材料成型及控制工程专业综合实验报告

.目录1实验课题.....................................................................................................................................12实验目标.....................................................................................................................................13实验原理.....................................................................................................................................13.1轧制实验原理........................................................................................................................1轧制原理...............................................................................................................................1轧制力测定原理...................................................................................................................13.2拉伸实验原理..........................................................................................................................24实验参数设定.............................................................................................................................34.1轧制实验参数确实定..............................................................................................................3试样参数的设定...................................................................................................................3轧制参数的设定...................................................................................................................34.2拉伸实验参数确实定..............................................................................................................35实验内容.....................................................................................................................................45.1轧制实验..................................................................................................................................4实验仪器及资料....................................................................................................................4实验步骤................................................................................................................................45.2拉伸实验..................................................................................................................................4实验仪器及资料...................................................................................................................4实验步骤................................................................................................................................46实验结果与剖析.........................................................................................................................56.1轧制实验结果..........................................................................................................................56.2剖析与议论..............................................................................................................................8轧制实验...............................................................................................................................86.2拉伸实验结果........................................................................................................................107实验小结...................................................................................................................................15;..综合实验实验课题变形程度对金属板材冷轧变形力和机械性能的影响。实验目标经过改变压下量h，即改变变形程度h（h(Hh)/Hh/H）实验参数分别进行冷轧和拉伸试验，以此来研究铝板在进行同步冷轧时轧制力随变形程度的变化规律，以及在不一样压下量时钢板的机械性能（主要为折服强度s和抗拉强度b）的影响。实验原理3.1轧制实验原理轧制原理同步轧制是指上下两轧辊直径相等，转速同样，且均为主动辊、轧制过程对两个轧辊完整对称、轧辊为刚性、轧件除受轧辊作用外，不受其他任何外力作用、轧件在入辊处和出辊处速度均匀、轧件的机械性质均匀的轧制。在轧制过程中，同步轧制变形区金属在前滑区，后滑区上下表面摩擦力都是指向中性面，中性面邻近单位下力加强，使均匀单位轧制增大。同步轧制时单位轧制压力沿变形区长度方向的近似抛物线形状散布。轧制力测定原理当前丈量轧制力的方法有两种：应力丈量法和传感器法。而传感器丈量法又有电容式、压礠式和电阻式三大类，本实验只用电阻式。电阻应变式传感器是利用金属丝在外力的作用下发活力械变形时，其电阻值将发生变化这一金属的电阻应变上辊试样下辊图1同步轧制表示图效应，将被丈量变换为电量的一种传感器。一个典型的电阻式应变支撑传感器是用一个圆柱作为弹性元件。圆柱体在轧制力作用下产生形变使得应变片的电阻发生变化，将这些应变片按必定的方式连结起来，在接入电桥，便可获得一个与轧制力成比率关系的输出电压，进而将力参数转变为电信号，其原理图如图2所示。;.，则资料的Pb/Ab。.V()RVIP轧制压力P弹性元件电阻应变片电桥线路放大器计算机软件输出测力传感器测试仪器计算机剖析图2轧制压力丈量原理图轧制实验中，将轧机的测力传感器与计算机经过电路以及相应的轧制综合参数测试仪连结起来，在计算机中，利用杂货之测试软件来收集有关数据。在轧制实验中经过游标卡尺丈量读取有关数据。在拉深实验中，经过读取全能实验机上的的数据并作必需记录。轧制综合参数测试仪数据收集方法如图3所示。Φ130二辊P1异步轧机测力传感器电桥盒P2计算机输出数据收集系统图3数据收集方法3.2拉伸实验原理金属拉伸实验是测定金属资料力学性能的一个最基本的实验，是认识资料力学性能最全面，最方便的实验。本实验主假如测定铝板在轴向静载拉伸过程中的力学性能。在试验过程中，利用实验机的自动画图装置可绘出铝板的拉伸图。因为试件在开始受力时，其两头的夹紧部分在试验机的夹头内有必定的滑动，故绘出的拉伸图最先一段是曲线。