《材料成形原理与工艺第14章塑性加工工艺（ 轧制、挤压）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料成形原理与工艺第14章塑性加工工艺（ 轧制、挤压）（90页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、塑性加工工艺 之 轧制 挤压 第14章 n轧制 n挤压 内容内容 轧制 rolling 轧制是在旋转轧辊的压力作用下 借助金属 坯料与轧辊接触表面之间的摩擦力 使金属坯料 进入回旋轧辊间隙 产生连续塑性变形 获得所 要求的截面形状并改变其性能的塑性加工方法 能够连续生产各种金属板材和型材的重要加 工方法 轧制加工的产品 厚板 薄板 方钢 圆钢 扁钢 六方棒 管材 6 冷轧机械设备 二辊实验冷轧机整体图 因轧薄和板形控制的需要 出现了各种各样的板带冷轧机 轧机主要由工作 机座和主传动系 统两大部分组成 工作机座是支 撑和固定轧辊 及导卫 调整 辊缝 轧制线 位置 辊缝 大小 辊缝形 状的系统 包
2、 括轧液压弯辊 装置 轧辊轴 向串动调整装 置 机架 上 辊平衡装置 导卫装置等 轧辊的转动 转向和转速是靠主传动系统的驱动和控制来实现的 7 新型轧机 从传动侧看 8 锻钢工作辊 锻钢中间辊 锻钢支承辊 多辊轧机 比如六辊轧 机 轧辊分为工作辊 中间辊和支承辊 工作 辊直接与轧件接触 支 承辊支撑着工作辊 通 过工作辊接触轧件可以 减小工作辊直径 增强 工作辊刚度 9 四辊 轧机 轧辊 调整 示意 简单理想轧制过程 n两个轧辊均被驱动 直径相等 转速相同 n轧制过程中两个轧辊完全对称 n轧辊为刚性的 轧件除受轧辊作用外 不受 其它外力作用 n轧件的机械性质均匀 轧制过程及其基本原理 轧制时的
3、金属受力 几何变形区 接触 咬入 角 压下和展宽 轧件在轧辊作用下产生变形的 区域 叫变形区 变形区以外两端 不 产生变 形的区域叫外区或刚端 1 变形区主要参数 1 压下量 2 变形区长度 咬入角 entering angle 3 延伸系数 5 宽展 b1 b0 L1 L0 4 压下率 前滑区 后滑区 中性面 轧件运动速度 轧辊线速度的水平分量 中性角 秒流量相等原则 单位时间内通过变形区内任一横 断面的金属体积应该为一常数 FHvH Fxvx Fhvh 常数 2 轧制过程中的金属流动 轧辊水平速度 变形区金属速度 3 咬入条件 咬入角摩擦角 咬入时 咬入后 1 降低 角 钢锭小头进钢 强迫
4、咬入 2 提高 角 改变轧件或轧辊的表面状态 合理地调节轧制速度 改善咬入条件的途径 3 宽展 轧制时 轧件的轧前和轧后的横向尺寸的差 也叫做 宽展量 b b b1 b0 b0 b1为轧制前 后的 轧件宽度 n自由宽展 轧制时 金属流动仅受轧辊和轧件间的摩擦阻力 不受其他外部阻碍与限制 n限制宽展 轧制时金属横向流动受孔型侧壁限制 n强迫宽展 轧件受孔型的切入作用 强制金属横向流动 影响宽展的因素 1 辊锻道次 宽展量随着压下量的增加而增加 在总压下量一 定时 减少辊锻道次就是增加压下量 所以减少辊锻道次会导致宽 展量增加 2 模具工作半径 辊锻模具工作半径与宽展量成正比 3 摩擦系数 摩擦系
5、数越大宽展量越大 4 坯料宽度 相对宽展量随着坯料宽度的增加而减少 绝对宽 展量在坯料宽度达到某一定值前与其成正比 超过此值后成反比 当坯料很宽时对宽展量无影响 轧制压力是轧制时轧辊施加于轧件使之变形 的力 但通常把轧件施加于轧辊总压力的垂 直分量称为轧制压力 5 轧制压力 a 轧辊弹性压扁 任何一台给定的轧机 都有一个最小可轧制厚度值 低于这一厚度 轧辊会产生很大变形 而被轧制的材料 无任何塑性变形 b 轧辊弯曲 会导致所生产的金属板中心厚边缘薄 c 轧机弹性或塑性 轧辊分离力使机架产生变形 辊缝增大 轧制力的影响 6 不对称轧制 asymmetrical rolling 变形条件不对称于轧
