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1、塑性加工工艺第二节 轧制轧制定义：轧制定义： 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。一、轧制过程及其基本原理简单理想轧制过程：两个轧辊均被驱动、直径相等、转速相同；轧制过程中两个轧辊完全对称；轧辊为刚性的；轧件除受轧辊作用外，不受其它外力作用；轧件的机械性质均匀。1.变形区主要参数 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）压下量（2）变形区长度（3）延伸系数 =L1/L0 （4）压下率（5）宽展 =b1b0 3. 咬入条件 咬入时 咬入后4 实现轧制过程的条件实现轧制过程的条件轧制过程是否
2、能建立，决定于轧件能否被旋转轧制过程是否能建立，决定于轧件能否被旋转的轧辊咬入因此，研究分析轧辊咬入轧件的的轧辊咬入因此，研究分析轧辊咬入轧件的条件，具有非常重要的实际意义条件，具有非常重要的实际意义 1 咬入条件1) 咬入:依靠回转的轧辊与轧件之间的摩擦力,轧辊将轧件拖入轧辊之间的现象.2) 2) 咬入条件的确定咬入条件的确定( (分析金属刚被咬入时的受力分析金属刚被咬入时的受力) )受力分析受力分析结论物理概念物理概念根据物理概念:摩擦系数可用摩擦角表示.即摩擦角的正切就是摩擦系数f.tg=f则 tgtg 轧制过程中的咬入条件为摩擦角大于咬入角, =为临界条件3. 咬入条件 咬入时 咬入后
3、改善咬入条件的途径：（1）降低角： （2）提高角： 二、轧制方法1.按轧制温度 热轧 冷轧2.按轧件与轧辊的相对运动关系 纵轧：轧辊的纵轴线相互平行，轧件运动方向与延伸方向与轧辊纵轴线垂直。 斜轧：轧辊的纵轴线倾斜互成一定角度，轧件边旋转边沿自身纵轴线方向前进，且前进 方向与轧辊纵轴线方向成一定角度。 横轧：轧辊的纵轴线相互平行，轧件沿自己的横轴线方向运动前进，与轧辊纵轴线垂直。 纵轧 斜轧 横轧3. 按轧制生产过程 半成品轧制开坯 成品轧制粗轧、精轧三、板带材轧制特点：宽厚比（B/H）大规格：中厚板（中板420mm，厚板2060mm， 特厚板60mm以上） 薄板和带材（0.24mm） 极薄带
4、材和箔材（0.0010.2mm）技术要求： 尺寸精度、板形、表面光洁度、性能四、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。第三节 挤压一、挤压原理、基本方法 及特点1.挤压定义：对放在挤压筒内的金属坯料施加压力，使之从特定的模孔中流出，获得所需断面形状和尺寸的一种塑性加工方法。2.挤压方法： 可按挤压方向、变形特征、润滑状态、挤压温度、挤压速度、模具种类或结构、坯料形状或数目、制品形状或数目分类。常用挤压方法3. 特点：具有比轧制更为强烈的三向压应力状态
5、图，金属可以发挥其最大的塑性，获得大变形量。可加工用轧制或锻造加工有困难甚至无法加工的金属材料。可生产断面极其复杂的，变断面的管材和型材。灵活性很大，只需更换模具，即可生产出很多产品。产品尺寸精确，表面质量好。工艺流程简单，设备投资少，实现生产过程自动化和封闭化比较容易。 金属的固定废料损失较大。压余量1015，轧件的切头尾损失仅为13。加工速度低。沿长度和断面上制品的组织、性能不够均一。工具消耗较大。小结： 挤压法非常适合于生产品种、规格、批数繁多的有色金属管、棒、型材及线坯。在生产断面复杂的或薄壁的管材和型材，直径与壁厚之比趋近于2的超厚壁管材，以及脆性的有色金属和钢铁材料方面，挤压法是唯
6、一可行的压力加工方法。二、挤压基本理论二、挤压基本理论 1.正挤压时金属的流动正挤压反挤压挤压力 P挤压轴位移（1）填充挤压阶段：锭筒间隙，填充系数 Rt=Ft/F0坯锭的长度与直径之比（2）基本挤压阶段挤压比锭坯断面积/制品断面积纵向线两次弯曲，弯曲角度由外向内逐渐缩小。压缩锥（变形区）。横向线弯曲。外层网格变形为平行四边形，说明承受了剪切变形，外层金属的主延伸变形比内层的大，沿纵向制品后端的主延伸变形比前端的大。使用平模或大模角锥模挤压时，都存在死区。模角增大、摩擦加大、挤压比减小、挤压速度降低，死区增大。死区的存在对提高制品表面质量极为有利。棒材前端横向线弯曲很小，制品头部晶粒粗大，机械
