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所承受的應(yīng)力狀態(tài)。它是在金屬塑性變形理論和實踐中分析具體問題時最常用的工具之一。

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, 即一個為拉應(yīng)力, 另一個為壓應(yīng)力;

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

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

平輥軋制板材時, 變形區(qū)內(nèi)的基本應(yīng)力狀態(tài)是三向壓應(yīng)力。因為軋件在輥縫中首先受到上下兩個軋輥施加的壓力, 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?。?dāng)金屬質(zhì)點發(fā)生流動時, 金屬與軋輥之間產(chǎn)生了相對運動, 軋輥對流動的金屬產(chǎn)生摩擦阻力, 阻礙金屬質(zhì)點的寬向流動。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動產(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, 其變形區(qū)是由上下兩個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, 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)點流動是有影響的, 其影響是阻礙其自由變形。