金属塑性加工技术及模具轧制

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1、湖南大学材料学院金属材料专业核心课程金属塑性加工技术及模具主讲教师：袁武华2009年2月18日内容介绍第一部分：轧制理论、工艺与设备基本概念、实现条件、变形特点、轧制压力、工艺流程、轧制工艺、轧制设备第二部分：有色金属挤压技术、模具及设备基本概念、变形特征、组织性能、挤压力计算、挤压设备、挤压工艺、模具设计第三部分：金属拉拔技术、模具及设备基本概念、变形特征、拉拔力、拉拔设备、拉拔工艺第一部分：轧制理论、工艺与设备一、轧制基本概念1轧制是靠两旋转轧辊与轧件之间的摩擦力将轧件拉入辊缝,使轧件受到压

2、缩产生塑性变形的过程。通过轧制使轧件的横断面积减小而长度增大,并使轧件具有了一定的性能。2轧制是金属发生连续塑性变形的过程,易于实现批量生产,因此生产效率高,是塑性加工中应用最广泛的方法。轧制产品占所有塑性加工产品的90%以上。钢铁、有色金属、某些稀有金属及其合金均可以采用轧制方法进行加工。3轧制分类：根据轧件运动方向可以分为纵轧、横轧和斜轧；根据金属轧制温度可分为热轧和冷轧；根据轧辊形状可分为平辊轧制和孔型轧制。4简单轧制①两个轧辊均为主传动辊,辊径相同,转速相等,且轧辊为刚性；②轧件除受轧辊

3、作用外,不受任何其他外力(张力或推力)作用；③轧件的性能均匀；④轧件在入辊处和出辊处速度均匀。5轧制变形区及主要参数轧制变形区—金属在轧辊间产生塑性变形的区域,即从轧件入辊垂直平面到出辊垂直平面所围成的区域ACDB（几何变形区）。外加两个非接触变形区。几何变形区主要参数：咬入角α;变形区长度l(接触弧AB的水平投影长度);变形区形状参数l/h平和B/h平,h平=(H+h)/2。其中：变形区长度l①两轧辊直径相等时变形区长度l=②两轧辊直径不相等时变形区长度,假设两个轧辊的接触弧长度相等,即:③考

4、虑轧辊弹性压扁时变形区长度变形区几何形状系数:一般忽略宽展,所以l/h平和B/h平用得更多。二、实现轧制的条件1轧制过程建立在一个道次内,轧件的轧制过程可以分为开始咬入、拽入、稳定轧制和轧制终了4个阶段。如图所示。其中稳定轧制是轧制过程的主要阶段,金属的流动、应力应变状况及轧制工艺的控制、产品质量控制都是基于此过程的。另外,开始咬入阶段虽然在瞬间完成,但它是轧制过程能否建立的前提条件,不能咬入轧制过程就无法进行。(1)咬入条件依靠轧辊与轧件之间的摩擦力,轧件被拖入轧辊之间的现象称为咬入。轧制过程

5、能否建立,首先决定于轧件能否被旋转的轧辊咬入。因此,咬入是轧制过程的先决条件。轧制生产中,一般轧件刚一接触旋转的轧辊就能被咬入。但有时也存在难以被轧辊咬入的情况。与轧辊与轧件尺寸、压下量、是否施加外力,特别是轧辊与轧件接触面的摩擦状况都有关。T=P在无后推力作用下,轧件实现咬入的条件为≥α。称为自然咬入条件。(2)稳定轧制条件随着轧件的咬入,接触压力水平分量Psinα逐渐减小,辊缝完全被轧件充满,进入稳定轧制过程。假设摩擦力沿接触弧均匀分布,摩擦力作用点在接触弧中点,则稳定轧制所需摩擦条件:

6、Tcosα/2–Psinα/2≥0将T=P,=tan得:≥α/2满足自然咬入条件,就能满足稳定轧制条件。2改善咬入条件的途径根据咬入条件≥α，凡是能够提高角的一切因素和降低α角的一切因素都有利于咬入。(1)降低咬入角α根据式，α的大小与压下量和辊径有关。压下量越小或辊径越大,α就越小,从而有利于咬入。①轧件前端做成锥形或圆弧形,以减小咬入角,易于实现自然咬入。②采用大辊径轧辊,可使咬人角减小,以满足大压下量轧制。③减小道次压下量,降低其变形率。但△h减小,生产效率下降,这种方法在生产

7、中一般不采用。④强迫咬入,即给轧件施以轧制方向的水平推力,如用推锭机将轧件推入辊间等。（外力作用使轧件前端被轧辊压扁,实际咬入角减小,而使正压力增加,接触面积增大,摩擦力增加,有利于轧件咬入。⑤咬入时调大辊缝,即减小压下量从而减小咬入角。稳定轧制过程建立后,再减小辊缝,加大压下量,带负荷压下。(2)提高摩擦因数的方法①改变轧件或轧辊的表面状态,以提高摩擦角。改变轧辊的表面状态,主要是通过在粗轧机轧辊上刻槽、焊点、滚花、打砂等,以提高摩擦因数。但在轧制高合金钢时由于质量要求较高,不允许从改变轧辊表

8、面着手,只能是改变轧件的表面状态。②合理地调节轧制速度。随轧制速度的提高,摩擦因数是降低的。因此可以低速实现自然咬入,稳定轧制建立后,再提高轧辊速度,以便提高生产率。三、轧制过程中金属的变形1高向变形在轧制过程中,轧件变形区内的应力、应变分布具有不均匀性,其不均匀性与几何形状系数l/h平有关。按几何形状系数的不同,把轧件沿断面高向的变形分成薄轧件和厚轧件两种情况进行讨论。（1）薄轧件几何形状系数l/h平=0.5~1.0,热轧薄板和冷轧一般属于这种情况。①薄板轧制的变形特点轧件断面高度较小(即为薄