材料成形工藝學(下)課內(nèi)設計

1、東北大學軋制原理與軋制技術(shù)課程設計東北大學2012級課程設計報告“材料成形工藝學（下）課內(nèi)設計” 所屬院校： 東北大學 所屬院系： 材料與冶金學院 所屬專業(yè)： 材料成型及控制工程 指導老師： 負責人： 目錄成員3題目：解析無縫鋼管二輥斜軋穿孔過程中軋件運動特點以及孔腔形成機理4第一部分 軋件運動方式6第二部分 孔腔形成122.1 特點122.2 孔腔形成機理132.2.1 “外端”的影響132.2.2 表層變形132.3 機理分析142.4 孔腔的作用142.5 孔腔的影響因素15第三部分 總結(jié)與建議16成員題目：解析無縫鋼管二輥斜軋穿孔過程中軋件運動特點以及孔腔形成機理一、 作業(yè)目的無縫鋼管

2、熱軋過程主要分為穿孔、軋管和定徑、減徑過程中，斜軋軋制方式是無縫鋼管穿孔的主要方式，斜軋過程與常規(guī)使用的縱軋軋制過程、變形方式有著明顯不同，有其獨特的規(guī)律，而斜軋穿孔的斜軋孔腔是極其復雜的，其正確解析不僅關(guān)系到穿孔過程軋件的運動特點、穿孔過程是否順利而且關(guān)系到穿孔質(zhì)量好快，從而影響整個無縫鋼管生產(chǎn)過程。因此正確揭示穿孔過程的軋件運動特點、孔腔形成機理對于無縫鋼管生產(chǎn)是至關(guān)重要的。在解析過程中需要用到所學的數(shù)學知識、力學知識和金屬學知識，鍛煉同學們綜合分析能力。二、 作業(yè)內(nèi)容無縫鋼管軋制過程中二輥斜軋穿孔，斜軋軋制方式、軋輥形式為桶形輥，軋輥在水平面左右布置，固定不動導板在上下布置，中間為隨動頂

3、頭、軋輥軸線與軋制線在過軋制線主垂直平面上傾斜成送進角為，軋輥旋轉(zhuǎn)速度為u，如圖1所示。圖2為各類斜軋運動方式示意圖。利用平面解析方法或其他方法圖1 二輥斜軋穿孔過程示意圖圖2 斜軋運動方式示意圖解析斜軋穿孔過程中軋件運動方式（旋轉(zhuǎn)和前進方向）、穿孔過程中孔腔形成機理和影響因素。第一部分 軋件運動方式第一題題目如下圖1.1所示圖1.1 第一題分析如下所示：軋輥速度分解正視圖如下圖1.2所示圖1.2 正視圖1可以看出軋輥的速度合成方向是向右的，由于軋輥為主動輪，軋件受摩擦力與軋輥速度合成方向一致，所以軋件前進方向是水平向右。軋輥左視圖如下圖1.3所示： 圖1.3 左視圖1顯然，軋件在軋輥的帶動下

4、是順時針轉(zhuǎn)動的。第二題題目如圖1.4所示：圖1.4 第二題分析如下所示：軋輥速度分解正視圖如下圖1.5所示：圖1.5正視圖2可以看出軋輥的速度合成方向是向左的，由于軋輥為主動輪，軋件受摩擦力與軋輥速度合成方向一致，所以軋件前進方向是水平向左。軋輥左視圖如下圖1.6所示：圖1.6左視圖2顯然，軋件在軋輥的帶動下是逆時針轉(zhuǎn)動的。第三題題目如圖1.7所示：圖1.7 第三題分析如下所示：軋輥速度分解正視圖如下圖1.8所示：圖1.8正視圖3可以看出軋輥的速度合成方向是向左的，由于軋輥為主動輪，軋件受摩擦力與軋輥速度合成方向一致，所以軋件前進方向是水平向左。軋輥左視圖如下圖1.9所示：圖1.9左視圖3顯然

5、，軋件在軋輥的帶動下是順時針轉(zhuǎn)動的。第四題題目如圖1.10所示：圖1.10 第四題分析如下所示：軋輥速度分解正視圖如下圖1.11所示：圖1.11正視圖4可以看出軋輥的速度合成方向是向右的，由于軋輥為主動輪，軋件受摩擦力與軋輥速度合成方向一致，所以軋件前進方向是水平向右。軋輥左視圖如下圖1.12所示：圖1.12左視圖4顯然，軋件在軋輥的帶動下是逆時針轉(zhuǎn)動的。第二部分 孔腔形成孔腔現(xiàn)象常見物理現(xiàn)象2.1 特點一定成分的金屬在一定的工藝變形條件下（加熱溫度、變形速度、工具設計等），管坯經(jīng)縮率達到一定臨界值后，便沿軸心出現(xiàn)縱向微裂紋，進而形成孔腔。概括來講，如圖：孔腔沿軸心出現(xiàn)縱向微裂紋坯料頸縮率達臨

