑性的金屬。,5,1）按變形溫度分類(lèi)：熱加工：是指再結(jié)晶溫度以上所完成的壓力加工過(guò)程。冷加工：指在再結(jié)晶溫度以下所完成的壓力加工過(guò)程。溫加工：介于冷、熱加工之間的壓力加工過(guò)程。,3、塑性加工的

3、主要方法,6,2）按變形方式,(1) 軋制：金屬通過(guò)旋轉(zhuǎn)的軋輥受到壓縮，橫斷面積減小，長(zhǎng)度增加的過(guò)程。,舉例：型、板、管、線 等,7,(2) 擠壓：金屬在擠壓筒中受推力作用從?？字辛鞒龆迫∷钄嗝娴募庸し椒?。,正擠,反擠,8,舉例：管、棒、型其它：異型截面。,9,(3)拉拔：是指金屬通過(guò)固定的具有一定形狀的?？字欣纬鰜?lái)，而使金屬斷面縮小、長(zhǎng)度增加的一種加工方法。,10,(4) 鍛造：鍛錘錘擊工件產(chǎn)生壓縮變形 A.自由鍛：指

4、金屬在鍛造過(guò)程的流動(dòng)受工具限制不嚴(yán)格。,我國(guó)自行研制的萬(wàn)噸級(jí)水壓機(jī),11,B.模鍛：指金屬在鍛造過(guò)程的流動(dòng)受工具限制嚴(yán)格。 舉例：飛機(jī)大梁，火箭捆挷環(huán)等,萬(wàn)噸級(jí)水壓機(jī)模鍛的飛機(jī)大梁、火箭捆挷環(huán),12,(5) 沖壓：金屬坯料在沖模之間受壓產(chǎn)生分離或變形的加工方法。,13,二、當(dāng)代軋制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì),1.發(fā)展趨勢(shì) 鋼材生產(chǎn)的集約化和現(xiàn)代化,1）過(guò)程綜合柔化性：（適應(yīng) 小批量、多品種、短交貨期的市場(chǎng)要求） 例如：板帶：自由程序

5、軋制；　　　 型鋼：無(wú)孔型平輥軋制。,14,2）機(jī)電一體智能化：自動(dòng)控制和智能控制 自動(dòng)化是現(xiàn)代化軋鋼廠提高產(chǎn)品質(zhì)量的最為有效的手段，與人工智能結(jié)合控制是軋制技術(shù)發(fā)展的新的重要方向。,15,3）工藝最佳連續(xù)化： 如高精度軋制、短流程及連鑄連軋、無(wú)頭軋制。4）技管結(jié)合一貫化:提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少物流時(shí)間，縮短生產(chǎn)周期，加速資金周轉(zhuǎn)。,16,２.帶來(lái)的問(wèn)題 1）集約化的結(jié)果使各工序的匹配銜接問(wèn)題變的尖

6、 銳起來(lái)。 2）鋼材生產(chǎn)工藝流程中的一些特性便顯得重要起來(lái)。3）關(guān)注物流。 物流是指物質(zhì)實(shí)體從供應(yīng)者向需求者的物理移動(dòng)，它由一系列創(chuàng)造時(shí)間價(jià)值和空間價(jià)值的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)組成，包括運(yùn)輸、保管、配送、包裝、裝卸、流通加工及物流信息處理等多項(xiàng)基本活動(dòng)，是這些活動(dòng)的統(tǒng)一。,17,2006年我們進(jìn)口了3.26億噸礦，實(shí)際上只消費(fèi)了2.8718億噸，還有3882萬(wàn)噸礦買(mǎi)進(jìn)來(lái)積壓在港口，沒(méi)有用上。2009年1-7月份，中國(guó)的鐵礦

7、石進(jìn)口量已經(jīng)達(dá)到3.553億噸，截至8月7日，港口的鐵礦石庫(kù)存是7329萬(wàn)噸。2013年中國(guó)的鐵礦石進(jìn)口量已經(jīng)達(dá)到8.19億噸，港口的鐵礦石庫(kù)存是8000萬(wàn)噸以上。正是因?yàn)檫\(yùn)力緊張，運(yùn)輸成本大大增加，以2005年11月份為例，同樣是一噸進(jìn)口礦，從東南港口運(yùn)到寶鋼是350塊錢(qián)，運(yùn)到武鋼是527塊錢(qián)，而運(yùn)到包頭就達(dá)到800多塊錢(qián)。,18,三、軋制理論的作用及發(fā)展1.理論的發(fā)展 由第一代變形理論（變形區(qū)）——第二代動(dòng)

