轧钢工

绪论一、金属塑性加工的概念金属塑性加工是利用金属能够产生永久变形的能力，使其在外力作用下进行塑性成型的一种金属加工技术，也常叫金属压力加工。二、金属塑性加工的优点（1）因无废屑，可以节约大量的金属，成材率较高；（2）可改善金属的内部组织和与之相关联的性能；（3）生产率高，适于大量生产。三、金属塑性加工的分类基本加工变形方式：锻造、轧制、挤压、拉拔、冲压组合加工变形方式：锻-轧、轧-挤等热加工冷加工温加工1.按加工时工件的受力和变形方式(1)靠压力使金属产生变形的方式锻造轧制挤压1）锻造锻造是用锻锤捶击或用压力机的压头压缩工件,使其改变成所需要形状和尺寸的一种加工方法。它分为自由锤锻和模锻两种。图1自由锻造（a）模型锻造（b）1—锤头；2—毡座；3—锻件；4—上模；5—下模2）轧制坯料通过转动的轧辊受到压缩，使其断面减小、形状改变、长度增加，而且也使金属获得一定组织和性能的加工方法。基本方式分为三种：纵轧、斜轧和横轧。纵轧特点：工作轧辊旋转方向相反，轧件的纵轴线与轧辊轴线垂直。它是轧制生产中应用得最广泛的一种轧制方法，如各种型材和板带材的生产。图2纵轧示意图斜轧特点：工作轧辊的旋转方向相同，轧件的纵轴线与轧辊轴线成一定的倾斜角。用来生产管材和变断面型材。图3斜轧示意图1—轧辊；2—轧件；3—毛管；4—顶头；5—顶杆横轧特点：工作轧辊旋转方向相同，轧件的纵轴线与轧辊轴线平行。用来生产齿轮及车轮等产品。3）挤压挤压是将金属放在封闭的圆筒内，一端施加压力，使金属从模孔中挤出而得到不同断面形状的成品的加工方法。挤压分正挤压和反挤压。（2）靠拉力使金属产生变形拉拔冲压拉伸成型1）拉拔包括拔管及拉丝过程。冲压是靠压力机的冲头把厚度较小的板带顶入凹模中，冲压成需要的形状。用这种方法可以生产有底薄壁的空心制品。2）冲压图7冲压示意图1—冲头；2—模子；3—压圈；4—产品3）拉伸成型用拉伸法成型（4）靠弯矩和剪力作用使金属产生变形的方式弯曲剪切热加工：在进行充分再结晶的温度以上所完成的加工。目的是为了改善钢材的组织和性能。冷加工：在不产生恢复和再结晶温度以下进行的加工。目的是得到表面光洁、尺寸精确、组织性能良好的产品温加工：介于冷热加工之间的温度进行的加工。2.按加工时工件的温度特征应力图示和变形图示塑性变形的基本定律塑性加工中的外摩擦金属的塑性与变形抗力不均匀变形轧制过程的基本问题实现轧制过程的条件轧制时的宽展与前滑轧制压力与轧制力矩172653894一、应力状态及应力图示1、塑性加工的力1）外力：作用力------塑性加工设备可动工具部分对工件所作用的力。约束反力•阻碍金属质点运动的力。•有正压力和摩擦力两种：T=fN2）内力和应力内力------由于外力的机械作用或是由于物理或物理-化学作用所产生的一种物体内部各部分之间的相互作用力。图1-4加热不均引起的内力应力------单位面积上所作用的内力。AFpNMPa=N/mm2作用在微小面积上的力p=limΔP/ΔFΔF0σ=limaΔT/ΔFΔF0τ=limΔN/ΔFΔF0全应力正应力切应力说明：1、仅当截面上应力均匀分布时，作用在截面上的总内力与该截面面积之比才是实际应力；2、当截面上的应力不均匀分布时，此比值乃是平均应力，这时截面上的实际应力需用上式来计算。2、应力状态及应力图示1）一点的应力状态所谓物体处于应力状态，就是物体内的原子被迫偏离其平衡位置的状态。2）研究金属的应力状态的意义金属内部的应力状态，决定了金属内部各质点所处的状态是弹性状态、塑性状态还是断裂状态。而一切压力加工的目的均是在外力的作用下，使金属产生塑性变形，获得所需要的各种形状和尺寸的产品。因此，了解各种压力加工中金属内部的应力状态特点，对于确定物体开始产生塑性变形所需的外力，以及采用什么样的工具与加工制度，使力能的消耗最小等方面都具有重要的实际意义。3）主应力的相关概念•主平面：只有正应力而无切应力的平面。