材料成形工藝學(xué)(下)課內(nèi)設(shè)計(jì)

1、東北大學(xué)軋制原理與軋制技術(shù)課程設(shè)計(jì)東北大學(xué)2012級(jí)課程設(shè)計(jì)報(bào)告“材料成形工藝學(xué)（下）課內(nèi)設(shè)計(jì)” 所屬院校： 東北大學(xué) 所屬院系： 材料與冶金學(xué)院 所屬專業(yè)： 材料成型及控制工程 指導(dǎo)老師： 負(fù)責(zé)人： 目錄成員3題目：解析無縫鋼管二輥斜軋穿孔過程中軋件運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)以及孔腔形成機(jī)理4第一部分 軋件運(yùn)動(dòng)方式6第二部分 孔腔形成122.1 特點(diǎn)122.2 孔腔形成機(jī)理132.2.1 “外端”的影響132.2.2 表層變形132.3 機(jī)理分析142.4 孔腔的作用142.5 孔腔的影響因素15第三部分 總結(jié)與建議16成員題目：解析無縫鋼管二輥斜軋穿孔過程中軋件運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)以及孔腔形成機(jī)理一、 作業(yè)目的無縫鋼管

2、熱軋過程主要分為穿孔、軋管和定徑、減徑過程中，斜軋軋制方式是無縫鋼管穿孔的主要方式，斜軋過程與常規(guī)使用的縱軋軋制過程、變形方式有著明顯不同，有其獨(dú)特的規(guī)律，而斜軋穿孔的斜軋孔腔是極其復(fù)雜的，其正確解析不僅關(guān)系到穿孔過程軋件的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)、穿孔過程是否順利而且關(guān)系到穿孔質(zhì)量好快，從而影響整個(gè)無縫鋼管生產(chǎn)過程。因此正確揭示穿孔過程的軋件運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)、孔腔形成機(jī)理對(duì)于無縫鋼管生產(chǎn)是至關(guān)重要的。在解析過程中需要用到所學(xué)的數(shù)學(xué)知識(shí)、力學(xué)知識(shí)和金屬學(xué)知識(shí)，鍛煉同學(xué)們綜合分析能力。二、 作業(yè)內(nèi)容無縫鋼管軋制過程中二輥斜軋穿孔，斜軋軋制方式、軋輥形式為桶形輥，軋輥在水平面左右布置，固定不動(dòng)導(dǎo)板在上下布置，中間為隨動(dòng)頂

3、頭、軋輥軸線與軋制線在過軋制線主垂直平面上傾斜成送進(jìn)角為，軋輥旋轉(zhuǎn)速度為u，如圖1所示。圖2為各類斜軋運(yùn)動(dòng)方式示意圖。利用平面解析方法或其他方法圖1 二輥斜軋穿孔過程示意圖圖2 斜軋運(yùn)動(dòng)方式示意圖解析斜軋穿孔過程中軋件運(yùn)動(dòng)方式（旋轉(zhuǎn)和前進(jìn)方向）、穿孔過程中孔腔形成機(jī)理和影響因素。第一部分 軋件運(yùn)動(dòng)方式第一題題目如下圖1.1所示圖1.1 第一題分析如下所示：軋輥速度分解正視圖如下圖1.2所示圖1.2 正視圖1可以看出軋輥的速度合成方向是向右的，由于軋輥為主動(dòng)輪，軋件受摩擦力與軋輥速度合成方向一致，所以軋件前進(jìn)方向是水平向右。軋輥?zhàn)笠晥D如下圖1.3所示： 圖1.3 左視圖1顯然，軋件在軋輥的帶動(dòng)下