6、件的水平中心平面的 轧制过程 n变形区中金属的外力作用情况 轧辊的 压力 轧件所受的前 后张力或后推力 外摩擦以及变形区外区的作用等 n变形金属所处的实际内部状态 轧件的 温度 组织和性能等的分布状况 变形条件 异步轧制 cross shear rolling 上下工作辊表面线速度不等的一种轧制方式 也称搓轧 异步轧制时 上下轧辊的速度差是通过机械传动方式 或电气传动方式得到的 由于上下工作辊表面速度不 等 在变形区内形成有表面接触摩擦力反向的区段 即 所谓 搓轧区 改变了变形区内的压应力状态 增加 了剪变形 可以明显地降低轧制压力 增大一个轧程的总变形量 减少轧制道次和中间退火次数 提高轧机
7、的轧薄能力和轧制精度 异步轧制用于板带的冷轧复合 可增加材料接触面的剪切 变形 有助于破碎表面氧化膜 促进新鲜金属表面暴露和 产生摩擦热 提高表面能 有利于减小冷轧时的变形量 特点 异径辊轧制 rolling with different diameter rolling 异径辊轧制可以灵活地采用一个很小的工作辊来大幅度降低 轧制压力和能量消耗 利用另一个较大的工作辊来传递力矩 和提供咬入能力 并达到提高产品厚度精度和板形质量 见板 形缺陷 的目的 这样就能在薄板带生产中实现大压下轧制 简化工艺及其设备 节省能量消耗 提高产品质量和轧机生 产能力 在两个线速度基本相同而直径相差悬殊的轧 辊之间
8、进行的板带轧制 轧制的分类 以加工温度分类 以加工目的分类 热轧 0 7 0 8Tm 铸锭开坯 温轧 0 3 0 5Tm 板材轧制 带材 箔 轧制 冷轧 室温 型材轧制 管材轧制 以加工方式分类 按轧辊轴线与轧制线之间 轧辊旋转方向的关系不同 轧制可分为 纵向轧制 横向轧制 斜向轧制 纵向轧制 最常用的轧制方法 轧辊轴线相平行 旋转方向相反 轧件作 直线运动的轧制 轧制时 金属在两个 反向旋转的轧辊间产生 变形 轧件垂直于轧辊 轴线方向送入 轧辊类型 轧辊可分为平辊和型辊 平辊轧制 生产各种规格的 板 带 箔 型辊轧制 获得截面与形辊 孔形一致的圆 方 六角形 角形 槽形 丁字形 工 字形 钢
9、轨等型材 横向轧制 两个轧辊平行而同向旋 转 坯料在辊缝间转动而 无轴向运动 随轧辊旋转 在轧辊间产生变形 主要 用于加工各种变截面零件 毛坯 斜向轧制 轧辊旋转方向相同 轧辊轴线互交一角度 坯料沿轧辊轴线夹角中分 线方向旋转进给 在旋转的轧辊间轧制变形 轧件除了绕自身轴线旋转外 还沿该轴做前进运动 即螺旋前进 可用于穿孔管坯和管坯扩径 整径以及钢球轧制 成形轧制 n利用旋转的轧辊使金属坯料逐步变形制成工件成形方法 又称旋转锻造 n成形轧制时的变形是逐步的 连续的 旋转的 所以生产 效率高 设备运转平稳 易于实现机械化和自动化 n这种成形方法适用于制造轴 轴承环 钢球 丝杠 齿轮 和小工具等
10、n成形轧制也分为纵轧 横轧和斜轧 横轧成形 n孔型斜轧时轧辊之间的距离 不变 坯料向前旋转进给 轧辊表面的孔型将坯料逐步 轧压成形 n仿形斜轧时 轧辊的中心距 按仿形机构的指令变化 将 坯料轧制成形 仿形斜轧机 一般为3辊 坯料由移动夹头 沿轴向拉引 使坯料边旋转 边沿轴向移动 孔型斜轧和仿形斜轧 斜轧穿孔生产管材 特点 宽厚比 B H 大 规格 中厚板 中板4 20mm 厚板20 60mm 特厚板60mm以上 薄板和带材 0 2 4mm 极薄带材和箔材 0 001 0 2mm 技术要求 尺寸精度 板形 表面光洁度 性能 板带材轧制 1 中厚板轧制 2 热连轧板带材生产 与中厚板轧制的区别 不
11、用展宽 采 用立辊对宽度进行压缩 3 冷带钢生产 厚度 0 1 3mm 宽度为100 2000mm 优点 轧制速度高 可达40m s以上 道次压下率大 产 品表面光洁 板形平直 尺寸精度高和机械性能好 工艺特点 1 加工温度低 产生加工硬化 需要中间退火 2 采用工艺冷却和润滑 3 张力轧制 管材轧制 1 无缝钢管 1 穿孔 2 轧管 自动轧管机 3 均整 带芯棒斜轧 4 定径和减径 无芯 棒连轧 2 焊管 将管坯 钢板或带钢 弯曲成所需的钢管形 状 然后采用焊接法焊接成钢管 型材轧制主要用于各种型钢生产 大多数有色金属型 材主要采用挤压 拉拔的方法生产 型钢的轧制方法 在轧辊上加工出轧槽 把
