塑性加工原理讲解

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1、1,塑性成型(加工)原理,2,绪论,一、塑性加工的主要方法 二、当代轧制技术的发展趋势 三、轧制理论的作用及发展 四、本课程的研究对象及目的 五、学习方法,3,1.塑性成型（加工）的概念 对材料施加一定的外力作用使其产生塑性变形并获得一定形状、尺寸和性能的产品的加工方法,一、塑性成型(加工）的主要方法,4,2.金属塑性加工的特点 优点：1)无削加工，节省金属； 2)改善组织和性能； 3）产量高，能量消耗少，成本低，适于大批量生产。 不足：1)对于形状复杂，尺寸精确，表面十分光洁的产品尚不及切削加工； 2)在成本及形状复杂方面不及铸造； 3)只能用于生产具有塑性的金属。,5,1）按变形温度分类：

2、 热加工：是指再结晶温度以上所完成的压力加工过程。 冷加工：指在再结晶温度以下所完成的压力加工过程。 温加工：介于冷、热加工之间的压力加工过程。,3、塑性加工的主要方法,6,2）按变形方式,(1) 轧制：金属通过旋转的轧辊受到压缩，横断面积减小，长度增加的过程。,举例：型、板、管、线 等,7,(2) 挤压：金属在挤压筒中受推力作用从模孔中流出而制取所需断面的加工方法。,正挤,反挤,8,举例：管、棒、型 其它：异型截面。,9,(3)拉拔：是指金属通过固定的具有一定形状的模孔中拉拔出来，而使金属断面缩小、长度增加的一种加工方法。,10,(4) 锻造：锻锤锤击工件产生压缩变形 A.自由锻：指金属在锻

3、造过程的流动受工具限制不严格。,我国自行研制的万吨级水压机,11,B.模锻：指金属在锻造过程的流动受工具限制严格。 举例：飞机大梁，火箭捆挷环等,万吨级水压机模锻的飞机大梁、火箭捆挷环,12,(5) 冲压：金属坯料在冲模之间受压产生分离或变形的加工方法。,13,二、当代轧制技术的发展趋势,1.发展趋势 钢材生产的集约化和现代化,1）过程综合柔化性：（适应 小批量、多品种、短交货期的市场要求） 例如：板带：自由程序轧制； 型钢：无孔型平辊轧制。,14,2）机电一体智能化：自动控制和智能控制 自动化是现代化轧钢厂提高产品质量的最为有效的手段，与人工智能结合控制是轧制技术发展的新的重要方向。,15,

4、3）工艺最佳连续化： 如高精度轧制、短流程及连铸连轧、无头轧制。 4）技管结合一贯化:提高产品质量，减少物流时间，缩短生产周期，加速资金周转。,16,.带来的问题 1）集约化的结果使各工序的匹配衔接问题变的尖 锐起来。 2）钢材生产工艺流程中的一些特性便显得重要起来。 3）关注物流。 物流是指物质实体从供应者向需求者的物理移动，它由一系列创造时间价值和空间价值的经济活动组成，包括运输、保管、配送、包装、装卸、流通加工及物流信息处理等多项基本活动，是这些活动的统一。,17,2006年我们进口了3.26亿吨矿，实际上只消费了2.8718亿吨，还有3882万吨矿买进来积压在港口，没有用上。 2009

5、年1-7月份，中国的铁矿石进口量已经达到3.553亿吨，截至8月7日，港口的铁矿石库存是7329万 吨。 2013年中国的铁矿石进口量已经达到8.19亿吨，港口的铁矿石库存是8000万吨以上。 正是因为运力紧张，运输成本大大增加，以2005年11月份为例，同样是一吨进口矿，从东南港口运到宝钢是350块钱，运到武钢是527块钱，而运到包头就达到800多块钱。,18,三、轧制理论的作用及发展 1.理论的发展 由第一代变形理论（变形区）第二代动态理论（如液压AGC等，把工具与工件联系起来）第三代系统分析理论第四代人工智能理论。 2.理论的作用 理论来源于实践，反过来指导实践 如孔型系统的形成，连轧理

