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1、金属塑性成形工艺金属塑性成形工艺 第一章第一章 绪绪 论论n1）材料加工的地位和作用）材料加工的地位和作用 材料的四基本要素材料的四基本要素 n2）金属塑性加工的分类）金属塑性加工的分类金属塑性加工是使金属在外力（通常是压力）作金属塑性加工是使金属在外力（通常是压力）作用下，产生塑性变形，获得所需形状、尺寸和组用下，产生塑性变形，获得所需形状、尺寸和组织、性能制品的一种基本的金属加工技术。织、性能制品的一种基本的金属加工技术。基本塑性加工方法有轧制、锻造、挤压、拉拔、基本塑性加工方法有轧制、锻造、挤压、拉拔、拉深、弯曲、剪切等几类拉深、弯曲、剪切等几类。轧制轧制n3）金属塑性加工的主要方法）金
2、属塑性加工的主要方法轧制锻压锻压自由锻自由锻自由锻，一般是在锻锤或水压机上，利用简单的工具将铸锭或棒材锻成所需要的形状和尺寸。在模锻锤、模锻水压机或模锻压力机上利用专用的模具来使金属成形 挤压挤压有色金属型材、管材的主要生产方法 拉拔拉拔 拉深（拉深（冲压）冲压）广泛用于电线、电缆、金属网线和各种管材生产上 依靠冲头将金属板料顶入凹模中产生拉延变形 本课的主要内容本课的主要内容主要内容：轧制及锻造工艺主要内容：轧制及锻造工艺（1）了解轧制加工的基本理论和工艺）了解轧制加工的基本理论和工艺（2）掌握型材和板带材轧制的工艺过程）掌握型材和板带材轧制的工艺过程和工艺问题。和工艺问题。（3）了解锻造成
3、型的基本原理和工艺）了解锻造成型的基本原理和工艺（4）掌握自由锻和模锻工艺的基本分析）掌握自由锻和模锻工艺的基本分析方法和设计方法。方法和设计方法。参考教材参考教材1、金属塑性加工学轧制理论与工艺，金属塑性加工学轧制理论与工艺，王王廷溥，冶金工业出版社。廷溥，冶金工业出版社。2、锻造工艺学与模具设计，姚泽坤，西北、锻造工艺学与模具设计，姚泽坤，西北工艺出版社。工艺出版社。考核w出勤出勤w作业作业w实验实验w考试考试第二章第二章 轧制过程的基本概念轧制过程的基本概念w轧制过程靠旋转轧辊与轧件之间形成的摩擦轧制过程靠旋转轧辊与轧件之间形成的摩擦力将轧件拖进辊缝之间，并使之受到压缩产力将轧件拖进辊缝
4、之间，并使之受到压缩产生塑性变形的过程。生塑性变形的过程。1、变形区及主要参数、变形区及主要参数w简单轧制过程（最简单的纵轧过程）简单轧制过程（最简单的纵轧过程）（1）上下轧辊直径相等，转速相同，）上下轧辊直径相等，转速相同，（2）两个轧辊均为主传动，）两个轧辊均为主传动，（3）平辊轧制，非孔槽轧制，）平辊轧制，非孔槽轧制，（4）轧辊为刚性（轧辊本质上为弹性件）；）轧辊为刚性（轧辊本质上为弹性件）；（5）轧件除受轧辊作用外，不受其它任何外力作用，）轧件除受轧辊作用外，不受其它任何外力作用，（6）轧件在入辊处和出辊处速度均匀）轧件在入辊处和出辊处速度均匀（7）轧件的材质、温度均匀）轧件的材质、温
5、度均匀。简化假设：简化假设：1.1变形区及其主要参数变形区及其主要参数 变形区：变形区：（1）几何变形区：入口几何变形区：入口和出口截面之间的区域和出口截面之间的区域（2）物理变形区：发生）物理变形区：发生塑性变形的区域塑性变形的区域1.1.1变形区参数 （1）咬入弧（接触弧）：轧件与轧辊相接触咬入弧（接触弧）：轧件与轧辊相接触的圆弧。的圆弧。（2）咬入角咬入角：咬入弧所对应的圆心角称为：咬入弧所对应的圆心角称为咬入角（亦称接触角）。咬入角（亦称接触角）。（3）变形区长：咬入弧的水平投影。）变形区长：咬入弧的水平投影。（4）轧辊半径）轧辊半径R （5）轧件轧前、后的厚度）轧件轧前、后的厚度H、