7、性能低劣，应切除。（3）终了挤压阶段挤压力上升各种缩尾形成过程示意图减少缩尾的措施：进行不完全挤压，留压余；脱皮挤压；机加工锭坯表面。2. 反挤压时的金属流动挤压力比正挤压小3040，且与坯料长度无关。反挤压时的塑性变形区很小，集中在模孔附近，网格的横向线与筒壁基本上垂直，进入模孔时才发生剧烈的弯曲。不存在锭坯内中心层与周边层区域的相对位移，金属流动较均匀。产生挤压缩尾的倾向很小，压余可比正挤压时减少一半。挤压筒和模具的磨损小，寿命长。死区很小，恶化制品表面质量。3. 影响金属流动的因素（1）挤压筒壁上的摩擦力（2）筒温（3）金属导热性（4）润滑剂的绝热性（5）合金相状态（6）金属的强度（7）
8、模角（8）变形程度4. 挤压力 挤压杆通过挤压垫作用在锭坯上使之流出模孔的压力，称为挤压力。通常指Pmax。影响挤压力的因素（1）温度，金属变形抗力，挤压力。（2）变形程度，挤压力。（3）挤压速度（4）摩擦，挤压力。（5）模角（6）锭坯长度， 挤压力（7）反挤压力比 正挤压力低 2030。三、挤压工具第四节 拉拔加工一、拉拔原理、方法、特点1.拉拔定义： 在外加拉力的作用下，迫使金属通过模孔产生塑性变形，以获得与模孔形状、尺寸相同的制品的加工方法，称之为拉拔（或称为拉伸）。是生产管材、棒材、型材及线材的主要方法之一。拉拔成形原理示意图2. 拉拔方法 实心材拉拔棒材、型材、线材 空心材拉拔管材3
9、. 特点（1）拉拔制品尺寸精度高，表面光洁度好。（2）工具与设备简单，维护方便。（3）最适合于连续高速生产断面尺寸小的长制品。（4）拉拔道次变形量和两次退火间的总变形量受到限制，工艺过程长。过大的道次加工率将导致制品尺寸、形状不合格，甚至被拉断。原因是变形区内为两压一拉应力状态，不利于充分发挥金属的塑性。二、拉拔基本原理1.圆棒拉拔时的应力与变形2. 管材拉拔时的应力与变形（1）空拉空拉时的主应力： 1轴向应力l 2径向应力r 3切向应力 空拉时的壁厚变化取决于r m m（ 1+ 2+3）/3 r m 0，管壁增厚 r m =0，管壁不变 r m0，管壁变薄 空拉能起到自动纠正管坯偏心的作用。
10、特 点：1.芯头表面与管子内表面产生摩擦，拉拔力增大。2.内壁上径向应力不为零，管子内外层径向应力差值小，变形比较均匀。三、实现拉拔过程的必要条件 由于拉拔是通过施加在制品上的拉力实现的，施加在制品断面上的拉力L必须小于金属出模口处的屈服强度s。否则，将会产生制品细颈、甚至拉断等现象。 K=1.42.0，即L =(0.70.5) b。 K过小，意味着加工率过大，容易产生断头、拉断等现象； K过大，表示道次加工率过小，没有充分发挥金属的变形能力。 制品直径越小，壁厚越薄，K值应越大些。第五节 锻造1 定义：是借助锻锤、压力机等设备对坯料施加压力，使其产生塑性变形，获得所需形状、尺寸和一定组织性能
11、的锻件。2 特点：在塑性变形中，能使坯料的粗晶粒破碎、疏松、孔隙被压实、焊合，锻件的内部组织和性能得到较大改善。第五节 锻造一、自由锻 用简单通用的工具，或是在锻压设备的上、下砧之间直接使坯料产生塑性变形，获得具有一定形状、尺寸和性能锻件的加工方法。 特点： 不需专用模具，由人工掌握，比较灵活，适合单件、小批及大型锻件的生产。 在空气锤和蒸汽-空气锤上进行。大型锻件的加工通常是在油压机或水压机上进行。 主要工序有： 镦粗、拔长、冲孔、扩孔、弯曲、错移等。轴类和杆件以拔长变形为主，曲轴类还要加错移和扭转工序；饼类件以镦粗变形为主，孔心件还得加冲孔工序。复杂形状的锻件必须采用组合变形方法。 镦粗：