6、论、斜轧变形特征等。,19,四、本课程的研究对象及目的 1）熟悉轧制过程中各种变化现象的变化规律 2）掌握力能参数工程计算法应用 3）为后续课程的学习打下基础 轧制工艺、轧制过程自动控制、轧制设备、 板型理论与厚控、孔型设计、车间设计、毕业设计,20,五、学习方法 1）结合实习、加强理解；在理解的基础上，掌握。 2）课后及时复习，做到融会贯通。 参考书目： 王廷溥,齐克敏.金属塑性加工学轧制理论与工艺.冶金工业出版社,21,1 轧制过程基本概念 目的及要求： 1.掌握变形区主要参数及相互关系； 2.掌握咬入条件及改善咬入的途径； 3.熟悉轧制过程变形、运动学、力学条件； 4.熟悉金属在变形区里

7、的流动规律。,22,一、轧制的不同分类方式 ）按轧制温度不同：热轧、冷轧 ）按轧件与轧辊的相对运动 ： 纵轧、横轧、斜轧 ）按成型特点：一般、特殊,预备知识,23,二、纵、横、斜三种轧法的区别 纵轧：二轧辊轴线平行，转向相反，轧件运动方向与轧辊轴线垂直。 斜轧：轧辊轴线不平行，即在空间交成一个角度，轧辊转向相同，轧件作螺旋运动。,24,横轧：轧辊轴线平行，但转向相同，轧件仅绕自身的轴线旋转，没有直线运动。,25,三、几个基本概念 轧制过程：靠旋转的轧辊与轧件之间的摩擦力将轧件拖入辊缝之间，并使之受到压缩产生塑性变形，获得一定形状、尺寸和性能产品的压力加工过程。,体积不变规律：在塑性加工变形过程

8、中，如果忽略金属密度的变化，可以认为变形前后金属体积保持不变。,26,最小阻力定律：物体在塑性变形过程中，其质点总是向着阻力最小的方向流动。,简单轧制过程：轧制时上下辊径相同，转速相等，轧辊无切槽，均为传动辊，无外加张力或推力，轧辊为刚性的。,27,1.1变形区及主要参数 轧制时轧件在轧辊作用下发生变形的部分。,弹性变形区,塑性变形区,弹性恢复区,28,1.1变形区及主要参数 1 变形区概念： 轧件承受轧辊作用，产生塑性变形的区域。 变形区分： 几何变形区：轧件直接承受轧辊作用，产生塑性变形的区域。 物理变形区：轧件间接承受轧辊作用，产生塑性变形的区域。,注意：无特殊说明，今后变形区指的就是几

9、何变形区,29,2. 主要参数,咬入角：轧件最先与轧辊接触的点与轧辊中心点的连线和轧辊中心线的夹角。 接触弧s（咬入弧）：轧制时，轧件与轧辊相接触的圆弧(弧AB）。 变形区（接触弧）长度l：接触弧的水平投影长度。,30,3.各主要参数间相互关系 1）咬入角: cos=1- h /D h = D（l-cos）,变形区任一断面高度 hx : hx = hx+h= D（l-cosx）+h,当很小时， h /R,31,最大压下量:,不同轧制条件下的最大咬入角,32,2）变形区长度 l A.不考虑弹性变形 （1）简单轧制，即上下辊直径相等,33,（2）上下辊直径不相等(异步轧制）,34,B.考虑弹性变形

10、 l ,所以 l l，关于l的计算，第5章讨论。,35,4.轧制变形的表示方法,绝对变形量 相对变形量 变形系数,36,1）绝对变形量：轧前、轧后轧件尺寸的绝对差值。 压下量 h = H-h 宽展量 b = b-B 延伸量 l = l- L,计算简单，能直接反映出物体尺寸的变化，但不能正确反映出物体的变形程度。,37,有两块金属在宽度和长度上相同， 而 高度：H1=4mm、 H2=10mm， 经过加工后高度：h1=2mm、 h2=6mm， 则：h1=2mm、 h2=4mm， 这能说明第二块金属比第一块的变形程度大吗?,例如：,38,2）相对变形量：轧前、轧后轧件尺寸的相对变化。 相对压下量 =

11、（ h/H）% e = ln h/H 相对宽展量 b=（b /B ）% eb = ln b/B 相对延伸量 l =（l/L ）% el = ln l/L。,39,压下系数：=H/h 宽展系数：（）= b/B 延伸系数： （）= l/L 根据体积不变原理 HBL=hbl 三者之间存在如下关系： 即= 或 ln（1/）+ln+ln =0 上式说明，在一定压下量下将会得到一定的延伸量和宽展量。,3）变形系数：用轧前、轧后轧件尺寸的比值表示的变形。,40,4）延伸系数与压下率 设轧件原始面积为F0 ,经过n道次轧制后面积为Fn ，则,（累积压下率）,41,将各道次的延伸系数相乘，得,故可得出结论：总延

