塑性加工工藝2

1、塑性加工工藝第二節(jié) 軋制軋制定義：軋制定義： 靠旋轉(zhuǎn)的軋輥與軋件之間形成的摩擦力將軋件拖進(jìn)輥縫之間，并使之受到壓縮產(chǎn)生塑性變形的過(guò)程。一、軋制過(guò)程及其基本原理 簡(jiǎn)單理想軋制過(guò)程： 兩個(gè)軋輥均被驅(qū)動(dòng)、直徑相等、轉(zhuǎn)速相同； 軋制過(guò)程中兩個(gè)軋輥完全對(duì)稱； 軋輥為剛性的；軋件除受軋輥?zhàn)饔猛?，不受其它外力作用?軋件的機(jī)械性質(zhì)均勻。變形區(qū)主要參數(shù) 軋件在軋輥?zhàn)饔孟庐a(chǎn)生變形的 區(qū)域叫變形區(qū)，變形區(qū)以外兩端 不 產(chǎn)生變形的區(qū)域叫外區(qū)或剛端。10hhh)cos1 (2Rh（1）壓下量（2）變形區(qū)長(zhǎng)度hRhhRl)4(2RhhRhRtg)2(Rh2h0h1lb0b1DROaCBA222)2(hRRl（3）延伸系

2、數(shù) =L1/L0 （4）壓下率（5）寬展 =b1b0 %100)/(0hhb3. 咬入條件 咬入時(shí) 咬入后RNNaTTNxTxPT4 實(shí)現(xiàn)軋制過(guò)程的條件實(shí)現(xiàn)軋制過(guò)程的條件 軋制過(guò)程是否能建立，決定于軋件能否被旋轉(zhuǎn)軋制過(guò)程是否能建立，決定于軋件能否被旋轉(zhuǎn)的軋輥咬入因此，研究分析軋輥咬入軋件的的軋輥咬入因此，研究分析軋輥咬入軋件的條件，具有非常重要的實(shí)際意義條件，具有非常重要的實(shí)際意義 1 咬入條件 1) 咬入:依靠回轉(zhuǎn)的軋輥與軋件之間的摩擦力,軋輥將軋件拖入軋輥之間的現(xiàn)象.2) 2) 咬入條件的確定咬入條件的確定( (分析金屬剛被咬入時(shí)的受力分析金屬剛被咬入時(shí)的受力) )p軋件受力分析軋輥受力分

3、析受力分析受力分析p軋件受力分析軋輥受力分析.,0sincos:)(cossin)(:完成軋制軋件才可能被咬入當(dāng)水平合力使軋件受壓變形軋件受垂直合力FFFxxypTPfTpT結(jié)論系數(shù)軋件與軋輥之間的摩擦說(shuō)明咬入角的正切等于咬入條件)(cossintgftgPT物理概念物理概念 根據(jù)物理概念: 摩擦系數(shù)可用摩擦角表示.即摩擦角的正切就是摩擦系數(shù)f. tg=f 則 tgtg 軋制過(guò)程中的咬入條件為摩擦角大于咬入角, =為臨界條件3. 咬入條件 咬入時(shí) 咬入后RNNaTTNxTxPT2改善咬入條件的途徑：（1）降低角： （2）提高角： 2二、軋制方法按軋制溫度 熱軋 冷軋按軋件與軋輥的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系