4、是順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的。第二題題目如圖1.4所示：圖1.4 第二題分析如下所示：軋輥速度分解正視圖如下圖1.5所示：圖1.5正視圖2可以看出軋輥的速度合成方向是向左的，由于軋輥為主動(dòng)輪，軋件受摩擦力與軋輥速度合成方向一致，所以軋件前進(jìn)方向是水平向左。軋輥?zhàn)笠晥D如下圖1.6所示：圖1.6左視圖2顯然，軋件在軋輥的帶動(dòng)下是逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的。第三題題目如圖1.7所示：圖1.7 第三題分析如下所示：軋輥速度分解正視圖如下圖1.8所示：圖1.8正視圖3可以看出軋輥的速度合成方向是向左的，由于軋輥為主動(dòng)輪，軋件受摩擦力與軋輥速度合成方向一致，所以軋件前進(jìn)方向是水平向左。軋輥?zhàn)笠晥D如下圖1.9所示：圖1.9左視圖3顯然

5、，軋件在軋輥的帶動(dòng)下是順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的。第四題題目如圖1.10所示：圖1.10 第四題分析如下所示：軋輥速度分解正視圖如下圖1.11所示：圖1.11正視圖4可以看出軋輥的速度合成方向是向右的，由于軋輥為主動(dòng)輪，軋件受摩擦力與軋輥速度合成方向一致，所以軋件前進(jìn)方向是水平向右。軋輥?zhàn)笠晥D如下圖1.12所示：圖1.12左視圖4顯然，軋件在軋輥的帶動(dòng)下是逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的。第二部分 孔腔形成孔腔現(xiàn)象常見物理現(xiàn)象2.1 特點(diǎn)一定成分的金屬在一定的工藝變形條件下（加熱溫度、變形速度、工具設(shè)計(jì)等），管坯經(jīng)縮率達(dá)到一定臨界值后，便沿軸心出現(xiàn)縱向微裂紋，進(jìn)而形成孔腔。概括來講，如圖：孔腔沿軸心出現(xiàn)縱向微裂紋坯料頸縮率達(dá)臨

6、界值斜軋、橫軋、連續(xù)橫鍛斜軋、橫軋、連續(xù)橫鍛2.2 孔腔形成機(jī)理2.2.1 “外端”的影響圖2.1變形分析圓坯橫鍛的一次徑向壓縮率在6%以下時(shí)，最大塑性變形區(qū)僅發(fā)生在與工具接觸的表面附近，軸心區(qū)變形很小，特點(diǎn)類似雙鼓變形，如圖（a）。一次徑縮率達(dá)到10%以上才出現(xiàn)類似單鼓變形的特點(diǎn)，如圖（b）。但這里的雙鼓變形是發(fā)生在一個(gè)橫截面的內(nèi)部，于劇烈變形區(qū)I、III兩側(cè)還存在著變形很小的“外端”，這樣I、III區(qū)內(nèi)的金屬的橫向流動(dòng)，對(duì)兩側(cè)外端起了一種“楔入”的作用，使軸心區(qū)II承受很強(qiáng)的橫向附加張應(yīng)力。2.2.2 表層變形斜軋條件下表層金屬的塑性變形劇烈，金屬連續(xù)不斷地沿著軸向和切向流動(dòng)，作為一個(gè)整體

7、必然牽引著軸心區(qū)金屬不斷地流向表面，于軸心形成三向附加拉應(yīng)力。這樣，斜軋實(shí)心體軸心區(qū)的工作應(yīng)力狀態(tài)，是在外力作用方向?yàn)閴簯?yīng)力，其他兩向?yàn)閺垜?yīng)力。2.3 機(jī)理分析由于以上兩個(gè)因素在橫向引起的附加應(yīng)力同向，所以橫向張應(yīng)力的數(shù)值最高，增長(zhǎng)速度最快。斜軋條件下金屬每被軋輥加工一次后完全恢復(fù)再結(jié)晶是不可能的，故上述的附加應(yīng)力都將部分地以殘余應(yīng)力形式保留下來，并隨反復(fù)加工次數(shù)的增加而積累增大。于是當(dāng)工作應(yīng)力狀態(tài)發(fā)展到一定極限值后，相對(duì)主應(yīng)力約45°的最大切應(yīng)力方向上便開始產(chǎn)生切變形。經(jīng)多次反復(fù)，由于加工硬化和晶體內(nèi)部缺陷的存在，這些部分便在最大橫向張應(yīng)力作用下出現(xiàn)裂紋，逐漸發(fā)展成軸心疏松區(qū)，形成

