加工图法在热轧大圆钢表面质量控制中的应用效果分析.docx

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加工图法在热轧大圆钢表面质量控制中的应用效果分析

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摘要：采用Ｍｕａｈｙ流变失稳准则的加工图方法来判断塑性变形中产生的流动失稳。通过ＧＣＹｌ５轴承钢的热模拟压缩实验，研究变形工艺参数对ＧＣｒｌ５高温变形时流动应力的影响规律。建立ＧＣｒｌ５高温变形时的加工图；通过对实际孔型中轧制情况的分析，得出轧件可能产生缺陷的位置。研究结果表明：非稳定区域在９５０—ｌ０５０℃之间应变速率在２．０ｓ．１以上。

关键词：加工图法；大圆钢；表面质量；动态材料模型

在大棒材孑Ｌ型设计中，由于要考虑孔型的共用性，造成同一孔型在轧制不同规格产品时，仅仅依靠调整辊缝的方法，使一些道次出现变形分配不均，中间坯料形状不规整，不符合孔型轧制的要求等问题。更为严重的是在生产轴承钢和管坯钢棒材时，产品表面出现裂纹等表面缺陷，影响产品质量和生产效率。Ｐｒａｓａｄ等根据物理系统模拟、大塑性变形连续介质力学和不可逆热力学理论建立动态材料模型。目前加工图已应用于Ｃｒ基、Ｍｇ基及Ｔｉ基合金的高温塑性变形嗍。文中采用有限元模拟分析并与加工图方法相结合，研究轧件产生表面缺陷的机理，预测产生缺陷的位置。可为工艺参数的优化提供依据。

1、加工图原理

在热加工条件状态下，当温度７’和加载情况（＾力不变时，可以得到与应变速率亡相关的轧件流动应力盯，动态材料模型中。把加工过程中输人材料单位体积内的能量Ｐ（即砸得到的矩形面积）作为总系统能量。方程曲线下方的面积表示Ｇ，曲线上面的面积表示Ｊ。Ｍａｌｖｅｍ用热力学原理解释了．，和Ｇ的物理意义ｎ珥，认为热传导与Ｇ相关，组织变化与－，相关。Ｇ是材料发生塑性变形时消耗的能量，其中大部分能量转化成热能，所以塑性变形时会产生温升，只有小部分以晶体缺陷能的形式存储；Ｊ是材料变形过程中组织演变所消耗的能耗效率反映热变形过程中产生内能的相对率，同时反映不同温度和应变速率条件下微观组织的能耗特征。材料变形过程中各种损伤傀；成空洞和楔形开裂）或者冶金动态变化（动态回复、动态再结晶、由变形引起的相变等绑引起耗散协量的变化。

从微观角度能更清楚地阐明系统总消耗能量分配率的物理意义。材料耗散的能量可分为动能和势能两部分。动能与原子的运动，即与位错运动相关，动能转化以热能形式耗散能量，因而与耗散量Ｇ对应。势能与原子间的相对位置相关，显微组织的改变必然引起原子势能的变化，因而与耗散协量，对应。Ｍｕｒｔｈｙ失稳判断准则是基于大塑性变形连续理论的准则，不是经验公式，适用于任意类型的流变应力和应变速率曲线。Ｍｕｒｄａｙ准则使用简便、计算方便、分析严谨，是有发展前景的一种失稳判断准则。

残余应力及热缩性变形对机械加工表面质量的影响，在零件的机械加工过程中，切削引起机械零件表层塑性变形，表层金属与内部金属表面出现离层状态，会导致零件表层内外部之间产生相对作用力；同时大量的切削热和内外层金属密度及比容较大的差异化也会造成残余应力的出现，还有就是零件表面最终工序产生的残余应力也会影响到零件的加工表面质量，进而影响到零件的使用性能。零件的表面层在机械加工过程中由于受到大量切削热的影响，表面层温度与零件基体温度之间的温度差会产生较大的热压缩应力，导致热缩性变形现象的发生，对零件的机械加工表面质量产生不利影响。

刀具几何参数与材料对表面质量的影响，（1）刀具几何参数。刀具的几何参数中对表面粗糙度影响最大主要是主偏角、副偏角、刀尖圆弧半径。刀类圆弧半径rε、主偏角KΥ和副偏角k′Υ均影响残留面积的大小。减小主偏角，刀具强度高、散热条件好，特别是使残留面积高度Rmax减小，表面粗糙度值小。增大主偏角，使背向力减小，易于断屑。过小的副偏角，会增加副后刀面与已加工表面间的摩擦，引起振动，使表面粗糙度差，所以应该在不影响摩擦和振动的条件下，应选取较小的副偏角。

（2）刀具材料。在切削条件相同时，刀具材料硬度越高，表面粗糙度值越小。立方氮化硼或金刚石刀具切削所获表面粗糙度值小于硬质合金刀具，而硬质合金刀具所获的表面粗糙度值又小于高速钢刀具。

2、提高机械加工工件表面质量的措施

2.1制定科学合理的加工工艺流程

在机械零件加工中，设计科学、合理的加工流程，制定符合规范的加工工艺，能够使零件的表面质量得到保证。只有对加工工艺及操作流程做出明确、科学的规范，才能使加工工作有理论可依据，有章法可遵循。与此同时，制定的流程、规范要能够满足机械加工的要求，工艺流程要短且准。

2.2改善零件的表面粗糙度

在对零件切削加工时，为了改善零件表面的粗糙度，在刃具刀尖圆弧的选择上要选取较大半径的，同时要选择较小的进给量，这样就可以使表面粗糙度得到改善。另外，选择合理的切削液，适当的增大刀具的前角，提高刀具的刃磨质量，都能够有效的改善零件表面