轧钢原理

几种主要塑性加工过程的应力图示：
例
X1(-00)
X2(+00)
M1(--0) M2(-+0) M3(++0)
挤压、轧制为三向压应力
T1(---) T2(-+-) 塑性加工中常用
T3(++-) T4(+++)
拉伸时为三向拉应力 拉拔为两向压应力一向拉应力
塑性加工中变形体内的应力图示取决于工件和工具的 形状、接触摩擦和因各种不均匀变形而在工件内引起的自 相平衡的附加应力以及在变形前工件内存在的残余应力等。
内力举例
内力举例
内力产生的实质就是由于原子被迫偏离其平衡位置， 原子间距改变的结果。
所谓应力就是内力的强度，内力的大小都是以应 力来衡量的。
应力——单位面积上的内力。
应力应该理解为一极小面积(△F)上的总内力△P与其面 积的比值。数学表达式为：
lim
P
F 0 F
第二节 变形
金属在的受力状态下产生内力后，其形状和尺寸也会 发生变化，这种现象称为变形。
所谓变形图示就是在小立方体素的面上用箭头表示三 个主变形是否存在（伸长时，箭头外指；缩短时，箭头向 里指），但不表示变形大小的图示。
由于受塑性变形时工件体积不变条件的限制，因此可 能的变形图示仅有三种：
3
3
3
1
2 B1
1
1
2B2ຫໍສະໝຸດ B31）B1变形图示表示一向缩短两向伸长，称第一类变形图示。如轧制(有 宽展的情况)和自由锻压等。 2）B2变形图示表示一向伸长一向缩短，称第二类变形图示，或平面变 形图示(此时横向阻力很大，宽向变形可以忽略)。 3）B3变形图示表示两向缩短一向伸长，称第三类变形图示。如挤压和 拉拔。
这些因素不只是单独起作用，往往是几种共同起作用。 所以在变形体内往往不是单一的一种应力状态图示。应力 图示随变形的进行也常常发生转变。
力学中，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序，即σ1>σ2>σ3。规定σ1
为最大主应力，σ3是最小主应力，σ2是中间主应力。
应力状态举例（1）
拉伸一个金属棒，在 均匀拉伸变形阶段是单向 拉应力图示，可是在拉伸 到出细颈后，由于力的传 递线（图中虚线）在细颈 处弯曲，而在细颈部分就 变成三向拉应力。
应力状态举例（2）
如前所说，平辊轧制时是一种三
向压应力的状态。σ1主要由阻碍金属 纵向流动的摩擦力引起；σ2主要由阻 碍金属横向流动的摩擦力引起；σ3由 轧制力引起。
一、弹性变形
当所施加的外力或功不足以克服原子间的作用力时， 仅能使原子离开其平衡位置而处于不稳定状态，即原子间 距有所改变，其表现为物体产生一定变形。但是，一旦外 力撤除，原子仍要回到原来的平衡位置，结果使变形消失。 这就是弹性变形。
从宏观来看，使金属产生变形的外力去除后金属又恢 复到原来的形状或尺寸的变形称之为弹性变形。
二、塑性变形
当所施加的外力或功能够克服原子间的作用力时， 原子就会离原有的平衡位置而转移到另外一个平衡位置， 此时即使外力撤除，原子也不能恢复到原来的平衡位置， 这就是塑性变形。
从宏观来看，使金属产生变形的外力去除后金属变 形后的尺寸和形状能够保留下来，金属无法恢复到原来 的形状或尺寸的变形称之为塑性变形。
正压力——沿工具和工件接触面 法线方向阻碍工件整体移动或金 属流动的力，它的方向和接触面 垂直，指向工件。如图中的N
摩擦力——沿工具和工件接触面 切线方向阻碍金属流动的力，它 的方向和接触面平行，并与金属 质点流动方向和流动趋势相反。 如图中的T
要注意的是：约束反力与反作用力是不同的。约束反力 是作用在工件上的力，而反作用力是作用在工具上的力。
第一节 力和应力
一、外力
金属塑性加工是金属与合金在外力作用下产生塑性变 形的过程。变形过程中外力主要有作用力和约束反力。
1、作用力：通常把塑性加工设备的可动工具部分对工件所作用的力 称为作用力或主动力。塑性加工时的作用力可以实测或用理论计算出 来。 2、约束反力：工件在主动力作用下，其运动将受到工具所阻碍而产 生变形。工件在主动力的作用下，其整体运动和质点流动受到工具的 约束时就产生约束反力。这样，在工件和工具的接触表面上的约束反 力有正压力和摩接力。
轧制情况比较特殊，轧制时轧件通常靠两个反向转动的 轧辊给它的摩擦力使其进入辊缝，而摩擦力的产生又必须 有正压力的存在，所以轧制时何者是主动力就不好划分， 在实际计算中也没有必要划分何者是主动力。轧件充满辊 缝后进行稳定轧制时，在轧件和轧辊的接触表面上只有正 压力和摩擦力。正压力是沿接触面法向压缩轧件的力；摩 擦力是沿接触面切向阻碍轧件质点流动的力。总的正压力 和摩擦力的合力是轧辊对轧件的总压力，这个总压力的垂 直分力就是我们常说的轧制力。
二、应力状态图示
应力状态图示就是在变形体内某点处用截面法截取立 方体素，在其三个互相垂直的面上用箭头定性的表示有 无主应力存在。从轴向来看，主应力只有拉应力和压应 力两种。
为了简化工程计算和定性说明变形体受应力后引起的 某些后果，常常把塑性加工过程变形的主要方向，即长、 宽、高方向近似认为和主轴方向一致；和长、宽、高垂 直的截面看成是主平面，作用于其上的正应力认为是主 应力。
二、内力和应力
当在外力作用下物体的运动受到阻碍时，或由于物 理或化学等作用而引起物体内原子之间距离发生改变，在 物体内部就会产生内力。内力可由以下两种原因引起：
（1）为平衡外力的机械作用将发生内力； （2）在各种物理及物理化学作用下，物体各部分变形大 小不同。由于物体是一个整体，各部分的不均匀变形会互 相限制，因此物体内部就会产生自相平衡的内力。
σ3
σ1 σ2
实践证明，具有强烈三向压应力的挤压过程，常常 使得用其它塑性加工过程难以成型的低塑性金属与合金 能够成型而不裂。这是因为拉应力会使金属内细小的疏 松、空隙和裂纹等缺陷扩大。压应力有利于减小、抑制 或焊合金属内部缺陷。
第四节 变形图示和变形力学图示
1、变形图示
为了定性地说明变形区某一小部分或整个变形区的变 形情况，常常采用主变形状态图示（简称变形图示）。
第三节 应力状态及其图示
一、应力状态
金属压力加工过程中，金属内部产生复的应力状态。 研究变形体内的应力状态时，可在变形体内取出一无限小 的正六面体（可看成一点），这样就可以认为该六面体各 个面上的应力分布是均匀的。在主坐标系的条件下，作用 在各个面上的应力只有正应力，切应力为零。
这种只有正应力而切应力为零的平面称之为主平面。 主平面上的正应力称为主应力。