1.1.5 金屬軋制的主應(yīng)力狀態(tài)圖

為了定性地說明變形體內(nèi)某點(diǎn)處的應(yīng)力狀態(tài), 常采用主應(yīng)力狀態(tài)圖。主應(yīng)力狀態(tài)圖可以簡單而又清晰地表示出金屬在變形時(shí)所承受的應(yīng)力狀態(tài)。它是在金屬塑性變形理論和實(shí)踐中分析具體問題時(shí)最常用的工具之一。

結(jié)合各種壓力加工方法來分析金屬在塑性變形過程中所能有的應(yīng)力狀態(tài)圖共有九種 (圖1-4 )。

圖1-4 主應(yīng)力狀態(tài)圖

(a)線應(yīng)力狀態(tài)有兩種, 即一個(gè)為拉應(yīng)力, 另一個(gè)為壓應(yīng)力;

(b)平面應(yīng)力狀態(tài)有三種, 即一個(gè)為兩向壓應(yīng)力, 一個(gè)為兩向拉應(yīng)力, 另一個(gè)為一向拉應(yīng)力和一向壓應(yīng)力; 

(c)體應(yīng)力狀態(tài)有四種, 即一個(gè)為三向壓應(yīng)力, 一個(gè)為兩向壓應(yīng)力一向拉應(yīng)力, 一個(gè)為兩向拉應(yīng)力一向壓應(yīng)力; 另一個(gè)為三向拉應(yīng)力。

平輥軋制板材時(shí), 變形區(qū)內(nèi)的基本應(yīng)力狀態(tài)是三向壓應(yīng)力。因?yàn)檐埣谳伩p中首先受到上下兩個(gè)軋輥施加的壓力, 即產(chǎn)生高向上的壓應(yīng)力。金屬高向上受到壓縮就要向縱向延伸和寬向?qū)捳埂．?dāng)金屬質(zhì)點(diǎn)發(fā)生流動(dòng)時(shí), 金屬與軋輥之間產(chǎn)生了相對運(yùn)動(dòng), 軋輥對流動(dòng)的金屬產(chǎn)生摩擦阻力, 阻礙金屬質(zhì)點(diǎn)的寬向流動(dòng)。這樣在寬度方向上金屬受到摩擦阻力, 即產(chǎn)生了寬向上的壓應(yīng)力。金屬在縱向上的延伸, 由于受到軋輥對金屬運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦阻力, 在縱向上金屬也受到了壓應(yīng)力的作用。

影響應(yīng)力狀態(tài)的因素很多, 如外摩擦、 工具和工件的形狀、 不均勻變形和殘余應(yīng)力等, 這些因素單獨(dú)地或共同地起作用, 所以在變形體內(nèi)往往不是單一的應(yīng)力狀態(tài), 并且隨變形的進(jìn)行也常常發(fā)生轉(zhuǎn)變。

1.1.6 金屬軋制的變形區(qū)和剛端

金屬在外力作用下正在發(fā)生塑性變形的那部分區(qū)域, 稱為變形區(qū)。從幾何圖形來看, 變形區(qū)就是金屬與工具相接觸的表面所包圍的那部分體積。如在平輥軋制時(shí), 其變形區(qū)是由上下兩個(gè)軋輥與變形金屬相接觸的弧狀表面所圍定 的那部分體積, 即圖1-5中由ABCD限定的那部分區(qū)域。軋制時(shí), 金屬進(jìn)入AB之前已經(jīng)開始了塑性變形, 塑性變形終止也超過了CD線, 所以上述的變形區(qū), 又可稱為幾何變形區(qū)。實(shí)際變形區(qū)應(yīng)理解為金屬坯料上某部分體積, 而不應(yīng)受簡單圖形的直觀限制。

圖1-5 軋制變形區(qū)

金屬變形區(qū)周圍與變形區(qū)緊密相聯(lián)的那些體積, 有的尚未參加變形, 有的已經(jīng)變形完畢, 這些部分統(tǒng)稱為剛端(外端)。由于許多金屬壓力加工過程是連續(xù)進(jìn)行的, 被變形的金屬又是一個(gè)完整的整體, 所以變形區(qū)內(nèi)外的金屬體積都是相互聯(lián)系的, 即剛端對變形區(qū)內(nèi)金屬質(zhì)點(diǎn)流動(dòng)是有影響的, 其影響是阻礙其自由變形。