金属塑性加工课程设计

1、目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 摘要 3目的 .3要求. 3工艺设计1H62黄铜的性能 4H62黄铜的化学成分 4H62黄铜的物理性能 4H62黄铜的机械性能 4H62黄铜的工艺性能 4H62黄铜的化学性能 5H62黄铜的杂质影响 6品 的 技 术 要 求及 质 量 要求产品求产品求挤 压 制织3 生 产 流 程 的明7的技术7的质量7品的层8状确 定及 各 工8序 的程的3.1生产流要要组说确3.2生产流程9图设3.3各工序10说4求.锭胚4.1尺寸挤形状、表压面10质量比要求及技术的10要选4.2锭坯直径1

2、0的选4.3锭坯长度11的选4.4制品表面质量11及技术要5算.6挤计算挤压力,6.1压工艺参挤压机和折拔机形式及珅位一数的选12选择设备中要技术参数择及计12挤一7压力的确8计明择择择求126.2 挤压机机形式及吨136.3146.4 拉拔机形式及吨位选择设备157 拉拔配模设计，计算拉力及校核各道次157.1157.2 计算拉拔力及道次安全178 各道次拉模尺寸计算绘制拉模示图各 道 次拉图设计会22参考献 23摘要20拉 模 尺 寸 计20模示意21体目的金属塑性加工是材料科学与工程专业金属压力加工专业方向的主要专业课之一， 其在材料行业中有重要的地位和作用。为进一步掌握课程内容并为毕业

3、设计打下良好基 础，对有色金属材料的挤压工艺和拉拔工艺规程制定方法，工作步骤的掌握，各项工艺参 数的确定，力能参数的确定等若干方面进行训练。通过该课程设计的训练，培养学生独立 思考的能力，提高分析问题、解决问题的能力，使学生的工程设计能力得到锻炼和提高。 要求以铝及铝合金或铜及铜合金坯料经挤压一拉拔后成型为管、棒、线的整个生产工艺进 行设计和计算最终达到产品设计的要求。工艺设计H62黄铜的性能H62 黄铜的化学成分H62黄铜的化学成分如下表1-1表1-1 H62黄铜的化学成分牌号化学成分产品形状H62黄铜CuFePbNiZn杂质总和板、带、管、棒、线60.5 63.50.150.080.5余量

4、0.51.2 H62黄铜的物理性能H62黄铜的物理性能如下表1-2表1-2 H62黄铜的物理性能牌号熔化温度/C密度/kg.m3比热容/J.(kg.C)热膨胀系数*106/ C1(20300 C)导热系数/J.(cm.s.C)1电阻温C系 数 /C2(20 100 C)液相线周相线62黄 铜90689984300.09220.60.260.0017H62黄铜的机械性能H62黄铜的机械性能如下表1-3表1-3 H62黄铜的机械性能牌号弹性模量E/GPa抗拉强度BMR屈服强 度田/MR弹性极 限ae/MR疲劳强度ON伸缩率1%布氏硬度HB62黄铜1000033/6011/508/4212/15.4

5、49/356/1641.4 H62黄铜的工艺性能黄铜的凝固温度范围小，偏析小，流动性好，易形成集中缩孔。高锌黄铜（30%-33%的凝固温度较宽，若冷却速度快，铸锭中心部含锌量可能高一些，会出现少量B相。单相a黄铜有良好的加工性能，其塑性随着锌含量的增加而增加，出现B相之前达到最大值 热轧前的加热一方面能提高铸锭的塑性，另方面能消除其大部分偏析，达到接近 平衡结晶的状态。双相黄铜组织中存在硬而脆的B 相，强度高、塑性低，但在高温下B相的软化速度比 a相的快。B黄铜于室温下即硬又脆，但在高温有良好的塑性，比a更易加工。黄铜在200700c区间内存在脆性区，因此应避免在脆性区加热。脆性区大小与高低

6、决定合金的锌含量。脆性的出现十分复杂，主要决定于微量杂质铅、睇、钿等的含量。双相黄铜挤压材前后组织和性能往往会有较大差别。（a+ B ）黄铜的加工硬化比a黄铜的快，且其塑性随着B 相的增加而急剧下降，应严格规定冷加工率。加工率的双相黄铜在 退火时a相在300c左右开始再结晶，而B相的再结晶则高一些。生产中的退火温C为600 700C,最好采用快速加热法，以获得细晶粒组织。冷加工黄铜材应在270350c进行应力消除退火，以消除应力腐蚀开裂1.5 H62黄铜的化学性能表1-4黄铜在不同介质中的腐蚀速度合金腐蚀介质腐蚀速度 /mm.a1腐蚀条件介质浓度/%温度/C试验时间/hH62硫酸0.01 0.