6、h （6）平均厚度）平均厚度 （7）轧件轧前、后宽度）轧件轧前、后宽度B、b （8）平均宽度）平均宽度 （9）压下量）压下量 1.1.2参数之间的关系参数之间的关系w（1）变形区长）变形区长 （2）咬入角）咬入角arcsin arccos（）1.1.3轧制变形表示方法轧制变形表示方法矩形件变形前后的尺寸矩形件变形前后的尺寸 1）绝对变形量）绝对变形量 压下量压下量 hHh宽展量宽展量 Bbb延伸量延伸量 Lll不能正确说明变形量的大小2）相对变形量：用轧制前、后轧件尺寸的相对变化表）相对变形量：用轧制前、后轧件尺寸的相对变化表示变形量示变形量相对压下量相对压下量%h/H1001 相对宽展量相对
7、宽展量%b/B 1002相对延伸量相对延伸量%l/L 1003 hb n 3）变形系数）变形系数：用轧制前、后轧件尺寸的比值表示变形程度用轧制前、后轧件尺寸的比值表示变形程度体现体积不变hH Bb Ll 延伸系数延伸系数压下系数压下系数宽展系数宽展系数1 3）真应变（对数变形）：都是变形后）真应变（对数变形）：都是变形后/变形前变形前可加性、体积不变关系 Hhln1Bbln2Llln3032104）2、咬入条件w2.1咬入条件咬入条件咬入：依靠旋转的轧辊与轧件之间的摩擦力将咬入：依靠旋转的轧辊与轧件之间的摩擦力将轧件拽入变形区的现象。轧件拽入变形区的现象。咬入条件即实现咬入的力学条件咬入条件即
8、实现咬入的力学条件2.1.1开始咬入时轧件的受力分析T0T0轧件与轧辊开始接触瞬间作用力图解轧件与轧辊开始接触瞬间作用力图解PP轧件对轧辊轧辊对轧件w咬入条件分析：咬入条件分析：w当当NxTx 不能咬入不能咬入w当当NxTx 恰能咬入恰能咬入w当当NxTx 能咬入能咬入w咬入条件为：咬入条件为：NxTx wNxNSin，TxTcosfNcoswftan，w摩擦系数可用摩擦角表示摩擦系数可用摩擦角表示，ftanw即咬入条件为：即咬入条件为：三种情况的合力作用情况三种情况的合力作用情况2.2 稳定轧制条件w当轧件被轧辊咬入后开始逐渐充填辊缝，在轧件充填辊缝过当轧件被轧辊咬入后开始逐渐充填辊缝，在轧
9、件充填辊缝过程中，轧件前端与轧辊轴心联线间的夹角程中，轧件前端与轧辊轴心联线间的夹角不断减小，如图不断减小，如图所示。当轧件完全充满辊缝时，所示。当轧件完全充满辊缝时，0 0，开始稳定轧制阶段，开始稳定轧制阶段。轧件充填辊缝过程中作用力条件的变化图解2.2.1分析稳定轧制过程的轧件受力分析稳定轧制过程的轧件受力简化处理：设合力作用在接触弧的中点简化处理：设合力作用在接触弧的中点 合力作用点的中心角合力作用点的中心角随着轧件逐渐填充辊缝，合力作用点内移，随着轧件逐渐填充辊缝，合力作用点内移，由由开始逐渐减小。当轧件充填辊缝，即过渡到稳定轧制阶段，开始逐渐减小。当轧件充填辊缝，即过渡到稳定轧制阶段