对于碳钢试样，在确立折服载荷PS时，一定注意察看试件折服时测力度盘上主动针的转动状况，国际规定主动针停止转动时的恒定载荷或第一次展转的最小载荷值为折服载荷PS，故资料的折服极限为sPs/As。试件拉伸达到最大载荷从前，在标距范围内的变形是均匀的。从最大载荷开始，试件产生颈缩，截面快速变细，载荷也随之减小。所以，测力度盘上主动针开始展转，而从动针则逗留在最大载荷的刻度上，指示出最大载荷Pb，则资料的强度极限为:b试件断后，将试件的断口对齐，丈量出断裂后的标距l1和断口处的直径d1延长率δ和截面缩短率Ψ分别为:l1l0100%A0A1100%l0A0式中，l0,A0分别为试验前的标距和横截面面积；l1,A1分别为试验后的标距和断口处;..的横截面面积。实验参数设定4.1轧制实验参数确实定试样参数的设定先利用剪切机剪切获得尺寸为B×H×L=3×60×1000的铝板，再进行横向剪切获得尺寸为B×H×L=3×60×170五块铝板。轧制参数的设定压下量确实定：因为轧制时是在干摩擦条件下进行，故可取辊面摩擦系数为0.15，依据最大的咬入角为maxarctanf（1）由式（1）可得，max8.5，再依据式（）2hmaxD(1cosmax)（2）可得，hmax1.43mm。故本实验可取最大压下量h=0.9mm变形程度h确实定：因为实验所给的铝板厚度大概同样，若要改变变形程度，只要改变压下量h。经过上述计算可知取最大压下量，实验采纳单道次压下，压下量最大h取用0.9mm，已知转过17个齿，即压下量为1mm，则当h0.7mm需转过12个齿。此刻分派每块钢板试样的压下量，在调整好辊缝的基础上，分别转动齿轮5个齿，8个齿，10个齿，13个齿，15个齿，即h分别为0.3mm，0.45mm，0.6mm，0.75mm，0.9mm。详细理论设计数据如表1所示。表1铝板冷轧变形程度确实定（理论设计）试样编号12345轧前厚度33333H/mm压下量0.30.450.60.750.9/mm转过齿数/个58101315变形程度/%1015202530注：该表格中数据仅为设计，此后边的试验中所得数据为准。4.2拉伸实验参数确实定图4拉伸试样尺寸规格;..拉伸实验中参数的设定主假如对试样进行尺寸规格设定，如图4所示。依据体积不变定律可估量冷轧后试样1的尺寸变为2.7×60×188.9（不考虑宽展的条件下），因为存在弹性答复及弹性压扁，实质厚度大于2.7mm，实质长度小于188.9mm。因为试样1的变形程度最小，故其轧制后长度最小。查有关资料可得，试样可按图1所示形状加工。l11.3s011.3bh（3）由经验公式（3）可得在有效宽度b1取30mm时，依据两种不一样算法可获得有效长度l1=101.7mm，取整为102mm。因为设计时要考虑到试样能被夹头夹紧而不至于离开，两头夹住长度分别可取20mm。故有效长度可取l1=102mm为，则宽度b30.0mm，查有关资料可得，圆弧倒角半径可取15mm，则经过计算试样总长度l可取172mm。5实验内容5.1轧制实验实验仪器及资料（1）实验仪器：130mm实验轧机；压力传感器；综合剖析测试仪；游标卡尺。（2）实验资料：厚度为3mm的钢板一块。实验步骤（1）将铝板在剪切机上剪成BL为60×170mm的试样五块。（2）将五块3×60×170mm规格的铝板试样进行编号，分别为1号，2号，3号，4号，5号；（3）将压力传感器安装在轧机上，并将设施间的连线连连结好；（4）检查好各通路，调理轧制综合参数测试仪至均衡状态，在开扎从前点击数据采集。（5）进行辊缝调理，先将辊缝调整为零，迟缓转动转盘，减小辊缝直至计算机收集图样中曲线出现颠簸即可停止，说明辊缝已经调整为零。（6）再将辊缝调整2.20mm，即转过的齿数为37个即可。（7）开启轧机，按表1调整压下量，先将转盘转过5个齿数，马上辊缝减小0.3mm，点击“收集数据”后，再进行试样1轧制，轧完后测出其轧制后轧件厚度h，并记录于表2中。（8）在进行试样2、3、4、5的轧制时，在上一个试样的的基础上分别再转动3,2,3,2个齿数，相当于总的压下量调整为0.3mm，0.45mm，0.6mm，0.9mm(理论上)，再进行轧制，分别丈量每次轧制后轧件的厚度，h并记录于表2中。（9）轧制达成以后，点击“停止收集”，选择对应的数据点，点击“数据散布”生成word报表，记录轧制力P、P、P总与表2中。125.2拉伸实验实验仪器及资料（1）实验仪器：液压全能实验机、游标卡尺、划线机、錾子、锯子、锤子、砂纸、圆锉和平锉等。（2）轧制实验后的5块试样。实验步骤（1）将轧制实验后的5块铝板试样和未加工试样6设计和加工成图4所示形状及尺寸，备用。;..（2）熟习全能试验机的操作规程，预计拉伸试验所需的最大载荷Fb，并依据Fb值选定试验机的测力度盘（Fb值在测力度盘40%-80%范围内较宜）。调整测力指针瞄准零点，并使从动针与之聚拢，同时调整好自动画图装置。（3）将5块试样按原来的1~5编号进行拉伸实验，丈量出拉伸试样的中间长度l1和宽度b分别填入表3中。（4）将1号铝板试样两头夹紧在夹头上，记录拉张开始时，记录下刻度尺上的示数l2填入表3中。（5）迟缓加载，每隔一段时间记录下，加载载荷读数以及刻度尺上的读数于表3，直至断裂，停止试验，取下断裂后的试样用游标卡尺测出试样端口厚度，记录数据于表3。（6）将全能试验机表盘上示数置零。重复步骤（4）~(5)分别对试样编号2、3、4、5进行拉伸，分别记录数据于表4、表5、表6、表7、表8中。实验结果与剖析6.1轧制实验结果试样编轧制前号H/mm12.9422.9632.9642.9652.942.拉伸实验结果读刻度尺数载荷读数次P/KN数l2/mm100.520.55.031.05.542.06.053.06.564.07.874.58.085.08.594.510.3104.011.0113.512.0122.012.5

