《实验1最大咬入角的测定 - 东北大学冶金与材料工程.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实验1最大咬入角的测定 - 东北大学冶金与材料工程.（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、材料成型工艺学课程实验 实验题目：轧制原理实验 实验学时：总学时为 20， 先修课程：熔炼与铸锭，材料成形力学，塑性加工金属学，金属学与热处理 适用专业：材料成型与控制工程 课程性质：非独立性 课程负责人：高秀华 专业负责人：丁桦 实验时间：第六学期实验 1 最大咬入角的测定一、实验目的与实验原理1.1 轧制过程基本概念轧制过程是靠旋转的轧辊与轧件之间形成的摩擦力将轧件拖进辊缝之间，并使之受到压缩产生塑性变形的过程。轧制过程除使轧件获得一定形状和尺寸外，还必须使组织和性能得到一定程度的改善，这也是轧制过程的两个主要任务。1.1.1 轧制变形区及其主要参数所谓简单轧制过程，就是指轧制过程上下轧辊
2、直径相等，转速相同，且均为主动辊、轧制过程对两个轧辊完全对称、轧辊为刚性、轧件除受轧辊作用外，不受其他任何外力作用、轧件在入辊处和出辊处速度均匀、轧件的机械性质均匀。图 1-1 变形区的几何形状理想的简单轧制过程在实际中是很难找到的，但有时为了讨论问题方便，常常把复杂的轧制过程简化成简单轧制过程。轧件承受轧辊作用发生变形的部分称为轧制变形区，即从轧件入辊的垂直平面到轧件出辊的垂直平面所围成的区域 AA1B1B(图 1-1)，通常又把它称为几何变形区。轧制变形区主要参数有咬入角和接触弧长度。如图 1-1 所示，轧件与轧辊相接触的圆弧所对应的圆心角称为咬入角。压下量与轧辊直径及咬入角之间存在如下的
3、关系： cos2Rh因此得到 cos1Dh(1-1)图 12 轧辊与轧件弹性压缩时接触弧长度即 ，Dh1cosRhD212sin得 R2in(1-2)当 很小时(Px 时能咬入。TxPx 时不能咬入。Tx=Px 时处于临界状态。由于 ，故在临界条件下，有 ，可写成：sin,cos sincoPTtgcos(1-10)根据库仑摩擦定律，摩擦系数 ，所以在临界状态下有：PTftgf(1-11)根据摩擦角的概念，摩擦角 的正切值就是摩擦系数 。f所以： tgf由此可以总结出如下结果(如图 1-4)：当 时合力 R 指向轧制方向，轧件能被咬入。a当 时合力 R 指向轧制反方向，此时轧件不能被咬入。图
4、13 轧辊与轧件接触瞬间的受力分析图 15 轧件充填辊缝过程中作用力条件的变化图解（a）充填辊缝过程；（ b）稳定轧制阶段当 时合力 R 垂直于轧制方向，轧件处于临界状态。由刚好咬入时的压下量(h)按照(1-9)式确定的咬入角即是咬入阶段允许的最大咬入角max。图 14 轧件和轧辊接触时受力分析1.2.2.2 稳定轧制阶段的最大允许咬入角在咬入过程中，金属和轧辊的接触面，一直连续增加，轧制压力 P 及摩擦力 T 的合力R 不断向变形区出口方向移动，咬入力 Tx 与咬入阻力 Px 的差值越来越大，这时更容易咬入并允许实现最大咬入角 。如图 1-5y所示，随着轧件的不断充填辊缝，表示合力作用点的中
5、心角不断变化着，合力作用点内移， 角自 y 开始逐渐减小，相应地，轧辊对轧件作用力的合力逐渐向轧制方向倾斜，向有利于咬入的方向发展，直至轧件完全充填辊缝，此时合力作用点的位置即固定下来， 值达到最小并不再变化，如图 1.4 所示。此时： xyK类似咬入阶段时的分析，引入摩擦角的概念，此时的咬入条件则变为：，xyK假定单位压力沿接触弧均匀分布，则合力 R 的作用点约在咬入角 的二分之一处，y此时咬入条件简化为：或2yy所以稳定轧制阶段允许的咬入角约等于自然咬入阶段允许咬入角的 2 倍。实际轧制过程中并不完全满足上面的关系，通常热轧时： ，而冷轧时，7.15yxaK此值在 22.4 之间。二、实验