7、20.01 0.0520336840H62硫酸0.04520600H62硫酸0.760.5190100H62硫酸28.325190100H62MC12溶液0.002 0.0050.07 0.1915一H62MC12溶液0.0140.09200一H62MC12溶液0.0050.19200一H62NHCQ液 0.005一一一H62硅氟化钠 0.005一沸腾一H62混合盐:CaC12,400g/LKC1O3,150g/LKC1,25 g/L1.4380500一H62纯四氯化碳+0.61.16 g/L水0.003一2678100H62乙快0.1一20一1.6 H62 黄铜的杂质影响H62黄铜中不可避免

8、的杂质有铁、铅、钿、睇、神等铁铁在固态铜中的溶解极少，呈富铁相质点分布于a基体中，有细化晶粒的作用。杂质 铁对黄铜的力学性能无明显影响。铅和钿铅和钿在简单黄铜中是有害杂质，钿的危害比铅的达49倍。铅呈颗粒状存在于晶界上的易熔共晶体中。钿在黄铜中呈连续的脆性薄膜分布于晶界上，使黄铜在冷、热加工时发脆。向含铅、钿的简单黄铜中添加少量的培之类的元素，使它们形成ZrxPby(2000 C )、ZrxBi y(2200 C)高熔点化合物，可消除它们的危害。睇睇在铜中的溶解度随着温度的下降而急剧减小，在其含量还不到0.1%时，就会形成脆性的CuSb,呈网状分布于晶界，使黄铜的冷加工性能大幅度下降。睇还使铜

9、合金产生热脆 性。向黄铜添加微量锂可形成高熔点(1145C)化合物Li 3Sb,呈细小颗粒分布于晶粒内， 从而消除了睇的不利影响。由于睇在高温下在铜中的溶解度较大，因而固溶处理可提高含 睇黄铜的冷加工性能。磷黄铜中磷含量大于0.05%寸，就会形成脆性的Ci3P,降低黄铜的加工性能。磷显着提 高黄铜的再结晶温度，使再结晶晶粒粗细不均。种神在室温黄铜中溶解度小于 0.01%,量大时则形成脆性的化合物 CuAs,分布于晶界， 降低黄铜的加工性能。含0.02%0.05%的黄铜抗腐蚀性能得到提高，不会产生脱锌现象。1.7 H62黄铜的特性及主要用途H62 黄铜的特性H62黄铜有很高的强度，热加工性好，冷

10、加工性中等，可切削性好，易焊接，抗腐蚀 性能强。H62黄铜的主要用途H62黄铜主要用于制造导管、夹线板、环形件、热交换器的零件、制糖机械、船舶、 造纸机械等零部件，乐器等的原材料。2产品的技术要求及质量要求金属材料显微组织参量包括：晶粒平均尺寸、亚晶平均尺寸、晶粒形状，亚晶尺寸与 取向差，材料不均匀粒度的特征与程度，织构的存在与形式等。挤压制品组织的不均匀性与其他热加工方法相比较，挤压制品组织的特点是，在其断面上与长度分布都很不均 匀。一般来说，总是沿长度上前端晶粒粗大后端细小，沿断面径向上中心晶粒粗大外层细 小。挤压制品的组织在断面上和长度上的不均匀性主要是由于变形不均匀引起的。导致挤 压制

11、品的组织在断面上和长度上的不均匀的另一个因素是挤压温度和速度的变化。挤压制品的粗大晶粒组织许多具有实用价值，通常成分复杂的合金在热变形后的热处理中，经常会形成异常大 的晶粒，其尺寸超过原始晶粒尺寸的(10100)倍，比临界变形后热处理所形成的再结 晶晶粒大的多，晶粒这种异常长大过程称为粗化，这种组织称为粗晶粒。晶粒粗化一般只 在局部出现，这样的制品组织具有明显的不均匀晶粒尺寸而被称为晶粒不均匀或组织不均 匀。某些铝合金挤压的棒材和低碳钢锻压块，在淬火加热过程中出现制品周边的粗品区(称为粗晶环)，便是粗品不均匀的典型例子。(1)粗晶环的分布规律单孔模挤压的铝合金帮在淬火后形成的周边粗晶环。由于模

