軋制變形基本原理

1、.1 第四章軋制變形基本原理金屬塑性加工是利用金屬能夠產(chǎn)生永久變形的能力，使其在外力作用下進(jìn)行塑性成型的一種金屬加工技術(shù)，也常叫金屬壓力加工?；炯庸ぷ冃畏绞娇梢苑譃椋哄懺臁④堉?、擠壓、分為：熱加工、冷加工、溫加工。金屬塑性加工的優(yōu)點(diǎn)(1) 因無廢屑，可以節(jié)約大量的金屬，成材率較高；(2) 可改善金屬的部組織和與之相關(guān)聯(lián)的性能；(3) 生產(chǎn)率高，適于大量生產(chǎn)。第一節(jié)軋鋼的分類軋鋼是利用金屬的塑性使金屬在兩個(gè)旋轉(zhuǎn)的軋輥之間受到壓縮產(chǎn)生塑性變形，從而得到具有一定形狀、 尺寸和性能的鋼材的加工過程。 被軋制的金屬叫軋件； 使軋件實(shí)現(xiàn)塑性變形的機(jī)械設(shè)備叫軋鋼機(jī)；軋制后的成品叫鋼材。一、根據(jù)軋件縱軸線與

2、軋輥軸線的相對位置分類軋制可分為橫軋、縱軋和斜軋。如圖、。圖 1橫軋簡圖1軋輥； 2軋件； 3支撐輥橫軋：軋輥轉(zhuǎn)動方向相同，軋件的縱向軸線與軋輥的縱向軸線平行或成一定錐角，軋制時(shí)軋件隨著軋輥?zhàn)飨鄳?yīng)的轉(zhuǎn)動。它主要用來軋制生產(chǎn)回轉(zhuǎn)體軋件，如變斷面軸坯、齒輪坯等?？v軋：軋輥的轉(zhuǎn)動方向相反，軋件的縱向軸線與軋輥的水平軸線在水平面上的投影相互垂直，軋制后的軋件不僅斷面減小、形狀改變，長度亦有較大的增長。它是軋鋼生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的一種軋制方法，如各種型材和板材的軋制。斜軋：軋輥轉(zhuǎn)動方向相同，其軸線與軋件縱向軸線在水平面上的投影相互平行，但在垂直面上的投影各與軋件縱軸成一交角，因而軋制時(shí)軋件既旋轉(zhuǎn)，又前進(jìn)，

3、作螺旋運(yùn)動。它主要用來生產(chǎn)管材和回轉(zhuǎn)體型材。.圖 2縱軋示意圖圖 3斜軋簡圖1軋輥； 2坯料； 3毛管； 4頂頭； 5頂桿二、根據(jù)軋制溫度不同又可分為熱軋和冷軋。所有的固態(tài)金屬和合金都是晶體。溫度和加工變形程度對金屬的晶體組織結(jié)構(gòu)及性能都有不可忽視的影響。金屬在常溫下的加工變形過程中，其部晶體發(fā)生變形和壓碎，而引起金屬的強(qiáng)度、硬度和脆性升高，塑性和韌性下降的現(xiàn)象，叫做金屬的加工硬化。把一根金屬絲固定于某一點(diǎn)在手中來回彎曲多次后，鋼絲就會變硬、 變脆進(jìn)而斷裂， 這就是加工硬化現(xiàn)象的一個(gè)例子。經(jīng)加工變形后的金屬，隨著溫度的升高，其晶體組織又重新改組為新晶粒的現(xiàn)象，稱為金屬的再結(jié)晶。再結(jié)晶無晶體類型

4、的變化。金屬進(jìn)行再結(jié)晶的最低溫度稱為金屬的再結(jié)晶溫度。 金屬的再結(jié)晶可以消除在加工變形過程中產(chǎn)生的加工硬化，恢復(fù)其加工變形前的塑性和韌性。金屬的再結(jié)晶溫度的高低，主要受金屬材質(zhì)和變形程度的影響。將金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行軋制叫熱軋。熱軋的優(yōu)點(diǎn)是可以消除加工硬化，能使金屬的硬度、強(qiáng)度、脆性降低，塑性、韌性增加，而易于加工。這是因?yàn)榻饘僭谠俳Y(jié)晶溫度以上產(chǎn)生塑性變形（即產(chǎn)生加工硬化）的同時(shí)，產(chǎn)生了非常完善的再結(jié)晶。但在高溫下鋼件表面易生成氧化鐵皮，使產(chǎn)品表面粗糙度增大，尺寸不夠精確。金屬在再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行的軋制叫冷軋。冷軋的優(yōu)點(diǎn)與熱軋相反。第三節(jié)金屬塑性變形的力學(xué)條件一、力與外力材料（入軋件）