4、縱軋：軋輥的縱軸線相互平行，軋件運(yùn)動(dòng)方向與延伸方向與軋輥縱軸線垂直。 斜軋：軋輥的縱軸線傾斜互成一定角度，軋件邊旋轉(zhuǎn)邊沿自身縱軸線方向前進(jìn)，且前進(jìn) 方向與軋輥縱軸線方向成一定角度。 橫軋：軋輥的縱軸線相互平行，軋件沿自己的橫軸線方向運(yùn)動(dòng)前進(jìn)，與軋輥縱軸線垂直。 縱軋 斜軋 橫軋3. 按軋制生產(chǎn)過(guò)程 半成品軋制開(kāi)坯 成品軋制粗軋、精軋三、板帶材軋制特點(diǎn)：寬厚比（B/H）大規(guī)格：中厚板（中板420mm，厚板2060mm， 特厚板60mm以上） 薄板和帶材（0.24mm） 極薄帶材和箔材（0.0010.2mm）技術(shù)要求： 尺寸精度、板形、表面光潔度、性能四、管材軋制1. 無(wú)縫鋼管（1）穿孔（2）軋管

5、：自動(dòng)軋管機(jī)（3）均整：帶芯棒斜軋（4）定徑和減徑：無(wú)芯棒連軋2. 焊管 將管坯（鋼板或帶鋼）彎曲成所需的鋼管形狀，然后采用焊接法焊接成鋼管。第三節(jié) 擠壓一、擠壓原理、基本方法 及特點(diǎn)擠壓定義：對(duì)放在擠壓筒內(nèi)的金屬坯料施加壓力，使之從特定的?？字辛鞒?，獲得所需斷面形狀和尺寸的一種塑性加工方法。1. 擠壓方法： 可按擠壓方向、變形特征、潤(rùn)滑狀態(tài)、擠壓溫度、擠壓速度、模具種類或結(jié)構(gòu)、坯料形狀或數(shù)目、制品形狀或數(shù)目分類。常用擠壓方法3. 特點(diǎn)：具有比軋制更為強(qiáng)烈的三向壓應(yīng)力狀態(tài)圖，金屬可以發(fā)揮其最大的塑性，獲得大變形量?？杉庸び密堉苹蝈懺旒庸び欣щy甚至無(wú)法加工的金屬材料。可生產(chǎn)斷面極其復(fù)雜的，變斷面

6、的管材和型材。靈活性很大，只需更換模具，即可生產(chǎn)出很多產(chǎn)品。 產(chǎn)品尺寸精確，表面質(zhì)量好。工藝流程簡(jiǎn)單，設(shè)備投資少，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化和封閉化比較容易。 金屬的固定廢料損失較大。壓余量1015，軋件的切頭尾損失僅為13。加工速度低。沿長(zhǎng)度和斷面上制品的組織、性能不夠均一。工具消耗較大。小結(jié)： 擠壓法非常適合于生產(chǎn)品種、規(guī)格、批數(shù)繁多的有色金屬管、棒、型材及線坯。在生產(chǎn)斷面復(fù)雜的或薄壁的管材和型材，直徑與壁厚之比趨近于2的超厚壁管材，以及脆性的有色金屬和鋼鐵材料方面，擠壓法是唯一可行的壓力加工方法。二、擠壓基本理論二、擠壓基本理論 正擠壓時(shí)金屬的流動(dòng)正擠壓反擠壓擠壓力 P擠壓軸位移（1）填充擠壓階

7、段：錠筒間隙，填充系數(shù) Rt=Ft/F0坯錠的長(zhǎng)度與直徑之比（2）基本擠壓階段擠壓比錠坯斷面積/制品斷面積 縱向線兩次彎曲，彎曲角度由外向內(nèi)逐漸縮小。壓縮錐（變形區(qū)）。 橫向線彎曲。 外層網(wǎng)格變形為平行四邊形，說(shuō)明承受了剪切變形，外層金屬的主延伸變形比內(nèi)層的大，沿縱向制品后端的主延伸變形比前端的大。 使用平?；虼竽＝清F模擠壓時(shí)，都存在死區(qū)。模角增大、摩擦加大、擠壓比減小、擠壓速度降低，死區(qū)增大。死區(qū)的存在對(duì)提高制品表面質(zhì)量極為有利。 棒材前端橫向線彎曲很小，制品頭部晶粒粗大，機(jī)械性能低劣，應(yīng)切除。（3）終了擠壓階段擠壓力上升各種縮尾形成過(guò)程示意圖減少縮尾的措施：進(jìn)行不完全擠壓，留壓余；脫皮擠壓