12、孔距挤压筒壁的距离相 等，故粗晶环均匀的分布在周边上。多孔模挤压圆棒经淬火后，粗晶环出现在局部周边上，呈月牙形。局部周边上的月牙 形粗晶环依模孔数不同略有差别。模孔数少，月牙形粗晶环较长，模孔数多则月牙粗晶环 短。型材或异性棒材断面上的粗晶环分布不均匀。在型材角部或转角区，粗晶环的厚度较 大、晶粒较粗。(2)粗晶环的形成机理粗晶环产生的部位会形成粗晶环的金属材料及其出现时间。(3)形成粗晶环的影响因素： 合金元素 铸锭均匀化 挤压温度 应力状态2.3 挤压制品的层状组织层状组织也叫片状组织，其特征是折断后的制品断口呈现出与木质相似的形貌。分层 的断口凹凸不平并带有裂纹，各层分界面近似平行于轴线

13、。继续压力加工或热处理均无法 消除这种层状组织。它对制品纵向力学性能影响不大而使横向机械性能有所降低。层状组 织的产生，主要归因于铸造组织不均匀，其次，由于挤压时，在强烈的两压一拉的主变形 状态下，铸造组织内所存在的这些缺陷在周向上压薄、轴向上延伸，而呈层状。挤压制品的质量控制当挤压工艺、模具与挤压机的各参数控制不当时，这些行为的综合作用致使制品出现 种种缺陷，降低质量，增加工艺废品量，降低成品率。挤压制品的质量包括：横断面上和 长度上的形状与尺寸，表面质量，以及其组织和性能等。生产流程的确定及各工序的说明生产流程的确定(1)根据成品拉拔坯料直径确定挤压坯料的尺寸规格;(2)确定挤压温度、挤压

14、比及挤压筒直径;(3)挤制获得拉拔坯料;(4)根据成品直径确定拉拔规格；(5)计算总延伸系数，确定拉拔道次和中间退火次数；(6)确定各道次拉拔后线材直径；(7)计算各道次延伸系数。校核它们是否符合要求，并进行必要的调整生产工艺流程图(图3-1)第六道次拉拔中间退火第七道次拉拔成品退火性能检测图3-1生产工艺流程图各工序说明中间退火中间退火的目的是为了消除坯料在冷加工时产生的加工硬化现象。降低变形抗力，恢 复塑性。使坯料能继续顺利的进行拉伸，而不发生断裂现象。因此，中间退货的温度要高 于合金再结晶温度。在退火过程中一方面要使金属能充分发生再结晶。另一方面要注意控 制再结晶后的晶粒度，防止晶粒粗大

15、，确保坯料在退火后的组织与性能。成品退火制品的交货状态有硬状态、软状态或半硬状态之分。不同交货状态的制品，其内部组 织与性能要求不同。故成品退火的目的，是使产品达到所需要求的性能指标。在条件允许 时，最好采用无氧化退火，这样可以免除酸洗，保持金属光泽。酸洗热加工及每次退火后，铜及其合金的表面上形成氧化铜和氧化亚铜。酸洗的目的就是 利用一种酸或几种酸的水溶液附在金属表面上的氧化物起化学反应，去除氧化物后使金属 显出本色。H62黄铜的酸洗规程合金酸洗的成分%酸洗温度C酸洗时间minH628-14余量室温3-15锭胚尺寸形状、表面质量要求及技术要求挤压比的选择挤压比是指在挤压时挤压筒断面积与制品断面

16、积的比值,一般根据金属或合金的塑性、产品性能以及设备能力等因素综合确定，挤压比的数值大致控制在6100范围内。为了获得表面质量较好的挤压制品，挤压比一般不得小于20;在挤压时，锭坯与挤压机能力的关系为：挤压力与挤压比的对数（i ln ）成正比。因此应综合考虑挤压比和金属材 料的塑性。黄铜的塑性较好，因此挤压比可取得大一些，本设计拟定取挤压比入=40锭坯直径的选择挤压管材、棒材时，锭坯的直径，一般按照挤压筒与锭坯之间的间隙进行选择:Dp 锭坯外径；D0挤压筒直径；D使锭坯和针顺利进入又不产生纵向裂纹的间隙值，根据经验，取 D=3设计产品黄铜棒的直径为Di = 10.5mm则锭坯直径挤压筒直径锭坯

