二辊矫直过程中棒材中性层偏置的研究与验证外文文献翻译、中英文翻译、外文翻译.doc

二辊矫直过程中棒材中性层偏置的研究与验证 摘 要： 金属材料变形过程中必然存在中性层。传统的二辊矫直理论忽略了中性层的迁移现象，特别是大截面棒材矫直过程中。中性层对矫直回弹影响较大，进而影响辊形设计、工艺参数和棒材直线度精度。基于三点弯曲和弹塑性压力，建立了棒材矫直过程中的中性层偏移模型。通过模型研究棒材矫直过程中的中性层迁移现象，并结合室温拉伸试验和弯曲试验。得到了中性层偏移量与反向弯曲半径和金属塑性变形能力的关系。中性层偏移模型为棒材矫直机理和变形的进一步研究提供了参考。 关键词： 中性层偏移； 棒材矫直； 回弹； 三点弯曲； 实验分析 引言 高强度合金钢在石油、汽车、造船、工程机械等领域的应用日益广泛。矫直作为最后的精整工序，是保证生产棒材质量的关键工序[ 1 ] 。由于棒材的原始弯曲很可能存在于任何方向，特别适用于横辊矫直机。两辊矫直和多辊矫直是横辊矫直机的两种主要形式。然而，现有的多辊矫直机存在矫直盲区大、矫直全程和全程连续缺陷、矫直后需要去除头端等问题。而且多辊矫直机结构复杂， 体积大， 造价高。多辊矫直机由于矫直精度低，无法实现棒材矫直的高精度。与多辊矫直机相比， 双辊矫直机不仅能消除棒材盲区， 提高表面粗糙度， 还能提高椭圆度， 解决矫直后的缩口问题。更重要的是，其矫直后棒材的残余挠度可达到 0.1-0.5 mm/m， 满足当前高精度棒材的精度要求。国产小型二辊矫直装置已经制造出来， 但未能掌握辊型设计和自动矫直过程的核心技术，大截面棒材二辊矫直机完全依赖进口。因此，在设备国产化的基础上，我们课题组与中国河北省某公司合作开发了高精度双辊棒材矫直机。中性层偏移模型的偏差和建立是问题[2 , 3 ] ， 直接关系到辊形设计的精度和矫直精度。 二辊矫直是一个复杂的弹塑性变形过程。中性层偏移会改变棒材截面的应力分布，影响弯矩比和计算的反弯曲率，最终影响辊型设计的精度。遗憾的是，现有的棒材矫直理论分析忽略了中性层偏移现象;因此， 设计了轧辊形状和工艺参数误差较大。Guan 等人的研究表明， 在一定的相对拐角半径下， 中性层弯曲回弹的相对误差可达 70% 以上[ 4 ] 。目前， 对于中性层偏移问题， 许多学者做了大量的研究[ 5 - 8 ] 。他们的研究主要集中在两辊矫直过程中用板和管代替中性层偏移。因此，根据其矫直过程的特点，结合三点弯曲理论和弹塑性理论，建立了矫直过程中的中性层偏移模型。该工作为进一步研究大截面高强钢筋二辊矫直机理和研制装置提供了重要参考。 建立两辊矫直过程中中性层偏移的理论模型 矫直变形分析及基本假设 钢筋变形前后截面保持平坦， 垂直于变形钢筋的轴线[ 9 ] 。两个相邻截面之间没有反向和倾斜。 材料是连续的、均匀的、各向同性的， 中性层的应力和应变被认为是一致的 [ 1 0 ] 。 3.忽略棒材矫直过程中直径的变化。 弯曲塑性变形过程符合等体积原理。 等效应力?和等效应变?具有?? B?n 的硬化指数关系，当 B 为塑性材料系数， n 为材料硬化指数[ 1 1 ] 。 二辊矫直机矫直棒材时，弯曲挠度由凹辊角和凹辊间隙决定。通过调整辊缝， 实际弯曲挠度可以从 0 变化到最大弯曲挠度[ 1 2 ] 。更合理的矫直状态如图 1 所示; 在试验过程中， 矫直变形近似于三点弯曲。 从棒材矫直变形区取一个 ABCD 单元， 如图 2 所示。图中棒材弯曲中心为柱面坐标系的原点。根据假设(3)， r 方向的变形可以忽略不计?r ? 0 ， ? 方向应力要小得多， 可以忽略不计， 即?? ? 0 。因此， 棒材矫直变形区单元应力状态可简化为平面应变问题??? ???r ? 0 和??? ? ??r ? 0 ， 同时， 假设(1)表示??r ? ??r ? 0 。 矫直过程中的应变关系 在进入矫直机前，由加工或热处理引起的棒材弯曲的原始形式在长度范围内有单弯、S 弯、多峰弯和空间弯[1 3 ] ，如图 3 所示。在矫直辊中心段，将所有的弯曲方式统一成单一的弯曲方式。一般将原始弯曲形式简化为单一弯曲形式，便于理论分析。 可以假设单元 ABCD 初始处于拉伸状态， 反向弯曲[14] 后处于压缩状态。进入矫直机棒材弯曲程度小。考虑中性层与棒材几何中心轴线重合，则棒材单位初始长度 l0 为: l0 ? R0 ??0 式中， R0 为单位原始弯曲半径， ?0 为单位原始弯曲角。单元 ABCD l0 D 原纤维长度： l0 D ? r0 ??0 式中 r0 为单位的原始弯曲半径。 单元弯曲后， 中性层长度 l?为： l? ? ???? （ 1） （ 2） （ 3） 式中， ρ 为反弯后中性层的半径， ??为反弯角。此时， 单元 ABCD l?的光纤长度： l?D ? r ??? （ 4） 因此单