表2变形程度对轧制力的影响ε轧制后变形程度轧辊一端轧辊另一端总轧制力h/mm/%P1/KNP/KN总2P/KN2.795.115.8514.1830.042.6610.124.2621.1345.392.5015.528.7924.3153.102.3819.635.5130.0265.532.3021.840.0634.5974.65表3试样编号1数据拉伸前拉伸截面面试样拉断裂后拉伸应延长试样宽前厚积伸断裂试样宽力率度度S/mm厚度度/Mpab/mmh/mmh1/mm2/%b1/mm004.56.325.012.655.525.306.037.957.350.6029.982.7979.062.7029.2856.937.58.06.259.856.9310.550.6011.544.2812.025.30;..表4试样编号2数据读刻度拉伸试样拉断裂后拉伸前截面面延长拉伸应数载荷尺读前厚伸断裂试样宽P/KN试样宽积率力次数度S/mm厚度度/Mpa度b/mmh1/mm2/%数l2/mmh/mmb1/mm100.50020.54.03.56.8331.04.54.01.6541.55.04.520.4752.05.55.027.3062.56.02.6673.252.505.534.1375.029.9629.3068.266.56.085.56.86.375.0896.07.06.581.91106.57.57.088.74116.88.58.092.83126.010.09.581.91表5试样编号3数据读刻度拉伸试样拉断裂后拉伸前截面面延长拉伸应数载荷尺读前厚伸断裂试样宽试样宽积率力次P/KN数度S/mm厚度度/Mpa度b/mmh1/mm2/%数l2/mmh/mmb1/mm100.50020.53.02.57.2831.03.53.014.5742.04.03.529.1552.54.13.636.4363.04.52.5068.612.344.043.7273.529.9829.3251.014.74.285.05.04.572.8795.55.14.680.16106.05.24.787.44115.07.16.672.87124.07.97.458.30;..表6试样编号4数据读刻度拉伸试样拉断裂后拉伸前截面面延长拉伸应数载荷尺读前厚伸断裂试样宽P/KN试样宽积率力次数度S/mm厚度度/Mpa度b/mmh1/mm2/%数l2/mmh/mmb1/mm100.50020.53.02.57.9831.03.12.615.9541.53.53.023.9252.03.73.231.9062.53.92.3862.702.143.439.8873.029.9429.3047.854.03.584.04.33.863.8095.04.74.279.75105.54.94.587.73115.65.55.089.32125.07.06.579.75表7试样编号5数据读刻度拉伸试样拉断裂后拉伸前截面面延长拉伸应数载荷尺读前厚伸断裂试样宽试样宽积率力次P/KN数度S/mm厚度度/Mpa度b/mmh1/mm2/%数l2/mmh/mmb1/mm100.50020.53.02.58.1231.03.53.016.2442.03.93.432.4853.04.23.748.7364.04.52.3061.572.104.064.9774.529.9629.3273.094.74.285.04.94.581.2196.05.14.697.45106.45.34.8100.39116.06.15.697.45125.07.57.081.21;..表8试样编号6数据读刻度拉伸试样拉断裂后拉伸前截面面延长拉伸应数载荷尺读前厚伸断裂试样宽P/KN试样宽积率力次数度S/mm厚度度/Mpa度b/mmh1/mm2/%数l2/mmh/mmb1/mm100.50020.53.53.06.3231.03.93.512.6442.04.13.625.2853.04.54.037.9264.04.82.9679.112.704.350.5675.029.9629.3063.205.14.686.05.34.875.8497.05.75.288.48108.07.97.4101.12117.59.08.594.80.127.010.09.588.486.2剖析与议论轧制实验由图5、6可得，轧辊两头的轧制力都是随变形程度的增大而增大的。