8、態(tài)理論（如液壓AGC等，把工具與工件聯(lián)系起來(lái)）——第三代系統(tǒng)分析理論——第四代人工智能理論。 2.理論的作用 理論來(lái)源于實(shí)踐，反過(guò)來(lái)指導(dǎo)實(shí)踐 如孔型系統(tǒng)的形成，連軋理論、斜軋變形特征等。,19,四、本課程的研究對(duì)象及目的1）熟悉軋制過(guò)程中各種變化現(xiàn)象的變化規(guī)律2）掌握力能參數(shù)工程計(jì)算法應(yīng)用3）為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ) 軋制工藝、軋制過(guò)程自動(dòng)控制、軋制設(shè)備、板型理論與厚控、孔型設(shè)計(jì)、車(chē)間設(shè)計(jì)、畢業(yè)

9、設(shè)計(jì),,20,五、學(xué)習(xí)方法1）結(jié)合實(shí)習(xí)、加強(qiáng)理解；在理解的基礎(chǔ)上，掌握。2）課后及時(shí)復(fù)習(xí)，做到融會(huì)貫通。參考書(shū)目：王廷溥,齊克敏.金屬塑性加工學(xué)——軋制理論與工藝.冶金工業(yè)出版社,21,1 軋制過(guò)程基本概念目的及要求：1.掌握變形區(qū)主要參數(shù)及相互關(guān)系；2.掌握咬入條件及改善咬入的途徑；3.熟悉軋制過(guò)程變形、運(yùn)動(dòng)學(xué)、力學(xué)條件；4.熟悉金屬在變形區(qū)里的流動(dòng)規(guī)律。,22,一、軋制的不同分類(lèi)方式１）按軋制溫度不同：熱軋、

10、冷軋２）按軋件與軋輥的相對(duì)運(yùn)動(dòng) ：　　　　　　縱軋、橫軋、斜軋３）按成型特點(diǎn)：一般、特殊,預(yù)備知識(shí),23,二、縱、橫、斜三種軋法的區(qū)別縱軋：二軋輥軸線平行，轉(zhuǎn)向相反，軋件運(yùn)動(dòng)方向與軋輥軸線垂直。斜軋：軋輥軸線不平行，即在空間交成一個(gè)角度，軋輥轉(zhuǎn)向相同，軋件作螺旋運(yùn)動(dòng)。,24,橫軋：軋輥軸線平行，但轉(zhuǎn)向相同，軋件僅繞自身的軸線旋轉(zhuǎn)，沒(méi)有直線運(yùn)動(dòng)。,25,三、幾個(gè)基本概念軋制過(guò)程：靠旋轉(zhuǎn)的軋輥與軋件之間的摩擦力將軋件

11、拖入輥縫之間，并使之受到壓縮產(chǎn)生塑性變形，獲得一定形狀、尺寸和性能產(chǎn)品的壓力加工過(guò)程。,體積不變規(guī)律：在塑性加工變形過(guò)程中，如果忽略金屬密度的變化，可以認(rèn)為變形前后金屬體積保持不變。,26,最小阻力定律：物體在塑性變形過(guò)程中，其質(zhì)點(diǎn)總是向著阻力最小的方向流動(dòng)。,簡(jiǎn)單軋制過(guò)程：軋制時(shí)上下輥徑相同，轉(zhuǎn)速相等，軋輥無(wú)切槽，均為傳動(dòng)輥，無(wú)外加張力或推力，軋輥為剛性的。,27,1.1變形區(qū)及主要參數(shù)軋制時(shí)軋件在軋輥?zhàn)饔孟掳l(fā)生變形的部分。,彈性

12、變形區(qū),,,,塑性變形區(qū),彈性恢復(fù)區(qū),28,1.1變形區(qū)及主要參數(shù)1 變形區(qū)概念： 軋件承受軋輥?zhàn)饔?，產(chǎn)生塑性變形的區(qū)域。變形區(qū)分：幾何變形區(qū)：軋件直接承受軋輥?zhàn)饔茫a(chǎn)生塑性變形的區(qū)域。物理變形區(qū)：軋件間接承受軋輥?zhàn)饔茫a(chǎn)生塑性變形的區(qū)域。,注意：無(wú)特殊說(shuō)明，今后變形區(qū)指的就是幾何變形區(qū),29,2. 主要參數(shù),咬入角α：軋件最先與軋輥接觸的點(diǎn)與軋輥中心點(diǎn)的連線和軋輥中心線的夾角。接觸弧s（咬入弧）：軋制時(shí)，軋件與軋輥

