塑性加工原理

1、塑性加工原理第一张，PPT共四十六页，创作于2022年6月4.1轧制压力的概念轧制压力：是指测压仪在压下螺丝下实测的总压力。即轧件给轧辊的总压力的垂直分量。作用：使轧件产生塑性变形第二张，PPT共四十六页，创作于2022年6月4.1.1轧制压力P与单位压力p 的关系 在确定轧件对轧辊的总压力时，首先应考虑接触区内轧件与轧辊间力的作用情况。 在变形区任取一微分弧ds，其上作用着轧辊给轧件的单位压力p和单位摩擦力t则：x第三张，PPT共四十六页，创作于2022年6月4.1.2研究单位压力p的意义1）通过研究p在接触弧上的分布规律，从而得出P的分布规律。2）是工艺设计计算的基础第四张，PPT共四十六

2、页，创作于2022年6月4.1.3确定p的方法1）理论法：建立在理论分析的基础上（确定变形区内p的分布形式和大小），用计算公式（工程法或平截面法）确定p；本章主要介绍。第五张，PPT共四十六页，创作于2022年6月2）实测法：借助于压力传感器，把压力信号转换成电信号，通过放大或直接送往测量仪器把它记录下来，用实测的轧制总压力除以接触面积，求出平均单位压力p；第六张，PPT共四十六页，创作于2022年6月3）经验公式和图表法：根据大量的实测统计资料，进行一定的数学处理，建立经验公式或图表。第七张，PPT共四十六页，创作于2022年6月4.2卡尔曼（T.Karman）单位压力微分方程及A.采利柯夫

3、解第八张，PPT共四十六页，创作于2022年6月4.2.1 T.Karman单位压力微分方程的导出1.假设条件1）轧件材质均匀，变形均匀且B = 0；2 ）单位摩擦力t 沿接触弧均匀分布且 f = C；3）忽略轧辊的弹性压扁和轧件的弹性变形；4）主应力方向与轧件的长、宽、高方向一致，且123；其中2 =（1+3）/ 2，故塑性方程为1-3 = K（K：平面变形抗力）。第九张，PPT共四十六页，创作于2022年6月2.单位压力微分方程的导出如图在后滑区取一微分体abcd，其厚度为dx；高度由（2y+dy） 变化到2y；宽度为B，弧长近似为弦长，弧ab弦ab=dx/cos为研究此微分体的力平衡条件

4、，将力全部投影X轴上，则：X第十张，PPT共四十六页，创作于2022年6月第十一张，PPT共四十六页，创作于2022年6月第十二张，PPT共四十六页，创作于2022年6月第十三张，PPT共四十六页，创作于2022年6月4.2.2 求解（t、dy与dx、边界上的单位压力的情况）1）无张力（x=0 )时： pH = KH ; ph= Kh2）有张力(x=- qH 或 -qh)时： pH = KH - qH; ph = Kh - qh（1）假设条件边界条件：用于说明边界上（x=0、x=l）的约束情况的条件。由 p -x = K 知第十四张，PPT共四十六页，创作于2022年6月接触弧方程假设1）把圆

5、弧面看成平面；以平面方程代圆弧方程。(stone,y=a)2）把圆弧看成直线；以弦代弧。(采利柯夫,y=ax+b)3）把圆弧看成抛物线；以抛物线代弧。(Sims,y=ax2+bx+c)4）仍是圆弧，改用极坐标。(BlandFord)第十五张，PPT共四十六页，创作于2022年6月轧件与轧辊 间的摩擦假设1)干摩擦理论：假设在整个变形区接触面上，轧件对轧辊全滑动且服从于库仑摩擦定律， 即 t = f p，f = C。2)定摩擦理论：假设在整个变形区接触面上，摩擦力是常数，即t = s= C。第十六张，PPT共四十六页，创作于2022年6月3)液体摩擦理论：假设在整个变形区接触面上，形成液体摩擦，

6、轧件对轧辊完全滑动，且符合牛顿液体摩擦定律，t = dvx/ dy。4)非恒定摩擦理论：变形区内摩擦系数并非恒定不变，而是单位压力的函数， 即 f = v（p）。第十七张，PPT共四十六页，创作于2022年6月5)混合分区摩擦理论：在变形区接触面上，存在着不同的摩擦状态区域，则每个区域采取不同的摩擦规律。第十八张，PPT共四十六页，创作于2022年6月（2）采利柯夫解1.假设条件 ：1）摩擦规律：t = f p 且f = C2）边界条件：K=C，考虑了张力q3）接触弧方程：以弦代弧，y = a x + b4）塑性方程：1 -3=K，即 p-x=K第十九张，PPT共四十六页，创作于2022年6月

7、 2.公式:第二十张，PPT共四十六页，创作于2022年6月4.3. 影响单位压力的主要因素1.变形抗力s 的影响s ，p。凡是影响变形抗力s 的因素都影响单位压力p.第二十一张，PPT共四十六页，创作于2022年6月1）影响变形抗力的主要因素（1）化学成分和显微组织的影响在较低的温度下随着钢中含碳量的增加，钢的变形抗力升高。温度升高时其影响减弱。一般，钢中的合金元素使金属的变形抗力增加；晶粒越细小，变形抗力越大；夹杂物会使变形抗力升高，钢中有第二相时，变形抗力也会相应升高。第二十二张，PPT共四十六页，创作于2022年6月随温度的升高，由于降低了金属原子间的结合力，金属的变形抗力降低（2）变