12、两个或两 个以上轧辊的轧槽对应装配起来 形成孔型 轧制时 轧件通过一系列孔型 一般断面积由大变小 长度 由短变长 以达到所要求的形状和尺寸 型材轧制 角钢 槽钢 工字钢 孔型系统示例 线材轧制 n特点 1 总的延伸率大 轧件温降快 头尾温差大 轧 制速度高 2 机架多 分工细 产品比较单一 轧机专业程 度高 3 高速无扭转轧机具有特殊的孔型系统 Y型轧机 45 轧机 轧制时的金属流动 均匀流动 非均匀流动 均匀流动 金属在几何变形区中沿高度方向流动速度一致 接近 于润滑很好的冷轧薄板的变形情况 对大多数轧制不适用 轧制时的金属流动 非均匀流动 实际轧制过程中 尤其是热轧的情况下 金属在变形 区
13、的流动是不均匀的 表面层 进辊前即发生高向压缩 纵向延伸变形 在接触 弧中某段停止变形 而后继续变形 中间层 进辊前 高向伸长 纵向压缩 然后转为高向压 缩 纵向伸长 且速度非常快 没有中间停止区 平辊轧制时的金属变形 网格法试验可以揭示轧制时金属的流动规律 型辊轧制 各种型辊的孔形 型辊轧制的金属变形与内应力 由于坯料与孔形不 同 沿截面压下量有 差异 导致不均匀变 形更复杂 变形后金 属中存在复杂的内应 力 孔型 坯料形状与变形均匀性 轧辊孔型与金属坯料形状应尽量匹配 保证变形合理 轧辊变形与轧制缺陷 多辊轧制可保 证轧辊刚度和稳 定性 提高产品 平整度 常见轧制缺陷 a 头部层裂 b 横
14、向裂纹 c 尾部层裂 d 纵向劈裂 e 裂边 缺陷名称缺陷特征产生原因 结疤型钢表面上的疤状金属薄块 其大小 深浅不等 外形极不规则 常呈指 甲状 鱼鳞状 块状 舌头状无规律 地分布在钢材表面上 结疤下常有非 金属夹杂物 由于钢坯未清理 使原有的结疤轧后 仍残留在钢材表面上 表面夹杂暴露在钢材表面上的非金属物质称为 表面夹杂 一 般呈点状 块状和条状 分布 其颜色有暗红 淡黄 灰白等 机械的粘结在型钢表面上 夹杂脱 落后出现一定深度的凹坑 其大小 形状无一定规律 1 钢坯带来的表面非金属夹杂物 2 在加热或轧制过程中 偶然有非金 属夹杂韧 如加热炉的耐火材料及炉 渣等 炉附在钢坯表面上 轧制时
15、 被压入钢材 冷却经矫直后部分脱落 分层此缺陷在型钢的锯切断面上呈黑线或 黑带状 严重的分离成两层或多层 分层处伴随有夹杂物 1 主要是由于镇静钢的缩孔或沸腾钢 的气囊未切净 2 钢坯的皮下气泡 严重疏松 在轧制时未焊台 严重的 夹杂物也会造成分层 3 钢坯的化学成份偏析严重 当轧制 较薄规格时 也可能形成分层 气泡 凸包 型钢表面呈现的一种无规律分布的园形 凸起称为凸包 凸起部分的外缘比较园 滑 凸包破裂后成鸡爪形裂口或舌形结 疤 叫气泡 多产生于型钢的角部及腿 尖 钢坯有皮下气泡 轧制时未焊合 裂纹顺轧制方向出现在型钢表面上的线形开 裂 一般呈直线形 有时呈 Y 形 多为 通长出现 有时局
16、部出现 1 钢坯有裂缝或皮下气泡 非金属夹杂物 经轧制破裂暴露 2 加热温度不均匀 温度过低 轧件在轧制 时各部延伸与宽展不一致 3 加热速度过快 炉尾温度过高或轧制后冷 却不当 易形成裂纹 此种情况多发生在高碳 钢和低合金钢上 尺寸超差 尺寸不合 规格不合 尺寸超差是指型钢截面几何尺寸不符标 准规定要求的统称 这类缺陷名目繁多 大部以产生部位以及其超差程度加以 命名 例工 槽 角钢的腿长 腿短 腰厚 腰薄及一腿长 一腿短 1 对工字钢成品孔腿长往往表现在开口腿上 主要由于腰部压下量不够 角钢和槽钢成品 孔压下量的大小 直接影响腿长和腿短 2 切深孔切人太深 造成腿长无法消除 3 轧辊不水平或有轴向串动 以及800咬入不 正 成品孔夹板上偏等都会造成一腿长 一腿 短等 4 腰的厚 薄主要是成品孔及成品前孔压下 量不合理所造成 划伤 刮 伤 擦伤 划痕 一般呈直线或弧形的沟槽 其深度不 等 通长可见沟底 长度自几毫米到 几米 连续或断续地分布于钢材的局 部或全长 多为单条 有时出现多条 1 导卫板安装不当 对轧件压力过大 将轧件表 面划伤 2 导卫板加工不良 口边不圆滑 或磨损严重 粘有