13、相接觸的圓弧(弧AB）。變形區(qū)（接觸?。╅L(zhǎng)度l：接觸弧的水平投影長(zhǎng)度。,30,3.各主要參數(shù)間相互關(guān)系1）咬入角α: cosα=1- △h /D 　　　　 △h = D（l-cosα）,變形區(qū)任一斷面高度 hx : hx = △hx+h= D（l-cosαx）+h,當(dāng)α很小時(shí)， α≈√△h /R,,,31,最大壓下量:,不同軋制條件下的最大咬入角,32,2）變形區(qū)長(zhǎng)度 l A.不考慮彈

14、性變形（1）簡(jiǎn)單軋制，即上下輥直徑相等,,,,33,（2）上下輥直徑不相等(異步軋制）,34,B.考慮彈性變形 l ′,所以 l ＜ l′，關(guān)于l′的計(jì)算，第5章討論。,,,,,,,35,4.軋制變形的表示方法,絕對(duì)變形量相對(duì)變形量變形系數(shù),,36,1）絕對(duì)變形量：軋前、軋后軋件尺寸的絕對(duì)差值。 壓下量 △ h = H-h 寬展量 △b = b-B 延伸量 △l = l

15、- L,計(jì)算簡(jiǎn)單，能直接反映出物體尺寸的變化，但不能正確反映出物體的變形程度。,37,有兩塊金屬在寬度和長(zhǎng)度上相同，而 高度：H1=4mm、 H2=10mm，經(jīng)過(guò)加工后高度：h1=2mm、 h2=6mm， 則：?h1=2mm、 ?h2=4mm，這能說(shuō)明第二塊金屬比第一塊的變形程度大嗎?,例如：,38,2）相對(duì)變形量：軋前、軋后軋件尺寸的相對(duì)變化。相對(duì)壓下量 ε =（ △h/H）%

16、 e = ln h/H相對(duì)寬展量 εb=（△b /B ）% eb = ln b/B相對(duì)延伸量 εl =（△l/L ）% el = ln l/L。,39,壓下系數(shù)：η=H/h 寬展系數(shù)：β（ω）= b/B 延伸系數(shù)： μ（λ）= l/L 根據(jù)體積不變?cè)?H×B×L=h×b×l三者之間存在如下關(guān)系：

17、 即η= μ ×β或 ln（1/η）+lnβ+ln μ =0 上式說(shuō)明，在一定壓下量下將會(huì)得到一定的延伸量和寬展量。,,3）變形系數(shù)：用軋前、軋后軋件尺寸的比值表示的變形。,40,4）延伸系數(shù)與壓下率設(shè)軋件原始面積為F0 ,經(jīng)過(guò)n道次軋制后面積為Fn ，則,（累積壓下率）,41,將各道次的延伸系數(shù)相乘，得,故可得出結(jié)論：總延伸系數(shù)等于相應(yīng)各部分延伸系數(shù)的乘積。,軋件各道次的延伸系數(shù)為:,……,(1

18、)總延伸系數(shù)與道次延伸系數(shù)之間關(guān)系,42,（2）累積壓下率與道次壓下率之間關(guān)系,43,1.2 實(shí)現(xiàn)軋制過(guò)程的條件軋制過(guò)程：靠旋轉(zhuǎn)的軋輥與軋件之間的摩擦力將軋件 拖入 輥縫，并使之受到　壓縮　產(chǎn)生塑性變形，獲得一定形狀、尺寸和性能的壓力加工過(guò)程。,44,軋制過(guò)程的三階段,一 、 咬入階段,咬入階段：軋件前端與軋輥接觸的瞬間起到前端達(dá)到變形區(qū)的出口斷面（軋輥中心連線）稱(chēng)為咬入階段。如圖所示。,咬入：依靠旋轉(zhuǎn)的軋輥

19、與軋件間的摩擦力將軋件拖入輥縫的現(xiàn)象。,45,二 、 穩(wěn)定軋制階段,從軋件前端離開(kāi)軋輥中心連線開(kāi)始，到軋件后端進(jìn)入變形區(qū)入口斷面止，這一階段稱(chēng)為穩(wěn)定軋制階段。,穩(wěn)定軋制階段：,,46,三 、拋 (甩)出階段,從軋件后端進(jìn)入入口斷面時(shí)起到軋件完全通過(guò)輥縫（軋輥中心連線），稱(chēng)為拋 (甩)出階段。,拋 (甩)出階段：,47,1.2.1　咬入條件,1.（自然）咬入條件受力分析如圖 1-1,圖1-1 咬入時(shí)軋件受力分析,圖1-2 P和T力