8、；機(jī)加工錠坯表面。2. 反擠壓時(shí)的金屬流動(dòng) 擠壓力比正擠壓小3040，且與坯料長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。 反擠壓時(shí)的塑性變形區(qū)很小，集中在模孔附近，網(wǎng)格的橫向線與筒壁基本上垂直，進(jìn)入?？讜r(shí)才發(fā)生劇烈的彎曲。不存在錠坯內(nèi)中心層與周邊層區(qū)域的相對(duì)位移，金屬流動(dòng)較均勻。 產(chǎn)生擠壓縮尾的傾向很小，壓余可比正擠壓時(shí)減少一半。 擠壓筒和模具的磨損小，壽命長(zhǎng)。 死區(qū)很小，惡化制品表面質(zhì)量。3. 影響金屬流動(dòng)的因素（1）擠壓筒壁上的摩擦力（2）筒溫（3）金屬導(dǎo)熱性（4）潤(rùn)滑劑的絕熱性（5）合金相狀態(tài)（6）金屬的強(qiáng)度（7）模角（8）變形程度4. 擠壓力 擠壓桿通過(guò)擠壓墊作用在錠坯上使之流出模孔的壓力，稱為擠壓力。通常指Pmax

9、。 影響擠壓力的因素（1）溫度，金屬變形抗力，擠壓力。（2）變形程度，擠壓力。（3）擠壓速度（4）摩擦，擠壓力。（5）模角（6）錠坯長(zhǎng)度， 擠壓力（7）反擠壓力比 正擠壓力低 2030。三、擠壓工具(a) 平模(d) 錐模(e) 平錐模(c) 雙錐模(f) 碗形模（b）平流模第四節(jié) 拉拔加工一、拉拔原理、方法、特點(diǎn)拉拔定義： 在外加拉力的作用下，迫使金屬通過(guò)?？桩a(chǎn)生塑性變形，以獲得與模孔形狀、尺寸相同的制品的加工方法，稱之為拉拔（或稱為拉伸）。是生產(chǎn)管材、棒材、型材及線材的主要方法之一。拉拔成形原理示意圖dNdNdNdNdTdTrllr坯 料坯 料坯 料P2. 拉拔方法 實(shí)心材拉拔棒材、型材、

10、線材 空心材拉拔管材3. 特點(diǎn)（1）拉拔制品尺寸精度高，表面光潔度好。（2）工具與設(shè)備簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。（3）最適合于連續(xù)高速生產(chǎn)斷面尺寸小的長(zhǎng)制品。（4）拉拔道次變形量和兩次退火間的總變形量受到限制，工藝過(guò)程長(zhǎng)。過(guò)大的道次加工率將導(dǎo)致制品尺寸、形狀不合格，甚至被拉斷。原因是變形區(qū)內(nèi)為兩壓一拉應(yīng)力狀態(tài)，不利于充分發(fā)揮金屬的塑性。二、拉拔基本原理圓棒拉拔時(shí)的應(yīng)力與變形dNdRdT2. 管材拉拔時(shí)的應(yīng)力與變形（1）空拉 llrrl增 壁 厚l減 壁 厚lrrlrr 空拉時(shí)的主應(yīng)力： 1軸向應(yīng)力l 2徑向應(yīng)力r 3切向應(yīng)力 空拉時(shí)的壁厚變化取決于r m m（ 1+ 2+3）/3 r m 0，管壁增厚

