《材料成型工艺学 下》资料：材料成型工艺学下大作业（学长）.docx

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1、《材料成形工艺学（下）》大作业学院：材冶学院班级：成型1202班姓名：曾崎学号：201223248《材料成形工艺学（下）》大作业题目：解析无缝钢管二辊斜轧穿孔过程中轧件运动特点以及孔腔形成机理一、作业目的无缝钢管热轧过程主要分为穿孔、轧管和定径、减径过程中，斜轧轧制方式是无缝钢管穿孔的主要方式，斜轧过程与常规使用的纵轧轧制过程、变形方式有着明显不同，有其独特的规律，而斜轧穿孔的斜轧孔腔是极其复杂的，其正确解析不仅关系到穿孔过程轧件的运动特点、穿孔过程是否顺利而且关系到穿孔质量好快，从而影响整个无缝钢管生产过程。因此正确揭示穿孔过程的轧件运动特点、孔腔形成机理对于无缝钢管生产是至关重要的

2、。在解析过程中需要用到所学的数学知识、力学知识和金属学知识，锻炼同学们综合分析能力。二、作业内容无缝钢管轧制过程中二辊斜轧穿孔，斜轧轧制方式、轧辊形式为桶形辊，轧辊在水平面左右布置，固定不动导板在上下布置，中间为随动顶头、轧辊轴线与轧制线在过轧制线主垂直平面上倾斜成送进角为β，轧辊旋转速度为u，如图1所示。图2为各类斜轧运动方式示意图。图1：二辊斜轧穿孔过程示意图8（a）（c）（b）（d）图2：斜轧运动方式示意图利用平面解析方法或其他方法解析斜轧穿孔过程中轧件运动方式（旋转和前进方向）、穿孔过程中孔腔形成机理和影响因素。三、作业方式每个班级分成2组，六个班级，共12个小组，以小组为单位

3、开展研究，时间1周，讨论汇报2学时，每个小组一名代表，上台汇报，要求PPT形式，汇报时间5分钟，提问讨论1分钟。要求每个同学提交纸质版作业。四、考察形式纸质版作业：5分，现场汇报PPT：5分。以10分计入本课程总成绩中。五、分组自由分组。8一、孔腔形成机理1、切应力理论分析：将二辊斜轧穿孔简化为平锤锻压方坯模型。图1：在“锻造十字”区金属的流动方向（a）锤头在A区压缩；（b）锤头在B区压缩当平锤头锻压方坯时（图1（a）），由于锤头接触表面上外摩擦的作用，使坯料A区处于三向压应力状态，成为难变形区，在压缩时该区沿垂直方向移动，且带动与它相邻的a区金属沿箭头方向移动。B区处于变形体的外侧受

4、摩擦影响很小，又没有其他部分的阻碍，因此在压缩时B区金属向横向移动，带动它邻接的b区沿与a区相反方向移动。于是在坯料对角线方向产生了金属的激烈错动。当翻转90°压缩时（图1（b）），a、b区金属产生沿相反方向的错动，于是在激烈地反复错动下，便沿坯料对角线方向产生疲劳开裂，最终形成孔腔。2、正应力理论分析：将二辊斜轧穿孔简化为平锤锻压圆坯模型。如图2所示，用平锤头锻压圆坯时，假如没有外端（指接触变形区abcd以外的两个弓形区aAb、cCd）,则可不受限制地产生双鼓变形（图2（a）中虚线所示）。实际上由于外端的作用，而使心部受到大的水平拉应力的作用，当此应力超过材料的断裂应力时，就会在心部

5、产生与拉应力方向垂直的裂口，（如图3（a）所示1-1裂口）。当翻转90°锻压时，便会产生如图3（b）所示的2-2裂口。如果继续旋转锻造便会形成如图3（c）所示的孔腔。8图2：用平锤头锻压圆坯的应力分量沿毛坯高度的分布规律图3：用平锤头锻压圆坯时裂口的形成3、综合应力理论斜轧实心圆坯时的变形如图4。轧制开始时，在外力作用下沿外力方向上各单元体受到压应力的作用。在横(切)向上管坯没有受到其他外力的作用，但如果考虑到金属横向、纵向流动时，轧辊和金属之间将产生阻止金属横向、纵向流动的摩擦力，此外在横向上处于轧辊直接作用区内（图4（a））的单元体还受到外层金属的挤压应力。所以可认为该区中金属受三

6、向压应力状态。图4：轧制实心圆管坯时的塑性区分布（a）表面变形；（b）中心变形；（c）孔腔形成8图5：实心坯不均匀变形示意图相反，在中心区则受到外层给予的拉应力。假设在一个圆管坯横断面上画上若干个同心圆环，外层的圆环由于塑性变形将增大圆周长度(横向扩展)，而内层圆环由于塑性变形较小，圆周周长增加得较少。中心部分塑性变形更小，横向扩展也更小。这样如果各圆环之间不相联系，则变形后将成如图5所示的情况。实际上金属是一整体，外层变形金属必然要强制中心部分金属向横向扩展，从而产生较大的拉应力。同理，外层的变形金属也会对中心部分金属产生一个纵向(轴向)拉应力。斜轧刚开始，也就是圆管坯旋转角还很小时

7、，管坯表层金属的应力状态是三向压应力，而在管料中心区的应力状态是一向压、两向拉，即外力方向上为压缩应力，轴向为拉伸应力，横向也是拉伸应力。随着旋转角的增加，金属塑性区由表面向中心渗透（图3（b））。管坯中心塑性区不仅经受拉应力作用，而且还经受切应力作用。与此同时切应力和横向拉应力还在不断改变方向（反复应力）和积累，在这些应力综合作用下有可能产生中心破裂（图3（c））。另外，切应力可使金属的一部分和另一部分之间产生相对滑移，当切应力还未超过材料的