8、形温度的影响 第二十三张，PPT共四十六页，创作于2022年6月（3）变形速度的影响随热轧时变形速度增加，变形抗力升高。原因: 热轧时，变形速度的升高，回复和再结晶进行的不完全。而冷轧时，由于没有再结晶，不存在回复及软化现象，变形速度对变形抗力的影响小。第二十四张，PPT共四十六页，创作于2022年6月 变形速度对碳钢变形抗力的影响压下率：-50；-10；-2第二十五张，PPT共四十六页，创作于2022年6月（4）变形程度的影响冷轧时，随变形程度增大， 加工硬化程度加强，变形抗力增加。热轧时，随变形程度的升高，变形抗力变化程度较小。一般随变形程度增加，变形抗力稍有增加。第二十六张，PPT共四十

9、六页，创作于2022年6月2.压下率的影响 ，p。 途径1） h ，l ，金属流动阻力，变形附加抗力， p。2） H，外摩擦影响加强，变形附加抗力， p。第二十七张，PPT共四十六页，创作于2022年6月3. 轧件厚度H（h）的影响H（h），变形渗透，p。 第二十八张，PPT共四十六页，创作于2022年6月4.辊径D的影响D，p 。D，l ，金属流动阻力，变形附加抗力， p。第二十九张，PPT共四十六页，创作于2022年6月5.摩擦的影响f，p。f，金属流动阻力，变形附加抗力， p。凡是影响f的一切因素，都影响着p。第三十张，PPT共四十六页，创作于2022年6月6.张力q的影响张力q ，p

10、。q，金属流动阻力， p 。第三十一张，PPT共四十六页，创作于2022年6月 Karman的采利科夫解反映了工艺因素、摩擦力（系数）、辊径D、轧件厚度、张力及变形抗力对单位压力p的影响。公式没考虑加工硬化，变形区内粘着的现象。以直线代替圆弧只有对冷轧薄板时比较接近，此时弧弦差别较小，同时冷轧薄板时粘着现象不太明显。适用于冷轧薄板。第三十二张，PPT共四十六页，创作于2022年6月4.4 Orowan单位压力微分方程及D.R.Bland和Sims压力公式4.4.1 Orowan单位压力微分方程1.假设条件：1）B=0 即平面变形；2）接触弧上各点 fC ；当单位摩擦力 t s 时，产生滑移；当

11、 t=s （剪切应力） 时，产生粘着。热轧时存在粘着。第三十三张，PPT共四十六页，创作于2022年6月3）沿轧件高度方向变形不均匀， 用s 代替单位摩擦力 t4）高向的水平应力分布不均，用水平应力x 的合力Q代替x 。第三十四张，PPT共四十六页，创作于2022年6月整理后得微分方程：根据假设，由X轴方向力平衡得 orowan 单位压力微分方程在变形区取单位圆弧微分体，受力分析如右图，第三十五张，PPT共四十六页，创作于2022年6月4.4.2 Orowan微分方程与Karman 微分方程的异同相同点：都采用平面变形假设，B=0不同点：1） 假设条件： 对于摩擦的认识不同。Karman：干摩

12、擦理论，t = f p 且f = COrowan：接触弧上各点fC，当单位摩擦力t s （剪切应力）时，产生滑移;当 t=s 时，产生粘着。第三十六张，PPT共四十六页，创作于2022年6月2）力学图示： Karman Orowan取平截面为微分单元体，建立直角坐标，x、p为主应力取圆弧面为微分单元体，建立极坐标，、r为非主应力第三十七张，PPT共四十六页，创作于2022年6月3）塑性方程：Karman：1 -3=K，即p-x=KOrowan：（ - r）2 +42 r=K24）微分方程Karman：Orowan：第三十八张，PPT共四十六页，创作于2022年6月 4.4.3 Bland-Fo

13、rd 轧制单位压力公式1.假设条件：1）变形条件： B=0 即平面变形2）摩擦规律： t = f p 且 f = C3）边界条件： KC，张力 q 04）接触弧方程：圆柱方程5）塑性方程：1 -3= K ，即p-x= K 。第三十九张，PPT共四十六页，创作于2022年6月2.公式第四十张，PPT共四十六页，创作于2022年6月4.4.4 R.B.Sims 单位压力公式1.假设条件：1）变形条件： B=0即平面变形，但、r非主应力;2）摩擦规律： t =s ，发生粘着;3）边界条件： K=C，张力q =0 ;4）接触弧方程：抛物线方程;5）塑性方程：（ - r）2 +42 r= K2第四十一张，PPT共四十六页，创作于2022年6月2.公式第四十二张，PPT共四十六页，创作于2022年6月4. 5 M.D.Stone单位压力微分方程及其单位压力公式 1.假设条件：1）变形条件： B=0 即平面变形, p、x为主应力2）摩擦规律： t = f p 且f = C