6、设备与工具实验设备：不可逆轧机。1803、实验工具：千分尺，外卡钳，游标卡尺，钢板尺。实验材料：铅试样六块，尺寸视轧机辊径及辊面宽而定；通常采用 10mm30mm100mm 的板料即可满足实验要求。其它材料：汽油，润滑油，白粉笔，棉纱。三、实验方法和步骤每组取试样六块，检查试样表面和端部是否光滑整齐呈 90角，否则用锉刀进行修理。精确测定轧辊直径，试样尺寸，记入附表。本实验用三种实验条件进行实验，即：一般状态、加油润滑、涂白粉笔。采取逐渐抬高辊缝的方法进行轧制。首先讲辊缝调到 3 毫米左右，将试样放到轧机前导板上，用手轻轻送入轧辊之间，如不能咬入，将试样取回，抬高上轧辊，再次将试样送入。如此反
7、复进行，直至轧件被咬入，待轧件出现轧卡立即停机。抬高轧辊取出试样，测量轧后高度 h 和轧卡高度 。如图H1.4 所示，再根据公式(1.1)求得最大咬入角。三、实验要求 图 1.4 轧件轧卡示意图1.讨论外力、摩擦条件对咬入的影响。2.讨论 Kx 值变化的范围和波动原因。3.将测量和求出的数值填入附表内。4.写出实验报告。最大咬入角的测定附表 1:件号 材质 实验条 件 D,mm H,mm h,mm Cosmax max Hmax Cosymax ymax1 铅2 铅3 铅4 铅5 铅6 铅最大咬入角的测定附表 2:件号 材质 实验条件 n f 1 铅 一般状态2 铅 一般状态3 铅 加油润滑4
8、 铅 加油润滑5 铅 涂白粉笔6 铅 涂白粉笔实验 2 宽展及其测量一、实验研究的意义在轧制过程中轧件的高度方向承受轧辊压缩作用，压缩下来的体积，将按照最小阻力法则沿着纵向及横向移动。沿横向移动的体积所引起的轧件宽度的变化称为宽展。在习惯上，通常将轧件在宽度方向线尺寸的变化，即绝对宽展直接称为宽展。虽然用绝对宽展不能正确反映变形的大小，但是由于它简单，明确，在生产实践中得到极为广泛的应用。轧制中的宽展可能是希望的，也可能是不希望的，视轧制产品的断面特点而定。当从窄的坯轧成宽成品时希望有宽展，如用宽度较小的钢坯轧成宽度较大的成品，则必须设法增大宽展。若是从大断面坯轧成小断面成品时，则不希望有宽展
9、，因消耗于横变形的功是多余的，在这种情况下，应该力求以最小的宽展轧制。纵轧的目的是为得到延伸，除特殊情况外，应该尽量减小宽展，降低轧制功能消耗，提高轧机生产率。不论在哪种情况下，希望或不希望有宽展，都必须掌握宽展变化规律以及正确计算它，在孔型中轧制则宽展计算更为重要。正确估计轧制中的宽展是保证断面质量的重要一环，若计算宽展大于实际宽展，孔型充填不满，造成很大的椭圆度，如图 2-1(a)所示。若计算宽展小于实际宽展，孔型充填过满，形成耳子如图(2-1)(b)所示，以上两种情况均造成轧件报废。图 2-1 由于宽展估计不足产生的缺陷(a)未充满；(b)过充满因此，正确地估计宽展对提高产品质量，改善生
10、产技术经济指标有着重要的作用。二、实验的原理2.1 宽展的分类及其组成2.1.1 宽展的分类在不同的轧制条件下，坯料在轧制过程中的宽展形式是不同的。根据金属沿横向流动的自由程度，宽展可分为：自由宽展，限制宽展和强迫宽展。坯料在轧制过程中，被压下的金属体积其金属质点在横向移动时，具有沿垂直于轧制方向朝两侧自由移动的可能性，此时金属流动除受接触摩擦的影响外，不受其他任何的阻碍和限制，如孔型侧壁、立辊等，结果明确地表现出轧件宽度上线尺寸的增加，这种情况称为自由宽展，如图 2-2 所示。图 2-2 自由宽展轧制自由宽展发生于变形比较均匀的条件下，如平辊上轧制矩形断面轧件，以及宽度有很大富裕的扁平孔型内