5、由于外力（如軋輥的軋制力）的作用，其部產(chǎn)生的抵抗外力的抗力，叫力。 材料單位面積上的力叫應(yīng)力。當(dāng)應(yīng)力分布均勻時(shí)，或者應(yīng)力雖不均勻分布，但為例計(jì)算簡便時(shí)： = F式中：平均應(yīng)力，Mpa；F材料的截面積，P作用于該截面積的力，N。.二、變形材料受外力所產(chǎn)生的形狀和尺寸的改變，叫變形。當(dāng)外力消除后，能夠恢復(fù)原來形狀尺寸的那部分變形，叫彈性變形； 若外力超過某一限度，材料不能恢復(fù)原來形狀尺寸的那部分變形， 叫塑性變形。 材料產(chǎn)生塑性變形而不破裂的能力叫塑性。軋鋼生產(chǎn)就是利用金屬的塑性使軋件產(chǎn)生塑性變形而成型的。材料單位尺寸上的變形叫應(yīng)變，應(yīng)力與應(yīng)變是共生共存的。塑性變形的力學(xué)條件材料抵抗塑性變形的能力

6、叫強(qiáng)度。材料產(chǎn)生塑性變形的最小應(yīng)力叫屈服強(qiáng)度或屈服極限（ ReL/R eH）。材料破壞前的最大應(yīng)力叫強(qiáng)度極限（Rm）。顯然，金屬材料產(chǎn)生塑性變形的力學(xué)條件是該材料受外力作用而產(chǎn)生的應(yīng)力（）必須大于或等于其屈服極限（ReL），而小于其強(qiáng)度極限（Rm）。ReL/ Rm因?yàn)?，?dāng) < ReL時(shí)，材料不可能產(chǎn)生塑性變形，只產(chǎn)生彈性變形，而R 時(shí)，材料m會破裂。第四節(jié)塑性變形的體積不變定律和最小阻力定律一、 金屬塑性變形的體積不變定律體積不變定律是金屬塑性變形時(shí)，材料的體積保持不變。即軋制前后軋件的體積不變。如以 V、 V分別代表軋制前后軋件的體積，則V=V另 H、B、 L 和 hbl 分別代表軋件

7、軋制前后軋件的高度、寬度與長度，則有V=HBL;V=hbl HBL=hbl上面公式是體積不變定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，利用他可以計(jì)算定軋制后軋件的尺寸，根據(jù)產(chǎn)品的斷面面積和定尺長度，選擇合理的坯料尺寸。實(shí)際上，金屬在塑性變形過程中，其體積總有一些變化，這是由于：（ 1）在軋制過程中，金屬部的縮孔、氣泡和疏松被焊合，密度提高，因而改變了金屬體積。 這就是說除部有大量存在氣泡的沸騰鋼錠 （或有縮孔及疏松的鎮(zhèn)靜鋼錠、 連鑄坯）的加工前期外，熱加工時(shí)，金屬的體積是不變的。（ 2）在熱軋過程中金屬因溫度變化而發(fā)生相變以及冷軋過程中金屬組織結(jié)構(gòu)被破壞，也會引起金屬體積的變化， 不過這種變化都極為微小。例如， 冷加

8、工時(shí)金屬的比重約減.少 0.1 0.2 。不過這些在體積上引起的變化是微不足道的，況且經(jīng)過再結(jié)晶退火后其比重仍然恢復(fù)到原有的數(shù)值。2二、塑性變形的最小阻力定律1 、敘述：最小阻力定律是金屬材料在塑性變形時(shí)，其質(zhì)點(diǎn)有向各個(gè)方向移動的可能性時(shí)，則各質(zhì)點(diǎn)將沿阻力最小的方向移動。2、最小阻力定律的應(yīng)用2. 確定金屬流動的方向。（ 1）利用最小阻力定律分析小輥徑軋制的特點(diǎn)。如圖2-3圖 3-3軋輥直徑對寬展的影響在壓下量相同的條件下，對于不同輥徑的軋制，其變形區(qū)接觸弧長度是不相同的，小輥徑的接觸弧較大輥徑小，因此，在延伸方向上產(chǎn)生的摩擦阻力較小，根據(jù)最小阻力定律可知，金屬質(zhì)點(diǎn)向延伸方向流動的多，向?qū)挾确?/p>