10、，合力作用点位置固定下来，所对应的中心角合力作用点位置固定下来，所对应的中心角也不再发生变化，并为也不再发生变化，并为最小值。最小值。即即/Kx，Kx合力作用点系数合力作用点系数wNxtanay/Kxw 或或yay/Kxwfy，y稳定轧制阶段的摩擦系数和摩擦角稳定轧制阶段的摩擦系数和摩擦角way稳定轧制阶段的咬入角稳定轧制阶段的咬入角w达到稳定轧制阶段时达到稳定轧制阶段时ay/2w所以所以 yay/2分析稳定轧制条件轧辊对轧件的作用力，以寻找稳定轧制条件分析稳定轧制条件轧辊对轧件的作用力，以寻找稳定轧制条件fytanw假设由咬入阶段过渡到稳定轧制阶段的摩擦假设由咬入阶段过渡到稳定轧制阶段的摩擦
11、系数不变且其他条件都相同，则稳定阶段的系数不变且其他条件都相同，则稳定阶段的允许咬入角比咬入阶段的咬入角近似认为大允许咬入角比咬入阶段的咬入角近似认为大2倍。倍。w稳定轧制条件稳定轧制条件：yay/22.3 咬入阶段与稳定轧制阶段咬入条件的比较咬入阶段与稳定轧制阶段咬入条件的比较w 极限咬入条件极限咬入条件 aw 极限稳定轧制条件极限稳定轧制条件ayKx yw二者比值为二者比值为：ay Kx aw由上式可以看出，极限咬入条件与极限稳定由上式可以看出，极限咬入条件与极限稳定轧制条件的差异取决于轧制条件的差异取决于Kx与与y/两个因素，两个因素，也就是合力作用点位置与摩擦系数的变化也就是合力作用点
12、位置与摩擦系数的变化。y2.3.1因素分析因素分析w1、合力作用点位置或系数合力作用点位置或系数Kx的影响的影响w合力作用点愈向出口移动，合力作用点愈向出口移动，Kx值越高，则值越高，则ay越高，即在稳定轧制阶段允许实现较大的咬越高，即在稳定轧制阶段允许实现较大的咬入角。入角。w2、摩擦系数的影响、摩擦系数的影响w冷轧时冷轧时 y/1 受温度和氧化皮影响小受温度和氧化皮影响小,Kx 22.4w热轧时热轧时y/1 摩擦系数降低，摩擦系数降低，Kx 1.51.72.4改善咬入的途径改善咬入的途径1.降低咬入角w由由可知，应使可知，应使，w1、减小、减小方法方法 w由由arccos(1-h/D）w1
13、）减小压下量）减小压下量w2）增大）增大D增大轧辊直径的咬入情况 w生产中常用方法：生产中常用方法：w3）采用开始小压下或采用带有楔形端的钢坯）采用开始小压下或采用带有楔形端的钢坯进行轧制的方法进行轧制的方法 带楔形端轧件咬入 w2、提高提高的方法的方法 轧制中摩擦系数主要与轧轧制中摩擦系数主要与轧 辊和轧件的表面状态、轧制辊和轧件的表面状态、轧制时轧件对轧辊的变形抗力以及轧辊线速度的大小有关时轧件对轧辊的变形抗力以及轧辊线速度的大小有关1）改变表面状态，如清除氧化皮。）改变表面状态，如清除氧化皮。2）合理调节轧制速度，随轧制速度提高摩擦系数降）合理调节轧制速度，随轧制速度提高摩擦系数降低，采
14、取低速咬入。低，采取低速咬入。3）改变润滑情况等）改变润滑情况等。复习题复习题1、在在650mm轧机上轧制软钢，轧件的原轧机上轧制软钢，轧件的原始厚度为始厚度为180mm，用极限咬入条件时，一，用极限咬入条件时，一次可压缩次可压缩100mm，求摩擦系数。，求摩擦系数。2、在、在650mm轧机上轧制的钢坯尺寸为轧机上轧制的钢坯尺寸为100200300mm（高（高宽宽长），压长），压下量为下量为35mm，试计算变形区各基本参数，试计算变形区各基本参数及轧后轧件尺寸（忽略宽展）。及轧后轧件尺寸（忽略宽展）。3、推导咬入条件，并绘出当推导咬入条件，并绘出当 轧辊对轧件作用力及其合力轧辊对轧件作用力及其合力 F 图示图示。，