6、界值斜軋、橫軋、連續(xù)橫鍛斜軋、橫軋、連續(xù)橫鍛2.2 孔腔形成機理2.2.1 “外端”的影響圖2.1變形分析圓坯橫鍛的一次徑向壓縮率在6%以下時，最大塑性變形區(qū)僅發(fā)生在與工具接觸的表面附近，軸心區(qū)變形很小，特點類似雙鼓變形，如圖（a）。一次徑縮率達到10%以上才出現(xiàn)類似單鼓變形的特點，如圖（b）。但這里的雙鼓變形是發(fā)生在一個橫截面的內(nèi)部，于劇烈變形區(qū)I、III兩側(cè)還存在著變形很小的“外端”，這樣I、III區(qū)內(nèi)的金屬的橫向流動，對兩側(cè)外端起了一種“楔入”的作用，使軸心區(qū)II承受很強的橫向附加張應力。2.2.2 表層變形斜軋條件下表層金屬的塑性變形劇烈，金屬連續(xù)不斷地沿著軸向和切向流動，作為一個整體

7、必然牽引著軸心區(qū)金屬不斷地流向表面，于軸心形成三向附加拉應力。這樣，斜軋實心體軸心區(qū)的工作應力狀態(tài)，是在外力作用方向為壓應力，其他兩向為張應力。2.3 機理分析由于以上兩個因素在橫向引起的附加應力同向，所以橫向張應力的數(shù)值最高，增長速度最快。斜軋條件下金屬每被軋輥加工一次后完全恢復再結(jié)晶是不可能的，故上述的附加應力都將部分地以殘余應力形式保留下來，并隨反復加工次數(shù)的增加而積累增大。于是當工作應力狀態(tài)發(fā)展到一定極限值后，相對主應力約45°的最大切應力方向上便開始產(chǎn)生切變形。經(jīng)多次反復，由于加工硬化和晶體內(nèi)部缺陷的存在，這些部分便在最大橫向張應力作用下出現(xiàn)裂紋，逐漸發(fā)展成軸心疏松區(qū)，形成

8、孔腔。兩個因素在橫向上引起的附加拉應力同向橫向附加拉應力值最高多次反復，產(chǎn)生裂紋并擴展，形成孔腔工作應力到極限值后，在45度方向產(chǎn)生 剪切變形2.4 孔腔的作用孔腔形成之前：自然形成中心疏松區(qū)，利于斜軋穿孔?？浊恍纬芍螅河绊憙?nèi)表面質(zhì)量，造成折疊等缺陷。2.5 孔腔的影響因素（1）鋼的自然塑性。鋼的自然塑性是由鋼的化學成分、冶煉質(zhì)量以及組織狀態(tài)決定的，而組織狀態(tài)又受管坯加熱溫度和時間的影響。鋼的自然塑性決定著鋼在塑性變形過程中產(chǎn)生破壞的傾向。但斜軋穿孔常不用自然塑性，而用穿孔性能表示管坯中心產(chǎn)生破裂的傾向。穿孔性能好則表示穿孔過程中不易發(fā)生金屬中心破裂。穿孔性能和鋼的塑性有關(guān)，一般塑性越好則穿

9、孔性能也越好。（2）頂頭前壓縮率。頂頭前壓縮率愈大則變形不均勻程度也愈大，導致管坯中心區(qū)的切應力和拉應力增加，易促使孔腔形成。一般用臨界壓縮率來表示對最大頂頭前壓縮率的限制。（3）軋件橢圓度。在二輥斜軋穿孔的變形區(qū)中，管坯橫斷面橢圓度愈大，則橫向不均勻變形程度也愈大，并將導致管坯中心區(qū)的橫向拉應力、切應力以及反復應力作用的增加。在斜軋穿孔中采用過大橢圓度對產(chǎn)品質(zhì)量是不利的。（4）壓縮次數(shù)。壓縮次數(shù)的增加導致孔腔形成傾向增加。下列情況常導致壓縮次數(shù)增加：總的直徑壓縮量提高而單位壓縮量不變；總壓縮量一定而變形區(qū)長度加大(如減小軋輥入口錐錐角和前進角時)以及金屬軸向滑移增加等。（5）加熱制度。主要是

10、在管坯加熱時要保證有良好的加工組織，有較小的熱應力以及防止過熱和過燒。（6）送進角。增大送進角，減少反復碾軋次數(shù)。（7）頂頭作用。頂頭可降低軸心拉附應力，其位置應使之前頸縮率小于臨界值。第三部分 總結(jié)與建議通過這次課程設計，我們整體的回顧了材料成形工藝學（下）課程，對知識有了更深的記憶和理解。從判斷軋件運動方向，斜軋穿孔原理的學習，再到影響孔腔形成因素，我們充分運用了課堂內(nèi)所學到的知識，體驗到了將知識運用到實際問題并解決問題的喜悅，而不只是把知識局限于考試。我們不僅有各自的分工，還積極溝通，集思廣益，共同解決課程設計中的難題。在課程設計中，我們分工明確，盡量使每個成員都參與進來，能夠讓大家都學到一些知識?？傊?，我們的共同目標是出色地完成課程設計，這也鍛煉了我們的溝通能力和團隊協(xié)作能力。通過積極參與這次課程設計，我們對課程設計