9、向流動的少，故用小輥徑軋出的軋件長度較長，而寬度較小。(2) 為什么在軋制生產(chǎn)中，延伸總是大于寬展？首先，在軋制時(shí)，變形區(qū)長度一般總是小于軋件的寬度，根據(jù)最小阻力定律得，金屬質(zhì)點(diǎn)沿縱向流動的比沿橫向流動的多，使延伸量大于寬展量；其次，由于軋輥為圓柱體，沿軋制方向是圓弧的，而橫向?yàn)橹本€型的平面，必然產(chǎn)生.有利于延伸變形的水平分力，它使縱向摩擦阻力減少，即增大延伸，所以，即使變形區(qū)長度與軋件寬度相等時(shí)，延伸與寬展的量也并不相等，延伸總是大于寬展第五節(jié)金屬塑性變形的表示方法軋制過程中金屬產(chǎn)生塑性變形，其結(jié)果使軋件厚度減小稱為壓縮；寬度增加稱為寬展；長度增加稱為延伸。為表示以上三種變形的程度，另 H、

10、B、L 和 h、b、l 分別為軋制前后軋件的厚度、寬度和長度。一 、絕對變形量絕對壓下量，簡稱壓下量hHh絕對寬展量，簡稱寬展bbB絕對延伸量llL上述絕對變形量這種表示方法不能正確地反映出物體的變形程度二、相對變形量相對變形量是以三個(gè)方向的絕對變形量與其各自的相應(yīng)線尺寸的比值表示的變形量。即：1h100 %相對壓下量H2b100%相對寬展量Bl3100%相對延伸量L上述相對變形量以相對壓下量使用較為廣泛。三、變形系數(shù)變形系數(shù)是另一種表示相對變形的方法，是以軋制前后（或軋制后與軋制前）相應(yīng)的線尺寸的比值表示，即：H壓下系數(shù)h.寬展系數(shù)延伸系數(shù)bBlL上述變形系數(shù)反映了金屬變形前后尺寸變化的倍數(shù)

11、關(guān)系，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛，特別是延伸系數(shù)。依據(jù)體積不變定律，延伸系數(shù)又可以用以下式表示：lHBF0LhbFn式中 FF分別表示軋制前后軋件的斷面積。軋件總的變形程度常用壓縮比來表示，壓縮比就使軋前軋后軋件斷面積之比。用較大的壓縮比軋制，才能充分破碎鋼件的鑄造組織，使鋼材組織致密，改善其性能。第六節(jié) 軋制過程的三階段軋制過程可分為三個(gè)階段：咬入階段、穩(wěn)定軋制階段和甩出階段。一咬入階段咬入階段是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）稱為咬入階段。如圖（ 7-3 ）所示。在此階段的某一瞬間有如下特點(diǎn)：（ 1）軋件的前端在變形區(qū)有三個(gè)自由端（面） ，僅后面有不參與變

12、形的外端（或稱剛端）。圖軋制時(shí)的咬入階段（ 2）變形區(qū)的長度由零連續(xù)地增加到最大值，即增加到l hR（ 3）變形區(qū)的合力作用點(diǎn)、力矩皆不斷的變化。（ 4）軋件對軋輥的壓力 P 由零值逐漸增加到該軋制條件下的最大值。.（ 5）變形區(qū)各斷面的應(yīng)力狀態(tài)不斷變化。二 穩(wěn)定軋制階段從軋件前端離開軋輥軸心連線開始， 到軋件后端進(jìn)入變形區(qū)入口斷面止，這一階段稱為穩(wěn)定軋制階段。變形區(qū)的大小、軋件與軋輥的接觸面積，金屬對軋輥的壓力，變形區(qū)各處的應(yīng)力狀態(tài)等都是均恒的，這就是此階段的特點(diǎn)。三 甩出階段從軋件后端進(jìn)入入口斷面時(shí)起到軋件完全通過輥縫（軋輥軸心連線），稱為甩出階段。這一階段的特點(diǎn)類似于第一階段，即（ 1）

13、軋件的后端在變形區(qū)有三個(gè)自由端（面），僅前面有剛端存在。（ 2）變形區(qū)的長度由最大變到最小零。（ 3）變形區(qū)的合力作用點(diǎn)、力矩皆不斷地變化。（ 4）軋件對軋輥的壓力由最大變到零。（ 5）變形區(qū)斷面的應(yīng)力狀態(tài)不斷地變化。第七節(jié)建立連軋的基本原則連續(xù)軋制簡稱連軋，它是一根軋件同時(shí)在幾架順序排列的軋機(jī)中進(jìn)行軋制。建立連軋必須遵守軋件在各架軋機(jī)中金屬秒流量相等的原則。連軋的變形條件保證連軋過程秒流量相等原則，表示金屬秒流量相等的公式為：b1h1v1b2 h2 v2bn hn vn式中b1、b2bn第 1、第 2 至第 n 架軋機(jī)軋后軋件的寬度。h1、h2hn第 1、第 2 至第 n 架軋機(jī)軋后軋件的厚度。v1、 v2vn第 1、第 2 至第 n 架軋機(jī)軋后軋件出口速度。令 D1、 D2D n ; N1 、