8、孔腔。兩個(gè)因素在橫向上引起的附加拉應(yīng)力同向橫向附加拉應(yīng)力值最高多次反復(fù)，產(chǎn)生裂紋并擴(kuò)展，形成孔腔工作應(yīng)力到極限值后，在45度方向產(chǎn)生 剪切變形2.4 孔腔的作用孔腔形成之前：自然形成中心疏松區(qū)，利于斜軋穿孔?？浊恍纬芍螅河绊憙?nèi)表面質(zhì)量，造成折疊等缺陷。2.5 孔腔的影響因素（1）鋼的自然塑性。鋼的自然塑性是由鋼的化學(xué)成分、冶煉質(zhì)量以及組織狀態(tài)決定的，而組織狀態(tài)又受管坯加熱溫度和時(shí)間的影響。鋼的自然塑性決定著鋼在塑性變形過程中產(chǎn)生破壞的傾向。但斜軋穿孔常不用自然塑性，而用穿孔性能表示管坯中心產(chǎn)生破裂的傾向。穿孔性能好則表示穿孔過程中不易發(fā)生金屬中心破裂。穿孔性能和鋼的塑性有關(guān)，一般塑性越好則穿

9、孔性能也越好。（2）頂頭前壓縮率。頂頭前壓縮率愈大則變形不均勻程度也愈大，導(dǎo)致管坯中心區(qū)的切應(yīng)力和拉應(yīng)力增加，易促使孔腔形成。一般用臨界壓縮率來表示對(duì)最大頂頭前壓縮率的限制。（3）軋件橢圓度。在二輥斜軋穿孔的變形區(qū)中，管坯橫斷面橢圓度愈大，則橫向不均勻變形程度也愈大，并將導(dǎo)致管坯中心區(qū)的橫向拉應(yīng)力、切應(yīng)力以及反復(fù)應(yīng)力作用的增加。在斜軋穿孔中采用過大橢圓度對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量是不利的。（4）壓縮次數(shù)。壓縮次數(shù)的增加導(dǎo)致孔腔形成傾向增加。下列情況常導(dǎo)致壓縮次數(shù)增加：總的直徑壓縮量提高而單位壓縮量不變；總壓縮量一定而變形區(qū)長(zhǎng)度加大(如減小軋輥入口錐錐角和前進(jìn)角時(shí))以及金屬軸向滑移增加等。（5）加熱制度。主要是

10、在管坯加熱時(shí)要保證有良好的加工組織，有較小的熱應(yīng)力以及防止過熱和過燒。（6）送進(jìn)角。增大送進(jìn)角，減少反復(fù)碾軋次數(shù)。（7）頂頭作用。頂頭可降低軸心拉附應(yīng)力，其位置應(yīng)使之前頸縮率小于臨界值。第三部分 總結(jié)與建議通過這次課程設(shè)計(jì)，我們整體的回顧了材料成形工藝學(xué)（下）課程，對(duì)知識(shí)有了更深的記憶和理解。從判斷軋件運(yùn)動(dòng)方向，斜軋穿孔原理的學(xué)習(xí)，再到影響孔腔形成因素，我們充分運(yùn)用了課堂內(nèi)所學(xué)到的知識(shí)，體驗(yàn)到了將知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際問題并解決問題的喜悅，而不只是把知識(shí)局限于考試。我們不僅有各自的分工，還積極溝通，集思廣益，共同解決課程設(shè)計(jì)中的難題。在課程設(shè)計(jì)中，我們分工明確，盡量使每個(gè)成員都參與進(jìn)來，能夠讓大家都學(xué)到一些知識(shí)?？傊覀兊墓餐繕?biāo)是出色地完成課程設(shè)計(jì)，這也鍛煉了我們的溝通能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。通過積極參與這次課程設(shè)計(jì)，我們對(duì)課程設(shè)計(jì)