12、使毛坯高度减少，截面增大的工序 齿轮、法兰等饼类锻件锻件类型二、模型锻造定义：在专用锻造设备上采用专用模具，使金属坯料产生塑性变形，获得所需形状、尺寸和性能锻件的加工方法。特点：需专用锻模，生产率及锻件精度较高。一般处于三向压应力状态，有利于塑性较差材料的成形。材料的变形抗力较大，设备吨位要求较高。主要用于中小锻件的生产。批量足够大时才经济。锤上模锻：速度高、金属流动速度快，f降低，金属流动的惯性和变形的热效应突出，有利于挤入方式成形。压力机上模锻：在一次行程中坯料内外层同时变形，变形深透均匀、流线分布连续、锻件力学性能一致性较好。第六节 板材成形定义：通过模具和冲压设备，使板材产生塑性变形，
13、获得具有一定形状、尺寸和性能的冲压件的加工方法。特点：生产效率高，产品尺寸精度稳定，材料利用率高，操作简便，易实现自动化 。分类： 分离（冲裁） 落料、冲孔、切割 成形弯曲、拉深、胀形、翻边一、剪切和冲裁 二、弯曲 在弯曲力矩作用下，使平板毛坯、型材或管材等产生一定曲率和角度，形成一定形状冲压件的方法。 相对弯曲半径：r/t 三、拉深 把冲裁后得到的平板毛坯成形成开口空心零件的冲压加工方法称为拉深。拉深件示意图加工硬化使拉深力增大；法兰面积减小使拉深力降低毛坯直径D增大，拉深力增加。拉深系数： d-零件的平均直径， D-毛坯直径拉深比： R1/mD/d拉深加工极限： mmin，Rmax，一般首
14、次mmin为0.5。四、胀形定义： 使金属板料或毛坯件中间位置产生鼓凸变形，从而获得表面积增大的零件的一种冲压成形方法。局部胀形：压筋条、凹坑、花纹，波纹管整体胀形：飞机蒙皮特点：（1）胀形结束后，坯料外径不变，变形区不断扩大，变形区材料不向外转移；（2）胀形过程中，材料厚度减薄，表面积增大，并在凹模内形成凸包。（3）由于变形区在变形过程中一直受双向拉应力的作用，不易产生变形起皱。 （4）胀形不适用于深形件加工。 （5）胀形力单调增加。 塑性状态图及其应用塑性状态图及其应用概念：表示金属塑性指标与变形温度及加载方式的关概念：表示金属塑性指标与变形温度及加载方式的关 系曲线图形，简称塑性图。系曲
15、线图形，简称塑性图。应用：合理选择加工方法应用：合理选择加工方法 制定冷热变形工艺制定冷热变形工艺确定确定MB5MB5镁合金热加工工艺步骤镁合金热加工工艺步骤根据产品确定加工方式（慢速、快速等）根据产品确定加工方式（慢速、快速等）根据相图确定合金的相组成根据相图确定合金的相组成根据塑性图确定热变形温度范围根据塑性图确定热变形温度范围根据力学性能要求确立根据力学性能要求确立MB5MB5主要成分为：主要成分为： Al 5. 5 7. 0%Al 5. 5 7. 0%Mn 0. 15 0. 5%Mn 0. 15 0. 5%Zn 0. 5 1. 5%.Zn 0. 5 1. 5%.温度 T T530530
16、，为液相，为液相270270，为，为 两相组两相组织织270270 T T530530，为单，为单一的一的 相相根据塑性图进一步确定热变形温度范围根据塑性图进一步确定热变形温度范围从塑性图上获取的信息从塑性图上获取的信息慢速加工，温度为慢速加工，温度为350400350400时时, ,值和值和M M都有最大值，都有最大值，不论轧制或挤压，都可在此温度范围内以较慢的速度加不论轧制或挤压，都可在此温度范围内以较慢的速度加工。工。 锻锤下加工，在锻锤下加工，在350350左右有突变，变形温度应选择在左右有突变，变形温度应选择在400450400450。 工件形状比较复杂，变形时易发生应力集中，应根据工件形状比较复杂，变形时易发生应力集中，应根据K K曲线来判定。从图中可知，在相变点曲线来判定。从图中可知，在相变点270270附近突然附近突然降低，因此，锻造或冲压时的工作温度应在降低，因此，锻造或冲压时的工作温度应在250250以下以下进行为佳。进行为佳。某轧钢厂在三机架连轧机列上生产hbl=1.92mm500mm100000mm的带钢产品（见下图），第1、3机架上的压下率为20%，第2机架上为25%，若整个轧制过程中带材的宽度b保持不变，试求带钢在该连轧机上每机架前后带钢的尺寸为多少及总压下量？