在图中每个波峰处取一点，导出所对应的轧制力，两头轧制力之和即为总的轧制力。图5各变形程度下轧制力P1;..图6各变形程度下轧制力P2对变形程度和总的轧制力进行线性回归剖析：如图7所示图7变形程度-总轧制力争由图7可得，变形程度和总的轧制力关系大概呈非线性关系，变形程度越大，总轧制力越大。原由：依据本实验方案的要求，每个试样轧制的压下量不停增添，跟着压下量的增大，轧件的接触弧长度增大，轧件的接触面积所以增大；并且，随轧制过程的进行，压下量的增大，试样产生加工硬化，变形抗力随之增添，并且变形程度越大试样加工硬化程度也越大相应的变形抗力越大。所以轧件的均匀单位压力所以增大，进而总轧制力随之增大。采纳曲线拟合的方法对其进行回归剖析。选择剖析线性模型,二次项模型,三次项模型，各模型的有关参数见表8。;..表9模拟结果数据参数判断系数方程系数一次项系数二次项系数三次项系数模型R2常数项b1b2b3线性模型0.9892.9706.845二次项模型0.99950.12488.3795-0.5395三次项模型0.9970.59811.126-0.9010.045自变量为：变形程度因变量为：总轧制力2为由表9可得，三次项的判断系数R，其值相对较凑近，本设计采纳三次项模型0.9971曲线作为变形程度和总的轧制力之间的关系曲线。由图7可得，随变形程度的增添，总轧制力呈非线性增添。上述实验结果详细理论剖析：轧制力为轧件给轧辊的总压力的垂直重量。轧制力可用微分面积上之单位压力p与该微分体积接触表面之水平投影面积乘积的总和。如取均匀值形式，可采纳式（5）PpF（5）式中：F—轧件与轧辊的接触面积；p—均匀单位压力。所以，为了确立轧件给轧辊的总压力，一定正确地确立均匀单位压力和接触面积。对于接触面积的数值，在大部分状况下是比较简单确立的，因为它与轧辊和轧件的几何尺寸有关，往常可用式（6）确立Fbl（6）式中：l—接触弧长度，lRh，h为压下量；—变形区轧件的均匀宽度，一般等于轧件入辊和出辊处宽度的均匀值。6.2拉伸实验结果依据表3~8中有关数据，经过Excel表格绘制出不一样变形程度的拉伸应力-应变曲线图，如图8~13图所示。图8变形程度5.1%应力-应变图因为铝板在拉伸实验中，在初始阶段为弹性变形阶段，故会体现出线性关系，采纳线;..性回归。尔后边的阶段主要为塑性变形阶段，主要体现出非线性关系，分别进行二次拟合、三次拟合，对照得出三次拟合所获得的曲线判断系数R2较为凑近1，相对偏差较小，故采纳三次曲线拟合。而图10中的所得出的交点可大概定为折服极限，即折服极限折服强度s=37.95MPa抗拉强度抗拉强度σb=63.25MPa。图9变形程度10.1%应力-应变图从图9中可得出折服极限为σs=27.3MPa，抗拉强度σb=92.83MPa。图10变形程度15.5%应力-应变图从图10中可得出折服极限为σs=36.43MPa，抗拉强度σb=87.44MPa。图11变形程度19.6%应力-应变从图11中可得出折服极限σs=31.7MPa，抗拉强度σb=89.32MPa。;..图12变形程度21.8%应力-应变从图12中可得出折服极限σs=48.73MPa，抗拉强度σb=100.39MPa。图13变形程度0%应力-应变图从图13中可得出折服极限σs=37.92MPa，抗拉强度σb=101.12MPa。上述实验结果剖析：从应力-应变图中能够看出在弹性变形阶段判断系数R2其实不凑近1，也就是说，在进行拉伸实验时，弹性变形阶段并不是体现理论上的线性有关，造成这类现象的原由是多方面的，如：拉伸件加工精度不高，在轧制阶段可能因为送料方式不正确，或许因轧辊弹跳影响轧件致使变形不均匀。将各变形程度下折服极限和抗拉强度列于表10。表10各变形程度下延长率ε、折服极限和抗拉强度εh变形程度ε05.110.115.519.621.8h/%延长率ε/%9.5129.57.46.59.5折服强度σs/MPa37.9237.9527.336.4331.948.73抗拉强度σb/MPa101.1263.2592.8387.4489.32100.39;..依据表中数据，将变形程度分别与延长率、折服强度、抗拉强度进行回归剖析，得出它们之间的关系曲线。分别选择线性模型,二次项模型,三次项模型进行曲线拟合。对变形程度和延长率之间的关系进行线性回归剖析：图14变形程度和延长率之间的关系曲线对变形程度和延长率之间的关系同理剖析可得出：三次项的判断系数R2为0.9809，其值相对较凑近1，本设计采纳三次项模型曲线作为变形程度和延长率之间的关系曲线，如图15所示。图15变形程度和抗拉强度之间的关系曲线变形程度和抗拉强度之间的关系剖析可得：三次项的判断系数R2为0.9596，其值相对较凑近1，本设计采纳三次项模型曲线作为变形程度和抗拉强度之间的关系曲线，如图16所示。图16变形程度和折服强度之间的关系曲线;..变形程度和折服强度之间的关系剖析可得：三次项的判断系数R2为0.6251，联合理论知识和实质偏差，本设计采纳三次项模型曲线作为变形程度和折服强度之间的关系曲线