•主轴：与主平面法线方向平行的坐标轴。•主应力：主平面作用的正应力。规定:三个主应力大小，按代数值进行排列，即：σ1＞σ2＞σ34）主应力图示•用各主轴方向上主应力的存在及方向情况来表达变形体内某点应力状态的定性图。•主应力图示共有九种可能的形式线应力状态两种面应力状态三种体应力状态四种填空题：155.应力状态可分为线应力状态、平面应力状态和。可能的应力状态图示a—线应力状态；b—面应力状态；c—体应力状态二、主变形图示1、变形•弹性变形：物体受外力作用而产生变形，当外力去除后，物体能够恢复的变形称为塑性变形。•塑性变形：物体受外力作用而产生变形，当外力去除后，物体不能够恢复其原始形状和尺寸，遗留下了不可恢复的永久变形，这种变形称为塑性变形。图1-2原子间的作用力和图1-3理想晶体中的能同原子间距(r)的关系原子排列及其势能曲线（3）r＜ro时原子间作用的内力表现为斥力若压缩原子使r＜ro，所加之力或能必须克服原子间的斥力或排斥能。由上述可得到：（1）r=ro时原子的斥力和引力相等内力为零，原子势能最低，原子处于最稳定位置（2）r＞ro时原子间作用的内力表现为引力若拉开原子使r＞ro，所加之力或能必须克服原子间的引力或吸引能。（4）弹性变形所加之力或能不足以克服势垒，仅使原子被迫离开平衡位置，而处于不稳定状态。此时，去掉所加的力后，原子回到原来的平衡位置，变形也就消失。特点：原子间距改变、原子间势能升高、物体的体积发生变化（变化不大）（5）塑性变形所加之力或能足以克服势垒，而使大量的原子多次地、定向地从一个平衡位置转移到另—个平衡位置。这样在宏观上就产生了不能复原的永久变形特点：形状和尺寸改变，但体积不变反映变形区主变形情况的定性图称为主变形图示。2、主变形图示的概念规定：拉伸时箭头向外指；压缩时箭头向里指。3、主变形图示的种类（2）一向伸长一向缩短。又称平面变形图示。如宽度较大的板带轧制（1）一向缩短两向伸长。例如有宽展情况的轧制和自由锻压。（3）两向缩短一向伸长。如挤压和拉拔。三种可能的变形图示（a）变形方式；（b）变形图示•变形力学图示是应力状态图示和变形图示的组合。•实际变形力学图只有23种组合方式。三、变形力学图示四、应力图示与变形图示之间的关系应力图示与变形图示的符号往往不一致。从各主应力中把扣除，余下的应力分量与塑性变形相对应。m即：变形图示符号与符号相对应。123,,mmm与主变形相对应的应力图示23/21mmkg试确定与这三个主应力相对应的变形图示。21/5mmkg22/5mmkg例1：从变形体内任一点截取的单元体的各面上分别作用，，的主应力。解：=3321m）（）（2155312/7mmkg=2/1275mmkg）（m1=2/275mmkg）（m2=2/14721mmkg）（m3=因此，与这三个应力相对应的变形图示：ε1和ε2是伸长，而ε3是缩短。例2：轧制板带时ε2=0，试确定其三个主应力之间的关系。解：2020m123203得到：）（31221即：结论：在平面变形情况下，主变形为零的方向，主应力不为零。二、选择题43.为了全面了解压力加工过程的特点，应该把变形过程中的()结合起来分析。A．变形方式和变形图示B．主应力图和主变形图C．主变形与变形图示答案：B一、判断题69.在力学中，常规定正应力的符号是：拉应力为正、压应力为负。主应力按其代数值的大小排列其顺序，即б1＞б2＞б3，规定б1是最大主应力，б3是最小主应力。()答案：√82.不论哪种轧制方式，轧制时变形区均处于三向压应力状态下。()答案：×152.单位面积上所受的内力称为应力。()答案：√45.平面应力状态共有()种可能图示。A．2B．3C．4答案：B46.轧制宽而薄的板带钢时，用()变形图示表示。A．(－0＋)B．(－＋＋)C．(――＋)答案：A61.