17、长度的选择一般来说，在一定的锭坯的体积情况下，锭坯的长度越长，在挤压后期压余金属的损 失就越少，金属的收得率增加。但是，过分增加锭坯的长度，可能会使挤压后期金属显着 冷却，从而导致制品组织和性能不均匀；此外还会出现挤不动的情况。一般挤压棒材时，锭坯长度为其直径的 24倍。因此，本设计中取 lD 3 DP 3 66.41 199.23mm0.199m。p制品表面质量挤压制品表面要清洁、光滑，不容许有起皮、气泡、裂纹、粗划道、夹杂以及腐蚀斑 点，容许表面有深度不超过直径与壁厚容许偏差的轻微擦伤、划伤、压坑、氧化色和矫直 痕迹等。对需继续加工的毛料，可在挤压后进行表面修理，以除去轻微气泡、起皮、划伤

18、 与裂纹等缺陷以保证产品质量。(1 )裂纹裂纹的产生与流动不均匀所导致的局部金属内附加啦应力大小有关。裂纹产生的过程，是一种能量聚集与释放的过程，裂纹的产生与扩展是能量的消耗或释放的过程。由上 述可知，裂纹的产生原因主要是由于金属流动不均匀导致出现拉应力的结果。但是如果合 金在此条件下具有足够的强度，则不一定会产生裂纹。(2 )气泡与起皮铸造过程中，析出的或未能溢出的气体分散于铸锭内部。挤压前加热时，气体通过扩 散与聚集形成明显的气泡。在较高的加热温度下，气泡界面上的金属可能被氧化而未能在 挤压焊接时焊合。如H62和H68黄铜的气泡内表面上监测出氧化锌膜。若冷却水与润滑油 进入筒壁上，锭坯与筒

19、壁问间隙较大，挤压时有可能生成金属皮下气泡。若挤压过程中，特别是在模孔内，浅表皮下气泡被拉破。则形成起皮缺陷。挤压末期 产生的皮下缩尾，在出模孔前表面金属不连续，也会以起皮缺陷呈现出来。(3 )异物压入异物压入是指，非基本金属压入制品表面成为表面的一部分或剥落留下 凹凸的疤痕等缺陷。异物来源可能是，工具表面上粘结的冷硬金属；不完整的脱皮；锭坯 带入筒内的灰尘与异物等。(4 )划伤与擦伤挤压过程中，残留工具与导路、承料台上的冷硬金属，摩擦后的凹凸不平的工具表面， 都会在制品表面上留下纵向沟槽或细小擦痕，使制品表面存在肉眼可见的缺陷(5 )挤压制品焊接质量在无穿孔系统挤压机上用实心锭坯挤压焊接性能

20、良好的良好的铝合金空心型材与管材时，一般使用组合模。锻粗后的锭坯在挤压力作用下被迫分为 25股通过分流孔，然 后在环状焊合腔内高温高压条件下焊合并流出模孔成材。 因此，实际上存在着纵向直焊缝， 焊接数即为分流空数。焊缝强度不合要求的制品横向机械性能差。挤压工艺与拉拔工艺参数的选择及计算挤压工艺参数的确定查表7-2 , H62的挤压时锭坯的加热温度挤压筒温度(2 )查表7-3 , H62的挤压时金属流出速度挤压速度(3 )查表3-1 ,平模正挤压时,60(4 )挤压比(5 )挤压时间计算挤压力，挤压机形式及吨位，选择设备主要技术参数挤压力的确定(1 )查表3-2, H62在650c热加工时的抗拉

21、强度(2 )查表 3-4 ,(3)Sm的确定(4 ) Szh1的确定(5 ) Szh的确定(6 )无润滑挤压但金属粘结工具不严重时(7 )摩擦系数的确定无润滑挤压，但金属粘结工具不严重时带润滑挤压时(8 )根据体积不变定律(9 )设计H62润滑带长度(10 )坯料断面面积(11) Rs的确定(12 ) Tt的确定(13 ) 丁力的确定(14 ) Tg的确定(15 )挤压力P的确定挤压机的选取及主要技术参数根据挤压工艺参数及挤压力选取挤压机为四柱卧式，其主要技术参数如下：挤压能力：3.5MN最大挤压速度：33mm/s挤压行程：750mm挤压筒长度：340mm挤压筒内径：70mm传动方式：泵站工作