12、伸系数等于相应各部分延伸系数的乘积。,轧件各道次的延伸系数为:,(1)总延伸系数与道次延伸系数之间关系,42,（2）累积压下率与道次压下率之间关系,43,1.2 实现轧制过程的条件 轧制过程：靠旋转的轧辊与轧件之间的摩擦力将轧件 拖入 辊缝，并使之受到 压缩 产生塑性变形，获得一定形状、尺寸和性能的压力加工过程。,44,轧制过程的三阶段,一 、 咬入阶段,咬入阶段：轧件前端与轧辊接触的瞬间起到前端达到变形区的出口断面（轧辊中心连线）称为咬入阶段。如图所示。,咬入：依靠旋转的轧辊与轧件间的摩擦力将轧件拖入辊缝的现象。,45,二 、 稳定轧制阶段,从轧件前端离开轧辊中心连线开始，到轧件后端进入变形

13、区入口断面止，这一阶段称为稳定轧制阶段。,稳定轧制阶段：,46,三 、抛 (甩)出阶段,从轧件后端进入入口断面时起到轧件完全通过辊缝（轧辊中心连线），称为抛 (甩)出阶段。,抛 (甩)出阶段：,47,1.2.1 咬入条件,1.（自然）咬入条件 受力分析如图 1-1,图1-1 咬入时轧件受力分析,图1-2 P和T力的分解,轧件对轧辊的作用力 轧辊对轧件的作用力,48,轧辊对轧件的作用力P、T Py 、Ty ：压缩轧件，使轧件产生塑性变形 Px 、Tx ：决定轧件能否咬入 Px Tx ：不能咬入 Px = Tx ：临界咬入 Px Tx ：咬入 咬入条件：Px Tx 而Px = Psin Tx=P

14、f cos 即sinf cos tanf =tan (自然)咬入条件,49,热轧 型钢：=2025 带钢：=1020,确定摩擦角,50,2.实现稳定轧制时的(咬入)条件 在咬入过程中，如图,表示轧件咬入后其前端与中心线所成的夹角，按照轧件进入轧辊的程度，一直是在减少。当轧件完全充填辊缝即= 0 时，进入稳定轧制阶段。 设压力沿着接触弧均匀分布，则P、T合力作用角在1/2接弧处。受力分析如上图。,51,知稳定轧制时放宽了咬入条件。 即，稳定轧制阶段的最大允许压下量较自然咬入时的最大允许压下量大。,当= 0时，即=/2，是实现稳定轧制的 临界条件。,当 TxPx ，实现稳定轧制,而Tx=Tcos

15、Px=Psin tantan ,则/2 2稳定轧制条件,比较咬入条件，,52,金属进入变形区情况,稳定轧制建成过程咬入条件,问题：实际稳定轧制时的咬入角与自然咬入时的咬入角 是2倍的关系吗？,2,比较：,53,大量实验研究还证明： 在热轧情况下，稳态轧制时的摩擦系数小于开始咬入时的摩擦系数，其最大咬入角约为1.51.7倍摩擦角，即（1.51.7）； 在冷轧情况下，稳态轧制时的最大咬入角 （22.4）。,图6-6 稳定轧制阶段和的关系,54,1.2.2 最大压下量的计算方法 压下量、轧辊直径及咬入角三者之间的关系，即 一 、 按最大咬入角计算最大压下量 当咬入角的数值为摩擦条件允许的最大值时，相应的压下量为最大： 在生产实际中，不同轧制条件所允许的最大咬入角如下表所列。,55,不同轧制条件下的最大咬入角,56,二、 按摩擦系数计算最大压下量 由摩擦系数与摩擦角的关系及咬入条件 和 知,而由数学关系有,将上式代入到,中可得,式中轧制时的摩擦系数,可由公式计算或由表14-1等资料查找。,57,例题 假设热轧时轧辊直径D=800mm，摩擦系数0.3，求咬入条件所允许的最大压下量及建立稳定轧制过程后，利用剩余摩擦力可以达到的最大压下量。 解：（1）咬入条件允许的最大压下量 =34mm （2）在建立稳定轧制过程后，利用剩余摩擦力可达到的最大压下量 取