11、r m =0，管壁不變 r m0，管壁變薄 空拉能起到自動(dòng)糾正管坯偏心的作用。特 點(diǎn)：芯頭表面與管子內(nèi)表面產(chǎn)生摩擦，拉拔力增大。內(nèi)壁上徑向應(yīng)力不為零，管子內(nèi)外層徑向應(yīng)力差值小，變形比較均勻。三、實(shí)現(xiàn)拉拔過(guò)程的必要條件 由于拉拔是通過(guò)施加在制品上的拉力實(shí)現(xiàn)的，施加在制品斷面上的拉力L必須小于金屬出?？谔幍那?qiáng)度s。否則，將會(huì)產(chǎn)生制品細(xì)頸、甚至拉斷等現(xiàn)象。 1LbKK=1.42.0，即L =(0.70.5) b。 K過(guò)小，意味著加工率過(guò)大，容易產(chǎn)生斷頭、拉斷等現(xiàn)象； K過(guò)大，表示道次加工率過(guò)小，沒(méi)有充分發(fā)揮金屬的變形能力。 制品直徑越小，壁厚越薄，K值應(yīng)越大些。第五節(jié) 鍛造1 定義：是借助鍛錘、

12、壓力機(jī)等設(shè)備對(duì)坯料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形，獲得所需形狀、尺寸和一定組織性能的鍛件。2 特點(diǎn)：在塑性變形中，能使坯料的粗晶粒破碎、疏松、孔隙被壓實(shí)、焊合，鍛件的內(nèi)部組織和性能得到較大改善。第五節(jié) 鍛造一、自由鍛 用簡(jiǎn)單通用的工具，或是在鍛壓設(shè)備的上、下砧之間直接使坯料產(chǎn)生塑性變形，獲得具有一定形狀、尺寸和性能鍛件的加工方法。 特點(diǎn)： 不需專用模具，由人工掌握，比較靈活，適合單件、小批及大型鍛件的生產(chǎn)。 在空氣錘和蒸汽-空氣錘上進(jìn)行。大型鍛件的加工通常是在油壓機(jī)或水壓機(jī)上進(jìn)行。 主要工序有： 鐓粗、拔長(zhǎng)、沖孔、擴(kuò)孔、彎曲、錯(cuò)移等。軸類和桿件以拔長(zhǎng)變形為主，曲軸類還要加錯(cuò)移和扭轉(zhuǎn)工序；餅類件以鐓

13、粗變形為主，孔心件還得加沖孔工序。復(fù)雜形狀的鍛件必須采用組合變形方法。 鐓粗：使毛坯高度減少，截面增大的工序 齒輪、法蘭等餅類鍛件鉤 叉類實(shí) 心桿 類實(shí) 例 矩 形斷 面 桿類 別盤(pán) 類曲 軸類軸 類鍛件類型二、模型鍛造定義：在專用鍛造設(shè)備上采用專用模具，使金屬坯料產(chǎn)生塑性變形，獲得所需形狀、尺寸和性能鍛件的加工方法。特點(diǎn)：需專用鍛模，生產(chǎn)率及鍛件精度較高。一般處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，有利于塑性較差材料的成形。材料的變形抗力較大，設(shè)備噸位要求較高。主要用于中小鍛件的生產(chǎn)。批量足夠大時(shí)才經(jīng)濟(jì)。錘上模鍛：速度高、金屬流動(dòng)速度快，f降低，金屬流動(dòng)的慣性和變形的熱效應(yīng)突出，有利于擠入方式成形。壓力機(jī)上模鍛

14、：在一次行程中坯料內(nèi)外層同時(shí)變形，變形深透均勻、流線分布連續(xù)、鍛件力學(xué)性能一致性較好。第六節(jié) 板材成形 定義：通過(guò)模具和沖壓設(shè)備，使板材產(chǎn)生塑性變形，獲得具有一定形狀、尺寸和性能的沖壓件的加工方法。 特點(diǎn)：生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品尺寸精度穩(wěn)定，材料利用率高，操作簡(jiǎn)便，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化 。 分類： 分離（沖裁） 落料、沖孔、切割 成形彎曲、拉深、脹形、翻邊一、剪切和沖裁 二、彎曲 在彎曲力矩作用下，使平板毛坯、型材或管材等產(chǎn)生一定曲率和角度，形成一定形狀沖壓件的方法。 相對(duì)彎曲半徑：r/t 三、拉深 把沖裁后得到的平板毛坯成形成開(kāi)口空心零件的沖壓加工方法稱為拉深。拉深件示意圖拉深力 行 程破 裂毛 坯 直