20、的分解,軋件對(duì)軋輥的作用力 軋輥對(duì)軋件的作用力,48,軋輥對(duì)軋件的作用力P、TPy 、Ty ：壓縮軋件，使軋件產(chǎn)生塑性變形Px 、Tx ：決定軋件能否咬入Px ＞ Tx ：不能咬入Px = Tx ：臨界咬入Px ＜ Tx ：咬入咬入條件：Px ≤ Tx而Px = Psinα Tx=P f cosα即sinα≤f cosαtanα≤f =tanβ α≤β　　(自然)咬入條件,49,

21、,熱軋 型鋼：α=20°～25° 帶鋼：α=10°～20°,確定摩擦角,50,2.實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定軋制時(shí)的(咬入)條件 在咬入過(guò)程中，如圖,θ′表示軋件咬入后其前端與中心線所成的夾角，按照軋件進(jìn)入軋輥的程度，θ′一直是在減少。當(dāng)軋件完全充填輥縫即θ′= 0 時(shí)，進(jìn)入穩(wěn)定軋制階段。 設(shè)壓力沿著接觸弧均勻分布，則P、T合力作用角φ在1/2接弧處。受力分析如上圖。,51,,知穩(wěn)定軋制

22、時(shí)放寬了咬入條件。即，穩(wěn)定軋制階段的最大允許壓下量較自然咬入時(shí)的最大允許壓下量大。,當(dāng)θ′= 0時(shí)，即φ=α/2，是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定軋制的　　　　　　 臨界條件。,當(dāng) Tx≥Px ，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定軋制,而Tx=Tcosφ　 Px=Psinφ 　 tanφ≤tanβ 　 φ≤β,則α/2≤β α≤2β－穩(wěn)定軋制條件,比較咬入條件，α≤β,52,金屬進(jìn)入變形區(qū)情況,穩(wěn)定軋制建成過(guò)程咬入條件,問(wèn)題：實(shí)際穩(wěn)定軋制時(shí)的咬入角與自然咬

23、入時(shí)的咬入角 是2倍的關(guān)系嗎？,α≤2β,α≤β,比較：,53,大量實(shí)驗(yàn)研究還證明：在熱軋情況下，穩(wěn)態(tài)軋制時(shí)的摩擦系數(shù)小于開(kāi)始咬入時(shí)的摩擦系數(shù)，其最大咬入角約為1.5～1.7倍摩擦角，即?＝（1.5～1.7）?；在冷軋情況下，穩(wěn)態(tài)軋制時(shí)的最大咬入角 ?＝（2～2.4）?。,圖6-6 穩(wěn)定軋制階段和的關(guān)系,54,1.2.2 最大壓下量的計(jì)算方法 壓下量、軋輥直徑及咬入角三者之間的關(guān)系，即一 、 按最大

24、咬入角計(jì)算最大壓下量當(dāng)咬入角的數(shù)值為摩擦條件允許的最大值時(shí)，相應(yīng)的壓下量為最大： 在生產(chǎn)實(shí)際中，不同軋制條件所允許的最大咬入角如下表所列。,,,,55,不同軋制條件下的最大咬入角,56,二、 按摩擦系數(shù)計(jì)算最大壓下量由摩擦系數(shù)與摩擦角的關(guān)系及咬入條件 和 知,,,,而由數(shù)學(xué)關(guān)系有,,將上式代入到,,,中可得,式中軋制時(shí)的摩擦系數(shù),可由公式計(jì)算或

25、由表14-1等資料查找。,57,例題 假設(shè)熱軋時(shí)軋輥直徑D=800mm，摩擦系數(shù)0.3，求咬入條件所允許的最大壓下量及建立穩(wěn)定軋制過(guò)程后，利用剩余摩擦力可以達(dá)到的最大壓下量。解：（1）咬入條件允許的最大壓下量 =34mm （2）在建立穩(wěn)定軋制過(guò)程后，利用剩余摩擦力可達(dá)到的最大壓下量 取 ∴

