工艺技术-塑性加工工艺课件(ppt 75页)

塑性加工工艺 第二节 轧制 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。 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 =b1 b0 3. 咬入条件 咬入时 咬入后 4 实现轧制过程的条件 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) 咬入条件的确定 (分析金属刚被咬入时的受力 ) 受力分析 结论 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 改善咬入条件的途径： （ 1）降低 角： （ 2）提高 角： 二、轧制方法 按轧制温度 热轧 冷轧 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 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。 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 10 15， 轧件的切头尾损失仅为 1 3。 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 ，挤压法是唯一可行的压力加工方法。 二、挤压基本理论 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 30 40，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）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 20 30。 三、挤压工具 第四节 拉拔加工 一、拉拔原理、方法、特点 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. 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 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。 特 点： 芯头表面与管子内表面产生摩擦，拉 拔力增大。 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：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 ，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： R 1/m D/d 拉深加工极限： mmin， Rmax， 一般首次 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 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。 应用：合理选择加工方法 制定冷热变形工艺 确定 MB5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 根据力学性能要求确立 MB5主要成分为： Al 5. 5 7. 0% Mn 0. 15 0. 5% Zn 0. 5 1. 5%. 温 度 T 530 ，为液相 270 ，为 两相组织 270 T 530 ，为单 一的 相 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 慢速加工，温度为 350400 时 , 值和 M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工 。 锻锤下加工，在 3