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二辊斜轧实心坯时形成孔腔的机理

2019/3/11 11:07:22

    为了克服二辊系统的这个固有缺点,生产实践中一方面采取各种预防措施,例如控制最佳的轧制r14度和压下量,修改轧辊与顶头的形状,增大送进角等方法,以避免顶头前中心的撕裂。另一方面则寻找新的加工原理和方法,于是导致了对三辊系统的研究。三个轧辊彼此按1200配置的三辊轧机.在管坯中心产生的是压缩应力,不论施加于管坯上的变形程度有多大,三辊穿孔机上都不会出现孔控。虽然避免了孔腔,但三辊系统中不论是用于穿孔还是用于轧管,金属在各轧辊辊缝间都要产生挤出,导致形成三角形效应和管尾三角形现象。三角形效应将在管壁中产生交变的弯曲应力,这种弯曲应力也可能造成内壁的层裂,更严重的是管尾三角使管子不能顺利出辊,影响轧制的进行。因此.二我系统和三辊系统都具有其特殊问题,对于二辊是“孔腔”,对于三辊则是“三角形”。
孔腔形成理论
    二辊斜轧实心坯时形成孔腔的机理,长期以来一直是轧管理论研究的一个重要课题。以捷捷林(II. K. Terepxx)为首的一部分学者认为,孔腔形成的根本原因在于斜轧区中发生的高度应变(特别是多余应变),另一部分学者认为在于斜轧区中发生的高度应力集中。在应力观点方面又有以塞别尔(E. Selw.1)为代表的切应力理论和以斯米尔诺夫(B.C. Cn1Mpxos)为代表的正应力理论的不同争论。直到现在对于孔腔形成的原因还没有一个统一的见解。对于变形区是什么应力状态以及破坏机构是脆性破坏还是塑性破坏.还存在很大分歧。
   切应力理论
    塞别尔通过两块平板对圆柱体进行压缩以确定其应力状态,得出了切应力理论。该理论认为,二辊穿孔时,当管坯每转一周,顶头前斜轧区中的金属直径方向受到两次横向压缩,产生的应力分布的近似图。靠近表面应力的方向必须平行和垂直于表面,对称部分的应力方向也是如此。因而除了垂直压缩应力。还必须有一个从管坯圆周上为零值变到管坯中心为最大值的拉伸应力。才能使管坯横断面的面积单元获得平衡条件。    随着负荷尸的增加,弹性贯透深度加大,应力差。:一a:也
增大,因此在管坯中心,在与外力成450的方向上将产生很大的
剪切应力,当达到剪切屈服极限时便产生塑性变形,当超过剪切
强度极限时,便可能引起破裂而产生孔腔。
    以斯米尔诺夫为代表的前苏联学者认为,轧件的接触区在轧件橄个圆周上只占极小一部分,因此接触区的作用力就整个轧件来说具有集中的性质,受力面积由接触表面到圆坯中心迅速增大,沿直径方向的作用力逐渐减弱,塑性变形只发生于外表面层,沿着中心方向塑性变形迅速减小.在圆坯中心根本不产生塑性变形,只产生弹性变形。沿着横断面和纵断'(Ii的不均匀变形,对坯料中心将引起附加的横向拉应力和轴向拉应力。随着坯料的转动,其中心的附加应力不断积累,以致在外力作用的方向上也变成了很大的拉应力。因此坯料中心的应力状态为三向均匀的拉应力,在这种应力的作用下,坯料中心产生脆性破裂。综合应力理论
    综合应力理论认为,斜轧过程中随着坯料的旋转,塑性变形不断由表面层向坯料中心深人,最终在坯料中心也可能产生相当大的塑性变形,并认为表面塑性变形大于中心层部分,而中心部分塑性变形大于过渡层。坯料中心区的应力状态一般是两向(横向和轴向)拉伸,一向(外力方向)压缩。有顶头作用时可能是两向压缩,一向拉伸(横向)。孔腔的形成是由于中心部分金属受交变的应力和很大的拉应力作用的结果。中心破裂属于韧性-脆性断裂。
    根据近代金属学的观点,任何破坏形式(包括脆性破坏)都同塑性流动有关,即金属纯粹的脆性破坏是不存在的。塑性变形发生之前必须伴随着有微裂纹和缺陷的形成。由此看来,综合应力理论所认为的孔腔形成属于韧性一脆性断裂是较为正确的。

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