26、 =800（1-cos25°）=75mm 即利用剩余摩擦力可以增加的壓下量為 75—34 = 41 mm,,,,58,1.2.3　改善咬入條件的途徑由咬入條件：α≤β便可以得出 凡是能增大β和減小α的一切因素都利于咬入。對(duì)以上兩種途徑分別討論：,59,1. 減小咬入角α的途徑及生產(chǎn)實(shí)際中采用的措施。1）減小咬入角α途徑 由α=arc cos（1-△h

27、/D）知（1）增加輥徑D ； 當(dāng)△h = C（constant ），增加輥徑D，咬入角α減小。,,,,,,,α,60,（2）減小壓下量△h ； 當(dāng)D=C，減小壓下量△h（△h=H-h），咬入角α減小。,61,2）生產(chǎn)實(shí)際中減小咬入角α措施（l）小頭進(jìn)鋼 用鋼錠的小頭先進(jìn)入軋輥或把鋼坯的一端壓扁進(jìn)行軋制。這種方法可以保證順利的咬入和進(jìn)行穩(wěn)定軋制，并對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量亦無(wú)不良影響，所以在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛

28、。,鋼錠小頭進(jìn)鋼,62,（2）強(qiáng)迫咬入。即用外力將軋件強(qiáng)制推入軋輥中，由于外力作用使軋件前端被壓扁。相當(dāng)于減小前端咬入角α，改善咬入條件。,63,（3）帶鋼壓下 。利用穩(wěn)定軋制階段允許的最大壓下量比自然咬入時(shí)所允許的最大壓下量大。（△h = D（1-cosα））（4）無(wú)頭軋制。 減少自然咬入次數(shù)。,64,2.提高摩擦系數(shù)f（摩擦角β 　）的途徑及生產(chǎn)實(shí)際中常用的措施1)提高摩擦系數(shù)f （摩擦角β ）的途徑（１）摩

29、擦系數(shù)f 的因素①金屬種類(lèi)和化學(xué)成分的影響 總的來(lái)說(shuō)，金屬材料硬度、強(qiáng)度越高，摩擦系數(shù)越小;凡是能提高材料硬度、強(qiáng)度的化學(xué)成分都可使摩擦系數(shù)減小。,65,普碳鋼的f ＜ 合金鋼的 f 鑄鐵的f ＜ 鋼的f,軋制碳鋼時(shí)，隨鋼中含碳量的增加，f 降低。,66,②工具表面狀態(tài)和材質(zhì)的影響 隨著工具表面光潔度的提高，（表面凹凸不平度的減?。? f 減小。 鑄鐵軋輥的

30、 f ＜ 鋼軋輥的 f,67,③軋制溫度的影響 軋制溫度的影響主要是通過(guò)氧化鐵皮起作用 熱軋時(shí),在軋制過(guò)程中隨氧化鐵皮厚度的增加，摩擦系數(shù)逐漸增大，但另一方面，氧化鐵皮的熔點(diǎn)較低，當(dāng)軋制溫度達(dá)到一定高度時(shí)，它又熔化起著潤(rùn)滑劑的作用。,溫度對(duì)鋼的摩擦系數(shù)的影響,68,④軋制速度的影響 隨著軋制速度的增加，摩擦系數(shù)降低。但當(dāng) 速度增加到一定程度，摩擦系數(shù)保持不變。,軋制速度對(duì)摩擦系數(shù)

31、的影響,69,（2）增大摩擦系數(shù)的途徑 ①改變軋件或軋輥的表面狀態(tài)；②合理的調(diào)節(jié)軋制速度。（3）實(shí)際生產(chǎn)中提高摩擦的措施①熱軋時(shí)在軋制前幾道次的軋輥上刻痕、堆焊；冷軋時(shí)，不涂油或涂粘度系數(shù)小的油。,70,②去除軋件表面的氧化鐵皮。 實(shí)驗(yàn)表明，鋼坯表面的爐生氧化鐵皮，使摩擦系數(shù)降低。由于氧化鐵皮的影響，使咬入困難，或者以極限咬入后在穩(wěn)定軋制階段發(fā)生打滑現(xiàn)象。 由此可見(jiàn)

