軋鋼原理第1章課件

軋鋼原理第一章應力和變形一、外力第一節(jié)力和應力金屬塑性加工是金屬與合金在外力作用下產生塑性變形的過程。變形過程中外力主要有作用力和約束反力。1、作用力：通常把塑性加工設備的可動工具部分對工件所作用的力稱為作用力或主動力。塑性加工時的作用力可以實測或用理論計算出來。2、約束反力：工件在主動力作用下，其運動將受到工具所阻礙而產生變形。工件在主動力的作用下，其整體運動和質點流動受到工具的約束時就產生約束反力。這樣，在工件和工具的接觸表面上的約束反力有正壓力和摩接力。正壓力——沿工具和工件接觸面法線方向阻礙工件整體移動或金屬流動的力，它的方向和接觸面垂直，指向工件。如圖中的N摩擦力——沿工具和工件接觸面切線方向阻礙金屬流動的力，它的方向和接觸面平行，并與金屬質點流動方向和流動趨勢相反。如圖中的T二、內力和應力當在外力作用下物體的運動受到阻礙時，或由于物理或化學等作用而引起物體內原子之間距離發(fā)生改變，在物體內部就會產生內力。內力可由以下兩種原因引起：（1）為平衡外力的機械作用將發(fā)生內力；（2）在各種物理及物理化學作用下，物體各部分變形大小不同。由于物體是一個整體，各部分的不均勻變形會互相限制，因此物體內部就會產生自相平衡的內力。內力舉例內力舉例

內力產生的實質就是由于原子被迫偏離其平衡位置，原子間距改變的結果。所謂應力就是內力的強度，內力的大小都是以應力來衡量的。應力——單位面積上的內力。應力應該理解為一極小面積(△F)上的總內力△P與其面積的比值。數學表達式為：二、塑性變形

當所施加的外力或功能夠克服原子間的作用力時，原子就會離原有的平衡位置而轉移到另外一個平衡位置，此時即使外力撤除，原子也不能恢復到原來的平衡位置，這就是塑性變形。從宏觀來看，使金屬產生變形的外力去除后金屬變形后的尺寸和形狀能夠保留下來，金屬無法恢復到原來的形狀或尺寸的變形稱之為塑性變形。第三節(jié)應力狀態(tài)及其圖示金屬壓力加工過程中，金屬內部產生復的應力狀態(tài)。研究變形體內的應力狀態(tài)時，可在變形體內取出一無限小的正六面體（可看成一點），這樣就可以認為該六面體各個面上的應力分布是均勻的。在主坐標系的條件下，作用在各個面上的應力只有正應力，切應力為零。這種只有正應力而切應力為零的平面稱之為主平面。主平面上的正應力稱為主應力。一、應力狀態(tài)二、應力狀態(tài)圖示應力狀態(tài)圖示就是在變形體內某點處用截面法截取立方體素，在其三個互相垂直的面上用箭頭定性的表示有無主應力存在。從軸向來看，主應力只有拉應力和壓應力兩種。為了簡化工程計算和定性說明變形體受應力后引起的某些后果，常常把塑性加工過程變形的主要方向，即長、寬、高方向近似認為和主軸方向一致；和長、寬、高垂直的截面看成是主平面，作用于其上的正應力認為是主應力。塑性加工中變形體內的應力圖示取決于工件和工具的形狀、接觸摩擦和因各種不均勻變形而在工件內引起的自相平衡的附加應力以及在變形前工件內存在的殘余應力等。這些因素不只是單獨起作用，往往是幾種共同起作用。所以在變形體內往往不是單一的一種應力狀態(tài)圖示。應力圖示隨變形的進行也常常發(fā)生轉變。力學中，規(guī)定正應力的符號是拉應力為正，壓應力為負。主應力按其代數值的大小排序，即σ1>σ2>σ3。規(guī)定σ1為最大主應力，σ3是最小主應力，σ2是中間主應力。應力狀態(tài)舉例（1）拉伸一個金屬棒，在均勻拉伸變形階段是單向拉應力圖示，可是在拉伸到出細頸后，由于力的傳遞線（圖中虛線）在細頸處彎曲，而在細頸部分就變成三向拉應力。如前所說，平輥軋制時是一種三向壓應力的狀態(tài)。σ1主要由阻礙金屬縱向流動的摩擦力引起；σ2主要由阻礙金屬橫向流動的摩擦力引起；σ3由軋制力引起。σ3σ1σ2應力狀態(tài)舉例（2）第四節(jié)變形圖示和變形力學圖示為了定性地說明變形區(qū)某一小部分或整個變形區(qū)的變形情況，常常采用主變形狀態(tài)圖示（簡稱變形圖示）。所謂變形圖示就是在小立方體素的面上用箭頭表示三個主變形是否存在（伸長時，箭頭外指；縮短時，箭頭向里指），但不表示變形大小的圖示。由于受塑性變形時工件體積不變條件的限制，因此可能的變形圖示僅有三種：1、變形圖示B1B2B31）B1變形圖示表示一向縮短兩向伸長，稱第一類變形圖示。如軋制(有寬展的情況)和自由鍛壓等。2）B2變形圖示表示一向伸長一向縮短，稱第二類變形圖示，或平面變形圖示(此時橫向阻力很大，寬向變形可以忽略)。3）B3變形圖示表示兩向縮短一向伸長，稱第三類變形圖示。如擠壓和拉拔。2、變形力學圖示為了全面了解壓力加工過程，必須將變形過程中的主應力圖和主應變圖結合分析。如軋制過程中變形區(qū)內任一點的應力狀態(tài)圖為T1(－－－)，變形圖示為B1(－＋＋)。不同的變形力學圖示影響著變形金屬的塑性和產品的質量、性能。從實際的數學角度來看，變形力學的組合可能有9×3＝27種，但實際可能的變形力學圖示只有23種（因X1只能與B1組合；X2只能與B3組合）。從變形體內截取的體素各面上分別作用有σ1＝50，σ2＝-50，σ3＝-210MPa的主應力。此時MPaMPaMPaMPa可以看出，和這兩個應力分量對應的變