一个有趣的简单问题

rentao9999

请问：加热有孔零件，孔是变小了还是变大了？
理论根据是什么？对各种形状（可假设大小），如何计算？临界点是多少？

[ 本帖最后由 rentao9999 于 2007-2-6 22:52 编辑 ]

jadesnow

和零件孔外厚度有关，不同形状结果也不同，简单点说一个圆台，中间打孔的话，通过有限元应该能计算出临界尺寸。

shixianlin0

一般都变大的，初中学物理的时候就学到的，当然你要用什么有限元什么的计算就不好说了！

shewei1979

原帖由 shixianlin0 于 2007-2-7 13:26 发表
+ |- U8 Q3 f9 z6 {1 p! K1 y* \一般都变大的，初中学物理的时候就学到的，当然你要用什么有限元什么的计算就不好说了！

+ T5 K7 U' O# Y7 r) [8 k/ Z什么啊。
得看材料的性能啊。
+ T; b: ~1 e# ?0 m; `, B, Q因为大家都认为热胀冷缩。
其实没有想到因为有孔，内孔会因为材料膨胀而变小。
' j5 y& y: ?5 k' V' S: o所以只有知道材料的伸缩率才能下结论。

haorong

同意楼上和说话，一般是变大的，材料的热胀冷缩引起。

rentao9999

提供两个转贴，供讨论学习：
1、应该是孔受热，怎么都会变大的吧？
  C  p" M, P& h- ?9 `& ?# I$ N比如一个套，加热，外圆内孔都会变大，且外圆变大的速率比内孔快。
t=λ/（α*d）
5 T* _, L% s& r+ ?; u
t：温度需要升高多少
λ：孔径胀缩量
α：材料线性膨胀系数

2、R/r＝1是临界值，大于1加热时变小；小于1加热时变大。
4 S! Z# y; F, A3 {* V) m. f
8 S5 ^: T$ `. P2 W* h6 [本人不知他们的依据？没有搞懂，特请高人指点

shixianlin0

原帖由 shewei1979 于 2007-2-7 18:02 发表

0 N5 n5 O" |. i& Q6 p
' ^6 N4 r% _0 s7 D) y4 G什么啊。
) m) t' A8 ^8 F4 d" g$ g+ b9 B得看材料的性能啊。
因为大家都认为热胀冷缩。
其实没有想到因为有孔，内孔会因为材料膨胀而变小。
( S% \& r( z3 s" e( W5 Z) Y3 K! [所以只有知道材料的伸缩率才能下结论。

# Q0 a' P+ N6 k  R$ c# q1 T3 R
如果材料是热涨冷缩的，那孔受热就会变大的，除非热膨胀系数是负的，也就是说那个材料要热缩冷涨，初中做过这个题目的。如果认为孔受热膨胀会往里头挤就错了，这个是初中的答案，对于你说的“内孔会因为材料膨胀而变小”肯定是不对的。
9 \) R2 d. {! a' n( y6 g( B1 M* C9 R
如果高深一点考虑，一排原子或分子围成一个圆，受热后相邻两个原子或分子的间距就变大，那这个圈会变小还是变大呢？简单的分析和复杂的分析结果都应该是一样的——变大。

2 w8 p2 f" @7 m' f( w( V应用实力，在轴等工件配合的时候往往通过加热外圈，膨胀以后套进去，冷却后就紧了。
  M9 h; F7 L" T3 g
[ 本帖最后由 shixianlin0 于 2007-2-8 08:04 编辑 ]