11、轧制。自由宽展轧制是最简单的轧制情况。限制宽展是指坯料在轧制过程中，金属质点横向移动时，除受接触摩擦的影响外，还承受孔型侧壁的限制作用，因而破坏了自由流动条件，此时产生的宽展称为限制宽展。如在孔型侧壁起作用的凹型孔型中轧制时即属于此类宽展，如图 2-3 所示。由于孔型侧壁的限制作用，使横向移动体积减小，故所形成的宽展小于自由宽展。图 2-3 限制宽展(a)箱形孔内的宽展；(b)闭口孔内的宽展而强迫宽展是指坯料在轧制过程中，金属质点横向移动时，不仅不受任何阻碍，且受有强烈的推动作用，使轧件宽度产生附加的增长，此时产生的宽展称为强迫宽展。由于出现有利于金属质点横向流动的条件，所以强迫宽展大于自由宽
12、展。在凸型孔型中轧制及有强烈局部压缩的轧制条件是强迫宽展的典型例子，如图 2-4 所示。在图 2-4(a)中，由于孔型凸出部分强烈的局部压缩，强迫金属横向流动。轧制宽扁钢时采用的切深孔型就是这个强制宽展的实例。而在图 2-4(b)所示是由两侧部分的强烈压缩形成强迫宽展。图 2-4 强迫宽展轧制在孔型中轧制时，由于孔型侧壁的作用和轧件宽度上压缩的不均匀性，确定金属在孔型内轧制时的宽展是十分复杂的，尽管做过大量的研究工作，但在限制或强迫宽展孔型内金属流动的规律还是不十分清楚，一般要根据经验确定宽展系数。2.1.2 宽展的组成由于轧辊与轧件的接触表面上存在着摩擦,以及变形区几何形状和尺寸的不同,因此
13、沿接触表面上金属质点的流动轨迹与接触面附近的区域和远离的区域是不同的。它一般由以下几个部分组成：滑动宽展 B1、翻平宽展 B2 和鼓形宽展 B3，如 2-5 图所示。(1)滑动宽展是变形金属在与轧辊的接触面产生相对滑动所增加的宽展量，以 B1 表示，展宽后轧件由此而达到的宽度为： 11H(2)翻平宽展是由于接触摩擦阻力的作用，使轧件侧面的金属，在变形过程中翻转到接触表面上，使轧件的宽度增加，增加的量以 B2 表示，加上这部分展宽的量之后轧件的宽度为：2112BH(3)鼓形宽展是轧件侧面变成鼓形而造成的展宽量，用 B3 表示，此时轧件的最大宽度为： 33b显然，轧件的总展宽量为： 321通常理论
14、上所说的宽展及计算的宽展是指将轧制后轧件的横断面化为同厚度的矩形之后，其宽度与轧制前轧坯宽度之差，即 HhB因此，轧后宽度 Bh 是一个为便于工程计算而采用的理想值。上述宽展的组成及其相互的关系，由图 2-5 可以清楚地表示出来。滑动宽展B1、翻平宽展 B2 和鼓形宽展 B3 的数值，依赖于摩擦系数和变形区的几何参数的变化。它们有一定的变化规律，但至今定量的规律尚未掌握。只能依赖实验和初步的理论分析了解它们之间的一些定性关系。例如摩擦系数 f 值越大，不均匀变形就越 图 25 宽展沿轧件横断面高度 分布图 26 各种宽展与 的关系hl严重，此时翻平宽展和鼓形宽展的值就越大，滑动宽展越小。各种宽
15、展与变形区几何参数之间有如图 2-6 所示的关系，有图中之曲线可见，当 越小时，则滑动宽hl展越小，而翻平和鼓形宽展占主导地位。这是因为 越小，粘着区越大，故宽展l主要是由翻平和鼓形宽展组成。而不是由滑动宽展组成。2.2 宽展的测量2.2.1 实验目的及原理通过实验了解相对压下量，轧件厚度，轧件宽度，摩擦系数及轧辊直径对宽展的影响。验证计算宽展公式的正确性。在轧制过程中，压缩的金属质点大致按照“最小阻力定律”在横向纵向产生流动。纵向伸长称为延伸，轧件横向变形产生的宽度变化称为宽展。通过对影响宽展的因素进行实验研究，可正确掌握宽展的变化规律和控制利用宽展。1. 相对压下量的影响压下量 h增大，变形区长度 l 增加( )，变形区形状参数 l/h 也增加，因而hR使纵向流动阻力增加，金属质点横向流动增加，故使宽展增加；同时 h/H增加,则高向压下的金属体积增加,因而宽展也随之增大。2. 轧件宽度 B 对宽展的影响随轧件宽度的增加宽展减小。这是因为宽度增加，横向阻力加大，金属质点横向流动减少。另一方面，在变形区前
