1.1.5 金属轧制的主应力状态图

为了定性地说明变形体内某点处的应力状态, 常采用主应力状态图。主应力状态图可以简单而又清晰地表示出金属在变形时所承受的应力状态。它是在金属塑性变形理论和实践中分析具体问题时最常用的工具之一。

结合各种压力加工方法来分析金属在塑性变形过程中所能有的应力状态图共有九种 (图1-4 )。

图1-4 主应力状态图

(a)线应力状态有两种, 即一个为拉应力, 另一个为压应力;

(b)平面应力状态有三种, 即一个为两向压应力, 一个为两向拉应力, 另一个为一向拉应力和一向压应力; 

(c)体应力状态有四种, 即一个为三向压应力, 一个为两向压应力一向拉应力, 一个为两向拉应力一向压应力; 另一个为三向拉应力。

平辊轧制板材时, 变形区内的基本应力状态是三向压应力。因为轧件在辊缝中首先受到上下两个轧辊施加的压力, 即产生高向上的压应力。金属高向上受到压缩就要向纵向延伸和宽向宽展。当金属质点发生流动时, 金属与轧辊之间产生了相对运动, 轧辊对流动的金属产生摩擦阻力, 阻碍金属质点的宽向流动。这样在宽度方向上金属受到摩擦阻力, 即产生了宽向上的压应力。金属在纵向上的延伸, 由于受到轧辊对金属运动产生的摩擦阻力, 在纵向上金属也受到了压应力的作用。

影响应力状态的因素很多, 如外摩擦、 工具和工件的形状、 不均匀变形和残余应力等, 这些因素单独地或共同地起作用, 所以在变形体内往往不是单一的应力状态, 并且随变形的进行也常常发生转变。

1.1.6 金属轧制的变形区和刚端

金属在外力作用下正在发生塑性变形的那部分区域, 称为变形区。从几何图形来看, 变形区就是金属与工具相接触的表面所包围的那部分体积。如在平辊轧制时, 其变形区是由上下两个轧辊与变形金属相接触的弧状表面所围定 的那部分体积, 即图1-5中由ABCD限定的那部分区域。轧制时, 金属进入AB之前已经开始了塑性变形, 塑性变形终止也超过了CD线, 所以上述的变形区, 又可称为几何变形区。实际变形区应理解为金属坯料上某部分体积, 而不应受简单图形的直观限制。

图1-5 轧制变形区

金属变形区周围与变形区紧密相联的那些体积, 有的尚未参加变形, 有的已经变形完毕, 这些部分统称为刚端(外端)。由于许多金属压力加工过程是连续进行的, 被变形的金属又是一个完整的整体, 所以变形区内外的金属体积都是相互联系的, 即刚端对变形区内金属质点流动是有影响的, 其影响是阻碍其自由变形。