讨厌红楼梦

由于热胀冷缩，孔应该是变大的吧

skygege

隔楼的兄弟说的有理啊

huangllong

零件截面尺寸和热处理变形关系很大，特别是高碳工具钢和碳素结构钢在淬透性较差的情况下，影响尤为突出。现以T 10 A、45钢圆环试样为例(试样尺寸为Φ120×d×h mm)，固定外径、高度，改变内径和厚度之比d／s。
4 J3 Y! V7 l" H" A4 y; u当试样内孔愈小，壁厚愈厚、淬透性愈差时，则愈不易变形，不论是45钢的内孔胀大量和T 10A钢的内孔缩小量都比较小；反之，当内孔愈大、壁厚愈薄时，愈容易变形，不论是45钢的内孔胀大量和T 10A钢的内孔缩小量都比较大。也就是说，如果试样截面尺寸愈小，则变形的绝对量愈大。外圆变形同样也有此趋势。
    滚动轴承钢圆环零件淬火后的变形情况：
$ ^9 N3 s. q; i8 y    淬火工艺r在箱式炉加热830℃，保温90min，油冷，然后在300℃硝盐槽内回火。
- m- Y. k/ x$ B% V   可见，滚动轴承钢圆环的截面尺寸与热处理变形密切相关，即截面尺寸大的，内径都是收缩，截面尺寸小的，内径则趋向膨胀。
: l( I$ `8 `/ V  w( Z( V    滚动轴承钢圆环零件，在油淬或分级淬火条件下，当其截面尺寸较大时，在全部淬透的情况下，变形的特征是。内孔的变形都是呈凸鼓形，即端面部分小，中间部分大；外圆的变形都是呈凹形。这说明外圆处冷却速度比内孔处快，当外圆处马氏体转变开始时，整个零件还具有一定的塑性，故组织应力促使外圆部分产生了变形。当内孔处开始马氏体转变时，整个零件塑性已很差，外层各表面温度已很低，而材料的屈服强度已很高，组织应力已不可能带动整个零件进行塑性变形。因此，内孔保留了热应力为主的变形，即变形为缩小，此时外圆的胀大量也受到内孔收缩的限制，通常为时胀时缩。
    由于内孔、外圆冷却速度不均匀，会影响高度变形，通常靠近内孔部分鼓出较多，圆部分鼓出较小，有时会造成斜坡状变形：
9 |' n2 b' b0 ~6 V2 c    当试样截面尺寸较小时，内孔、外圆变形都趋向于胀大。这是因为当内孔较大、壁厚较薄时，内孔、外圆的冷却速度相差无几，马氏体开始转变的时间差不多，因而都是以组织应力作用为主的变形，即内孔、外圆趋向膨胀。

shixianlin0

楼上这位兄弟也研究太仔细，太专业了点，但还是不通用的啊，又没有说是对钢铁的材料，马氏体什么等组织也不一定有的啊，至于淬火什么的，也是，又现在就讲热涨冷缩而已，也不会热到800多度吧，那是热处理，不是热一点了的热胀冷缩问题了。那再极端一点，热到熔化到，变成液体，那孔没有了，就是变小，这个没有考虑到吧，呵呵！

liu-song-yun

用弹性力学分析一下就可以有答案.

lichao321123126

大家谈了半天，也没有结果。
根据热涨冷缩：加热材料材料只向外膨胀，不向内膨胀吗？向内膨胀的话，孔不变小了吗？
普通加热孔是变大变小，请高手指点！

rentao9999

感谢大家的参与，本人认为10楼意见作为发生相变后的结论，对未发生相变的还是热胀冷缩

mfcmonitor

一般是变小了！！只要厚度足够！

ferris

这个问题好象是比较有趣啊，我想壁薄的话应该变大，壁厚的话就难说了，我可不会用什么有限元计算。

wahg

这个问题楼主的前提未定下来,当然结论是多种多样的.
1、在生产过程中,人们常利用热涨冷缩的道理来加热工件,使孔涨大,在孔中装入轴，形成紧配合.但只是在热状态下孔是涨大的,冷下来之后孔又缩回去了.-----这是在加热没有相变且冷却速度较慢的情况。
) E! T* O* H( w6 t: J% c/ U9 R6 G. s2、有相变的情况（指常见的钢铁材料）：一般来说截面淬透时，孔涨大；未淬透时，孔缩小。此外各种材料的相变比容差不同所以涨大缩小的规律也不同。
3、有时人们为了缩孔，还有意地将圆环零件（复杂情况变形不可预测）的两侧面夹起，加热到相变温度以下，快速冷却得用热应力使其内孔缩小。---这种情况只能试验试验而已，不可作为常规武器使用。
1 l0 n( b5 r$ N0 G$ g. }) G不知楼主问的是何种情况。

rentao9999

谢谢楼上，明确了三种情况，给出了定性分析

eastlakewater

变大啊，机械装配上常用这个原理来装配过盈配合零件啊．

asdolmlm

加热后孔将变大。一枚金属硬币的中间凿一个小孔，然后对这枚硬币加热,由于孔外面的金属可以看成是由一个条形的材料弯成的圈。加热的时候，金属条伸长，所以原来的孔变大了。轮子加热后套入轴，就是利用这个道理。瓶盖太紧拧不开的时候，把它放在热水里加热就能拧开

mysuncool0315

加热有孔零件，孔是变小了还是变大了？
这个题目问的太宽广，是加热过程中还是均温后、冷却后？？？是管类件还是板类件？
: G8 T+ K$ T0 R/ N不好找理论根据，直觉上，在直径500mm的轴中心钻一直径2mm的孔，升温到300度，大家想想孔会大吗？但如果加工一个直径300mm的孔，孔径肯定会大。下面图片资料供参考：