3塑性变形的基本定律

塑性变形的根本定律体积不变定律及应用一、体积不变定律内容V 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。V o iV V o i实际上，金属在塑性变形过程中，其体积总有一些变化，这是由于：在轧制过程中，金属内部的缩孔、气泡和疏松被焊合，密度提高，因而转变了金属体积。这就是说除内部有大量存在气泡的沸腾钢锭〔或有缩孔及疏松的冷静钢锭、连铸坯〕加工时，金属的体积是不变的。在热轧过程中金属因温度变化而发生相变以及冷轧过程中金属组织构造被破坏，也会引起0.10.2%。不过这些在体积上引起的变化是微缺乏道的，况且经过再结晶退火后其比重照旧恢复到原有的数值。二、体积不变定律的应用1、确定轧制后轧件的尺寸设矩形坯料的高、宽、长分别为H、B、L,轧制以后的轧件的高、宽、长分别为h、b、I〔如图3-1所示〕，依据体积不变条件，则3-1矩形断面工件加工前后的尺寸y=HBLV=hbl2即 HBL=hbl在生产中，一般坯料的尺寸均是的，假设轧制以后轧件的高度和宽度也时，则轧件轧制后的长度是可求的，即HBLlhb150X5角钢，原料为连铸方坯，其尺寸为120X120X3000mm50X5角钢每米理论重3.77kg7.85t/m3I为多少？解：坯料体积50X5角钢每米体积为由体积不变定律可得

V0=12OX120X3000=4.32X107mm33.77/(7.85X103-109)=480X103mm37 34.32X107=480X103XI轧后长度 I90m22: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325X280mm2,要求一根钢坯轧成三根定尺25m长的重轨，计算合理的钢坯长度应为多少？依据生产实践阅历，选择加热时的烧损率为2%,轧制后切头、切尾及重轨加工余量共长1.9m，依据标准选定由于钢坯断面的圆角损失的体积为 2%。由此可得轧后轧件长度应为3l=(3X25+1.9)X103=76900mm由体积不变定律可得325X280L(1—2%)(1—2%)=76900X6580由此可得钢坯长度应选择钢坯长度为5.7m

7690065802 3252800.98

二5673mm3、在连轧生产中，为了保证每架轧机之间不产生堆钢和拉钢，则必需使单位时间内金属从每架轧机间流过的体积保持相等，即FFV=FV二, ,2 2=FVn n式中F、F,2F为每架轧机上轧件出口的断面积，nv、v,2V为各架轧机上轧件的出口速度，它比轧辊的线速度稍大，但可看作近似相n等。假设轧制时FF……Fn3.2最小阻力定律及其应用一、最小阻力定律内容表达1：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。表达2：金属塑性变形时，假设接触摩擦较大，其质点近似沿最法线方向流淌，也叫最短法线定律。表达3：金属塑性变形时，各局部质点均向耗功最小的方向流淌，也叫最小功原理。二、最小阻力定律的应用1、推断金属变形后的横断面外形。1：矩形六面体的镦粗3-2塑压矩形断面柱体变化规律3-2为塑压矩形断面的变化状况。由图可清楚地看出：随着压缩量的增加，矩形断面的变化渐渐变成多面体、椭圆和圆形断面。对于这个现象的分析：用角平分线的方法把矩形断面划分为四个流淌区域一一两个梯形和两个三角形。为什么用角平分线划分呢？由于角平分线上的质点到两个周边的最短法线长度是相等的。线上的金属质点向两个周边流淌的趋势也是相等的。

因此，在该由图可见，每个区域内的金属质点，将向着垂直矩形各边的方向移动，由于向长边方向移动的金属结论：任何断面外形的柱体，当塑压量很大时，最终都将变成圆形断面。2.2:轧制生产中的状况(12-33-3轧辊直径对宽展的影响在压下量一样的条件下，对于不同辊径的轧制，其变形区接触弧长度是不一样的，小辊径的接触弧较大辊径小，因此，在延长方向上产生的摩擦阻力较小，依据最小阻力定律可知，金属质点向延长方向流淌的多，向宽度方向流淌的少，故用小辊径轧出的轧件长度较长，而宽度较小。(2)为什么在轧制生产中金即增大延长，所以，即使变形区长度与轧件宽度相等时，延长与宽展的量也并不相等，延长总是大于宽3.3弹塑性共存定律弹塑性共存定律内容物体在产生塑性变形之前必需先产生弹性变形，在塑性变形阶段也伴随着弹性变形的产生，总变形量为弹性变形和塑性变形之和。为了说明在塑性变形过程中，有弹性变形存在，我们通过拉伸试验为例来说明这个问题。图2-4为拉伸试验的变化曲线(OABCOA段，随着应力的增加，即应力超过屈服极限时，则发生塑性变形，在曲线上表现为ABC段，在曲线的C点，说明塑性变形的终结，即发生断裂3-4拉伸时应力与变形的关系从图中可以看出，变形的范围内〔0A〕，应力与变形的关系成正比，可用虎克定律近似表示。在塑性变形的范围内〔ABC〕，随着拉应力的增加〔大于屈服极限〕，当加载到B点时，则变形在图中为0EB点后，马上停止并开头卸载，则保存下来的变形为OF〔6〕,0E段，它充分说明卸载后，其弹性变形局部EF〔；〕随载荷的消逝而消逝，这种消逝使变形物体的几何尺寸多少得到了一些恢复，由于这种恢复，往往在生产实践中不能很好把握产品尺寸。弹性变形与塑性变形的关系，要使物体产生塑性变形，必需先有弹性变形或者说在弹性变形的根底上，才能开头产生塑性变形，只有塑性变形而无弹性变形〔或痕迹〕的现象在金属塑性变形加工中，是不行能见到的。因此，我们把金属塑性变形在加工中确定会有弹性变形存在的状况，称之为弹塑共存定律。二、弹塑性共存定律在压力加工中的实际意义弹塑性共存定律在轧钢中具有很重要的实际意义，可用以指导我们生产的实践。1、用以选择工具在轧制过程中工具和轧件是两个相互作用的受力体，而全部轧制过程的目的是使轧件具有最大程度的塑性变形，而轧辊则不允许有任何塑性变形，并使弹性变形愈小愈好。因此，在设计轧辊时应选择弹性极限高，弹性模数大的材料；同时应尽量使轧辊在低温下工作。相反的，对钢轧件来讲，其变形抗力愈小，塑性愈高愈好。2由于弹塑性共存，轧件的轧后高度总比预先设计的尺寸要大Co例：如图〔3-5〕h应等于轧制前事先调整