22、液体：乳液额定比压：2.5MPa拉拔力的计算彼得洛夫公式：PLK?FK?ln (1 fcot )式中Pl拉拔力；K变形抗力；Fk拉伸后断面面积；ln 延伸系数的自然对数；f 摩擦系数；拉伸模角；1 fcot 彼得洛夫公式中的系数(表 5516);d0拉伸前线材直径，mm ；dK拉伸后线材直径，mm ；道次加工率，294.985mm相关参数9 d0 11mm dK 6.48mm FK 32.96mm2 F0InlnFFkln竺竺532.961.06查表得 K 750MPa 的985 32.96 65%F094.9856.4拉拔机的机型选取及主要技术参数此次拉拔设计中选择滑动式多次拉线机，相关参数

23、见表6-1。有色金属及合金加工手册表6-1滑动式多次拉线机参数拉线不恢拉线机模数拉伸线材的直推荐总坯料直径坯料的直径级别径范围延伸系与成品直d0, mmdK , mm数径的比值重拉线I99.99 4.5062.516.00 8.007拉拔配模设计，计算拉拔力及校核各道次安全系数7.1拉拔配模设计(1 )计算原始值(2 )总延伸系数(3 )由表134, H62的平均道次延伸系数1.17n取7道次 表13-3,得H62两次退火间平均总延伸系数-1.3N 取4道次安排退火道次为1、3、5、7道次拉后(5 ) 7 r M17 1.08(6 )1 27(7)按经验分配i ,1、7取小，退火后第1道次取大

24、，2、4、6取大表7-1配模计舁表项目01234567各道次延伸系数入1.171.201.181.191.161.171.08线断向囿枳 F (mrfj)94.98581.4167.8457.4948.3141.6535.632.96线径d (mm11.0010.189.308.567.857.286.736.48(9)模子选用硬质合金，拉拔时的平均摩擦系数f=0Of0.0700.44。tantan9,c (-B)1 (-D1)2B-(10)线材拉拔应力的计算公式为lsB)L(D0)7 ,模角a为9。参数一尸 tan 3v3(8)各道次的断面面积及直径大小B式中 l拉拔应力s金属材料的平均变形

25、抗力B参数Do 拉拔坯料的原始直径Di拉拔线材的出口直径7.2拉拔应力计算及安全系数K的校核一 1 94.985 81.41 c(1 ) i - 100% 7%294.985查重有色金属加工手册(图 4-5-27), b=380MPa s=280MPab1 380(安全)100% 7% 11.5%4-5-27 ), b=400MPa s =3OOMPa TOC o 1-5 h z K132.30l1 164.8(八 一 1 ,81.41 67.84、(2 )2-()281.41查重有色金属加工手册(图K2b2l 2400192.72.08 (安全)（.、一1 ,67.84 57.49、（3 3

26、3 （）267.84查重有色金属加工手册（图100% 7%4-5-27 ),b=380MPa s=280MPaK3b3（安全）(4)42(57.49 48.39)100% 7%12.0%57.49查重有色金属加工手册（图4-5-27 ),b=420MPa s=32OMPaK4b414420199.82.1安全）5)48.31(48.3141.65)100% 7%查重有色金属加工手册（图4-5-27), b=380MPas=280MPaK5b53802.30 (164.8安全）6)6 (35.60 32.96) 100% 11% 15% 35.60 (41.65 35.60) 100% 7% 1

27、1.0%241.65s=30OMPa查重有色金属加工手册（图 4-5-27 ）, b=400MPaK6b616黑2.2 （安全）7)查重有色金属加工手册（图 4-5-27 ）,b=450MPas=325MPaK7十黑 15 （安全）8各道次拉磨模尺寸，绘制拉模示意图本设计选用锥形模，原料为直径 10.5mmM态黄铜线，拟拉为直径6.5mm的铜线。因锥形模孔的四个带即为润滑带、压缩带、定径带、出口带的尺寸如下：在设计选用的润滑带锥角B值为50 ,润滑带长度取Lr=1.5D压缩带的长度ly a 0.5（D0maxD1）cot ,模角a为9 ,a=1.3 ;定径带长度取Ld=0.5 Di ;出口带的长度取L =0.