15、徑 直 壁 破 斷 極 限加工硬化使拉深力增大；法蘭面積減小使拉深力降低毛坯直徑D增大，拉深力增加。拉深系數(shù)： d-零件的平均直徑， D-毛坯直徑拉深比： R1/mD/d拉深加工極限： mmin，Rmax，一般首次mmin為0.5。Ddm/四、脹形定義： 使金屬板料或毛坯件中間位置產(chǎn)生鼓凸變形，從而獲得表面積增大的零件的一種沖壓成形方法。局部脹形：壓筋條、凹坑、花紋，波紋管整體脹形：飛機(jī)蒙皮特點(diǎn)：（1）脹形結(jié)束后，坯料外徑不變，變形區(qū)不斷擴(kuò)大，變形區(qū)材料不向外轉(zhuǎn)移；（2）脹形過(guò)程中，材料厚度減薄，表面積增大，并在凹模內(nèi)形成凸包。（3）由于變形區(qū)在變形過(guò)程中一直受雙向拉應(yīng)力的作用，不易產(chǎn)生變形起

16、皺。 （4）脹形不適用于深形件加工。 （5）脹形力單調(diào)增加。 塑性狀態(tài)圖及其應(yīng)用塑性狀態(tài)圖及其應(yīng)用 概念：表示金屬塑性指標(biāo)與變形溫度及加載方式的關(guān)概念：表示金屬塑性指標(biāo)與變形溫度及加載方式的關(guān) 系曲線圖形，簡(jiǎn)稱塑性圖。系曲線圖形，簡(jiǎn)稱塑性圖。 應(yīng)用：合理選擇加工方法應(yīng)用：合理選擇加工方法 制定冷熱變形工藝制定冷熱變形工藝確定確定MB5MB5鎂合金熱加工工藝步驟鎂合金熱加工工藝步驟 根據(jù)產(chǎn)品確定加工方式（慢速、快速等）根據(jù)產(chǎn)品確定加工方式（慢速、快速等） 根據(jù)相圖確定合金的相組成根據(jù)相圖確定合金的相組成 根據(jù)塑性圖確定熱變形溫度范圍根據(jù)塑性圖確定熱變形溫度范圍根據(jù)力學(xué)性能要求確立根據(jù)力學(xué)性能要求

17、確立MB5MB5主要成分為：主要成分為： Al 5. 5 7. 0%Al 5. 5 7. 0%Mn 0. 15 0. 5%Mn 0. 15 0. 5%Zn 0. 5 1. 5%.Zn 0. 5 1. 5%.溫度 T T530530，為液相，為液相 270270，為，為 兩相組兩相組織織 270270 T T530530，為單，為單一的一的 相相根據(jù)塑性圖進(jìn)一步確定熱變形溫度范圍根據(jù)塑性圖進(jìn)一步確定熱變形溫度范圍從塑性圖上獲取的信息從塑性圖上獲取的信息 慢速加工，溫度為慢速加工，溫度為350400350400時(shí)時(shí), ,值和值和M M都有最大值，都有最大值，不論軋制或擠壓，都可在此溫度范圍內(nèi)以較慢的速度加不論軋制或擠壓，都可在此溫度范圍內(nèi)以較慢的速度加工。工。 鍛錘下加工，在鍛錘下加工，在350350左右有突變，變形溫度應(yīng)選擇在左右有突變，變形溫度應(yīng)選擇在400450400450。 工件形狀