32、，清除氧化鐵皮對(duì)保證順利的咬入及軋制是十分必要的。,71,③調(diào)速軋制。 低速實(shí)現(xiàn)自然咬入，然后隨著軋件充填軋輥使咬入條件的好轉(zhuǎn)，逐漸增加軋制速度，使之過(guò)渡到穩(wěn)定軋制階段時(shí)最大，但必須保證穩(wěn)定軋制條件。 這種方法簡(jiǎn)單可靠，易于實(shí)現(xiàn)，所以在實(shí)際生產(chǎn)中是被采用的。,72,1.3 軋制過(guò)程的變形、運(yùn)動(dòng)學(xué)、力學(xué)條件1.3.1 軋制過(guò)程的變形條件1.平板壓縮 如下圖1）工具面平行 金屬

33、向兩邊流動(dòng)變形，以垂直對(duì)稱(chēng)線做分界線 ——中性面.2）工具面不平行 金屬容易向AB方向流動(dòng)，分界線偏向CD側(cè).,73,2.軋制變形條件 金屬向入口側(cè)流動(dòng)容易——后滑區(qū)；金屬向出口側(cè)流動(dòng)較難——前滑區(qū)。 中性面偏向出口側(cè)。 前滑+后滑——延伸。中性面：金屬前、后滑區(qū)的分界面。在這個(gè)面上金屬的流動(dòng)速度分布均勻，并且等于該處軋輥的水平速度，軋件與軋輥無(wú)相對(duì)滑動(dòng)。

34、中性角：中性面對(duì)應(yīng)的圓心角,,74,1.3.2 軋制過(guò)程的運(yùn)動(dòng)學(xué),設(shè)軋件無(wú)寬展，軋件在變形區(qū)內(nèi)沿高度上變形均勻，即水平運(yùn)動(dòng)速度一樣。 在變形區(qū)內(nèi)任取一微分體，,75,根據(jù)體積不變定律，知 vx h x = vh h 得， vH＜ vγ ＜vh 軋件出口處速度 vh 大于軋輥圓周速度 v 即 vh ＞ v 軋件入口處速度 vH小于軋輥水平

35、分速度 v cosα， 即 vH ＜ v cosα 中性面處軋件的水平速度 vγ與此處 軋輥的水平速度 v cosγ相等 ，即 vγ = v cosγ 。 vx h x = vh h 應(yīng)用于連軋中。,76,1.2.3力學(xué)條件 假設(shè)的條件同前，所以單位壓力 p的合力P作用于接觸弧的中點(diǎn)處, 而單

36、位摩擦力 t 的合力因在前、后滑區(qū)的方向不同，分別用T2、T1 根據(jù)力平衡條件，在無(wú)外力作用下，軋制作用力的水平分量之和為零。,力學(xué)條件反映了咬入、摩擦、中性角（三個(gè)特征角）之間的關(guān)系,,,,,77,,力學(xué)條件反映了咬入、摩擦、中性角（三個(gè)特征角）之間的關(guān)系,,,,,,,,78,1.4 金屬在變形區(qū)內(nèi)的流動(dòng)規(guī)律1.4.1 沿軋件斷面高向上變形的分布1.均勻變形理論（剛端理論）,沿軋件斷面高度方向上的變形、應(yīng)力和金

37、屬流動(dòng)的分布都是均勻的.,79,塔爾諾夫斯基曾指出,為了實(shí)現(xiàn)均勻變形必須滿(mǎn)足下列條件:(1)變形的物體是等向性的;(2)在物體內(nèi)任意質(zhì)點(diǎn)所處的物理狀態(tài)完全均勻,特別是物體內(nèi)任意質(zhì)點(diǎn)處的溫度相同,變形抗力相等;(3)接觸面上任意質(zhì)點(diǎn)的絕對(duì)及相對(duì)壓下量相同;(4)整個(gè)變形物體同時(shí)處于工具的直接作用下,即變形是在沒(méi)有外端(外區(qū))的情況下進(jìn)行;(5)接觸面上完全沒(méi)有外摩擦,或者沒(méi)有外摩擦所引起的阻力.,80,81,沿軋件斷面高向上變形

38、分布1-表面層；2-中心層；3-均勻變形A-A-入輥平面；B-B-出輥平面,,水平段為表面粘著區(qū),沿軋件斷面高度方向上的變形分布不均勻,,2.不均勻變形理論（1）不均勻變形現(xiàn)象,82,軋制變形區(qū)I-易變形區(qū)；II-難變形區(qū)；III-自由變形區(qū),83,帶鋼表面粗晶區(qū)的形成和軋制狀態(tài)有關(guān)：1）軋制時(shí)，由于摩擦力的存在，在軋件和軋輥接觸部位存在難變形區(qū)，當(dāng)軋制時(shí)潤(rùn)滑條件不好時(shí)，容易在表面層產(chǎn)生粗晶區(qū)，可以通過(guò)開(kāi)啟機(jī)架間冷卻水來(lái)改善潤(rùn)