当一种金属进行塑性变形时，受到外力为1000N，受力的面积为200mm2，此时金属产生内力，其应力应为()。A．5PaB．50PaC．5MPa答案：C三、填空题57.单位面积的内力被称之为应力，内力不管是怎样产生的，都只有三种形式的应力，它们是_______、_______、_______。答案：拉应力压应力剪应力72.单位的面积上的__________叫应力。答案：内力73.单位面积上内力大小称为__________。答案：应力54.金属的变形方式有__________和__________。答案：弹性变形塑性变形90.物体在外力作用下发生变形，当外力消失后不能恢复到原始形状的变形称为__________。答案：塑性变形93.应力状态可分为线应力状态、平面应力状态和__________。答案：体应力状态114.金属在压力加工中，__________应力状态，塑性是最好的。答案：三向压115.主应力状态图示共有__________个。答案：九四、解释题19.塑性变形：物体受外力作用而产生变形，当外力去除后，物体不能够恢复其原始形状和尺寸，遗留下了不可恢复的永久变形，这种变形称为塑性变形。七、综合题6.写出三种可能的变形图示。答案：如图所示：18.写出可能的各种应力状态图。答案：如图所示：一、体积不变定律1、内容：HBLV1hblV2根据体积不变条件，则:hblHBL产品坯料VV在压力加工过程中，只要金属的密度不发生变化，变形前后金属的体积就不会产生变化。设矩形坯料的高、宽、长分别为H、B、L，轧后轧件的高、宽、长分别为h、b、l矩形断面工件加工前后的尺寸（1）确定轧制后轧件的尺寸。2、应用：例题2：某轨梁轧机上轧制50Kg/m重轨，其理论横截面积为6580mm2，孔型设计时选定的钢坯断面尺寸为325×280mm2，要求一根钢坯轧成三根定尺为25m长的重轨，计算合理的钢坯长度应为多少？(加热烧损2%，轧后切头尾共长1.9m)由此可得L=5673mm故选择钢坯长度为5.67m325×280×L（1－2％）=76900×6580由体积不变定律可得由题意可得轧后轧件长度应为：（3×25+1.9）×103=76900mm解：（2）选择合理的坯料尺寸。（3）是连轧关系的基础。在连轧生产中，为了保证每架轧机之间不产生堆钢和拉钢，则必须使单位时间内金属从每架轧机间流过的体积保持相等，即nnvFvFvF2211为各架轧机上轧件的出口速度。nFFF21、为每架轧机上轧件出口的断面积，12nvvv、二、最小阻力定律1、内容：物体在变形过程中，其质点有向各个方向移动的可能时，则物体内的各质点将沿着阻力最小的方向移动。叙述1:叙述2：金属塑性变形时，若接触摩擦较大，其质点近似沿最法线方向流动，也叫最短法线定律。叙述3：金属塑性变形时，各部分质点均向耗功最小的方向流动，也叫最小功原理。2、应用：确定金属流动的方向（1）利用最小阻力定律分析小辊径轧制的特点。在压下量相同的条件下，对于不同辊径的轧制，其变形区接触弧长度是不相同的，小辊径的接触弧较大辊径小，因此，在延伸方向上产生的摩擦阻力较小，根据最小阻力定律可知，金属质点向延伸方向流动的多，向宽度方向流动的少，故用小辊径轧出的轧件长度较长，而宽度较小。轧辊直径对宽展的影响（2）为什么在轧制生产中，延伸总是大于宽展？其次，由于轧辊为圆柱体，沿轧制方向是圆弧的，而横向为直线型的平面，必然产生有利于延伸变形的水平分力，它使纵向摩擦阻力减少，即增大延伸，所以，即使变形区长度与轧件宽度相等时，延伸与宽展的量也并不相等，延伸总是大于宽展。首先，在轧制时，变形区长度一般总是小于轧件的宽度，根据最小阻力定律得，金属质点沿纵向流动的比沿横向流动的多，使延伸量大于宽展量；例：矩形六面体的镦粗塑压矩形断面柱体变化规律判断金属变形后的横断面形状三、弹—塑性变形共存定律1、内容：物体在产生塑性变形之前必须先产生弹性变形，在塑性变形阶段也伴随着弹性变形的产