39、滑。2）沿軋件高向上變形分布是不均勻的，表面層變形小。壓下量分配不合理時(shí)，使得軋件表面層變形量小，從而產(chǎn)生粗晶。 粗晶區(qū)的存在會(huì)降低帶鋼的延伸率，冷彎性能變差。,84,1-表面層金屬流動(dòng)速度2-中心層金屬流動(dòng)速度3-平均流動(dòng)速度,沿軋件斷面高度方向上金屬流動(dòng)分布不均勻,表面層流動(dòng)速度大，中心層流動(dòng)速度小,4－后外端金屬流動(dòng)速度5－后變形過(guò)渡區(qū)金屬流動(dòng)速度6一后滑區(qū)金屬流動(dòng)速度,8一前滑區(qū)金屬流動(dòng)速度9一前變形過(guò)渡

40、區(qū)金屬流動(dòng)速度10一前外端金屬流動(dòng)速度,7一臨界面金屬流動(dòng)速度,流動(dòng)速度分布均勻,臨界面上金屬流動(dòng)速度分布均勻，等于軋輥水平速度,表面層流動(dòng)速度小，中心層流動(dòng)速度大,,,,流動(dòng)速度分布均勻,,,金屬流動(dòng)分布,85,沿軋件斷面高度方向上 應(yīng)力分布不均勻,,,,,,86,,（2）不均勻變形理論：1）沿軋件斷面高度方向上的變形、應(yīng)力和流動(dòng)速度分布都是不均勻.,87,2）在幾何變形區(qū)內(nèi)，在軋件與軋輥接觸表面上，不但有相對(duì)滑動(dòng)，而且還有粘

41、著，所謂粘著系指軋件與軋輥間無(wú)相對(duì)滑動(dòng) ；,88,3）變形不但發(fā)生在幾何變形區(qū)內(nèi)，而且也產(chǎn)生在幾何變形區(qū)以外，其變形分布都是不均勻的； 存在變形過(guò)渡區(qū)、前滑區(qū)、后滑區(qū)和粘著區(qū)；,89,4） 在粘著區(qū)內(nèi)有一個(gè)臨界面，在這個(gè)面上金屬的流動(dòng)速度分布均勻，并且等于該處軋輥的水平速度，軋件與軋輥無(wú)相對(duì)滑動(dòng)——中性面。,研究沿軋件對(duì)稱(chēng)軸的縱斷面上的坐標(biāo)網(wǎng)的變化證明了不均勻理論的正確性。,90,1.5 三種典型軋制情況 依據(jù)壓下率

42、（ε)和(H/D)或變形區(qū)形狀系數(shù)把軋制過(guò)程分為三種典型軋制情況，具有明顯的力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、變形特征。,Ⅲ：以小壓下量軋制厚軋件（ ε＜10%），雙鼓形。,Ⅰ：以大壓下量軋薄軋件（ ε=34%~50%）,單鼓形；,Ⅱ：中等厚度軋件軋制過(guò)程ε約為15%；變形均勻；,Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,1.變形特征,91,變形區(qū)形狀系數(shù)的概念,當(dāng)變形區(qū)形狀系數(shù) （0.5~1） 時(shí) ，薄件變形,軋件橫斷面呈單鼓形；,變形區(qū)形狀系數(shù) (

43、)：軋件斷面高度相對(duì)于接觸弧的長(zhǎng)度。,當(dāng)變形區(qū)形狀系數(shù) （0.5~1）時(shí)，即厚件變形,軋件橫斷面呈雙鼓形。,92,中等厚度軋制: 壓縮變形剛好深透到整個(gè)變形區(qū)高度，變形比較均勻。,93,2.運(yùn)動(dòng)學(xué)特征,由于受摩擦阻力影響，在后滑區(qū)，金屬橫斷面中心部份要比表面速度慢，而在前滑區(qū)，金屬橫斷面中心部份要比表面速度快。,薄件軋制,（ ε=34%~50%）,94,壓縮變形不能深入軋件內(nèi)部，即只有表層金屬才發(fā)生變形，

44、軋件中心層幾乎不發(fā)生塑性變形，致使外端深入到幾何變形區(qū)內(nèi)，出現(xiàn)表面變形。,厚件軋制（ ε＜10%）,95,中等厚度軋制（ε約為15%） 金屬質(zhì)點(diǎn)相對(duì)與接觸表面全滑動(dòng),由于摩擦與外端的綜合作用, 在前、后滑區(qū)表面層與中心層速度相同。,96,單位接觸面積上的軋制壓力（單位壓力）沿接觸弧的分布曲線有明顯的峰值，而且壓下量越大，單位壓力越高，且峰值越尖，尖峰向軋件出口方向移動(dòng).,3.力學(xué)特征,摩擦力影響大，峰值出現(xiàn)在摩擦力方向

45、改變的地方,薄件軋制時(shí)單位壓力和單位摩擦力沿接觸弧之分布,薄件變形（ε=34%~50% ）,97,薄件變形時(shí)沿?cái)嗝娓叨壬系膽?yīng)力分布,由于金屬質(zhì)點(diǎn)的流動(dòng)速度沿?cái)嗝娓呦蚍植疾痪鶆?產(chǎn)生附加應(yīng)力,因此沿?cái)嗝娓呦虻膽?yīng)力分布也呈現(xiàn)不均勻性。,98,,厚件變形:（ε＜10%） 單位壓力沿接觸弧在變形區(qū)入口處有峰值，且向出口處急劇降低.,摩擦力已不起主要影響，外端限制金屬壓下變形，起主要作用。,第三種軋制情況沿接觸弧的分布,99,厚件變形時(shí)沿

46、斷面高度上應(yīng)力分布（ε＜10% ）,100,中等厚度變形,外摩擦與外端的影響都存在，但都不嚴(yán)重，壓縮變形剛好深透到整個(gè)變形區(qū)高度，變形比較均勻,第二種軋制情況分布曲線,單位壓力分布曲線沒(méi)有明顯的峰值，單位壓力比前兩者小。,101,本章小結(jié),1.幾個(gè)基本概念；2.變形區(qū)及其主要參數(shù)；3.實(shí)現(xiàn)軋制過(guò)程的四大基本條件；4.改善咬入的途徑與措施；5.金屬在變形區(qū)內(nèi)的流動(dòng)規(guī)律；6.三種典型軋制情況。,102,習(xí)題一1.名詞解釋?zhuān)?

47、 軋制過(guò)程 、最小阻力定律、 體積不變規(guī)律、簡(jiǎn)單軋制過(guò)程、咬入、變形區(qū)、變形區(qū)形狀系數(shù)等。2.推導(dǎo)實(shí)現(xiàn)軋制過(guò)程的條件。3.推導(dǎo)簡(jiǎn)單軋制時(shí)變形區(qū)長(zhǎng)度l的公式。4.試述改善咬入條件的途徑和生產(chǎn)實(shí)踐中采用的措施。,103,5.在直徑為650mm的軋機(jī)上軋制鋼坯尺寸B =100mm，H = 100mm，l = 2000mm，第一軋制道次的壓下量為35mm，軋件通過(guò)變形區(qū)的平均速度為3m/s時(shí)，試求：（1）第一道次軋后

48、的軋件尺寸（忽略寬展）；（2）第一道次的總軋制時(shí)間；（3）軋件在變形區(qū)的停留時(shí)間；（4）變形區(qū)的各基本參數(shù)。,104,6.在上題軋機(jī)上熱軋軟鋼，軋件的原始厚度為180mm，用極限咬入條件時(shí)，一次可壓縮100mm，試求摩擦系數(shù)。7.在潤(rùn)滑條件良好的上題軋機(jī)的條件下冷軋帶鋼，當(dāng)軋入系數(shù)△h/D=1/700 ~1/450 求最大壓下量和此時(shí)的摩擦系數(shù)。8.軋輥輥徑為90mm，道次壓下量△h=0.5mm，摩擦系數(shù)f=0.09，試判

49、斷能否實(shí)現(xiàn)咬入？,105,9.假設(shè)熱軋時(shí)軋輥直徑D=1000mm，摩擦系數(shù)0.3，求咬入條件所允許的最大壓下量及建立穩(wěn)定軋制過(guò)程后，利用剩余摩擦力可以達(dá)到的最大壓下量。10.方坯120×120mm經(jīng)自由寬展軋制，軋后面積為A1=11200mm2，軋件高度為80mm，計(jì)算以下參數(shù)（1）延伸系數(shù)、寬展系數(shù)。（2）壓下率、寬展率、延伸率。11.工作輥直徑為750mm，摩擦角為22°，來(lái)料厚度為160mm，如僅考慮咬入條