塑性加工工藝

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輥縫之間，并使之受到壓縮產(chǎn)生塑性變形的過程。一、軋制過程及其基本原理 簡單理想軋制過程： 兩個軋輥均被驅(qū)動、直徑相等、轉(zhuǎn)速相同； 軋制過程中兩個軋輥完全對稱； 軋輥為剛性的；軋件除受軋輥作用外，不受其它外力作用； 軋件的機械性質(zhì)均勻。變形區(qū)主要參數(shù) 軋件在軋輥作用下產(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)/(0hhb2. 軋制過程中的金屬流動 前滑區(qū) 后滑區(qū) 中性面：軋件運動速度軋輥線速度的水平分量 中性角：秒流量相等原則：單位時間內(nèi)通過變形區(qū)內(nèi)任一橫斷面的金屬體積應(yīng)該為一常數(shù)。 FHvHFxvxFhvh常數(shù) )21 (23. 咬入條件 咬入時 咬入后RNNaTTNxTxPT2改善咬入條件的途徑：（1）降低角： （2）提高角： 4. 軋制壓力（1）軋制壓力的基本概念 軋制壓力是軋制時軋輥施加于軋件使之變形的力。但通常把軋件施加于軋輥總壓力的垂直分量稱為軋制壓力。 xlhHd xtRsincossincoscoscos00dxtBd

3、xtBdxpBPaa 一般通稱的軋制壓力或?qū)崪y的軋制總壓力，并非為軋制單位壓力之合力，而是軋制單位壓力、單位摩擦力的垂直分量之和。(2)軋制力的理論計算h0h+hhh1dx+dxxprprprsinprcosprsinprcosRdprpr0cos)cos(2sin)cos(2)(dxPdxPhdhhdrrxxx022dxPdxtgPdhhdrrxx0sincosdhPdhPdhhdrrxxdhPhdrx)sincos1 ()(dRPhdrx)cos(sin2)(dxtgdh2sin2Rddh 如果假定垂直應(yīng)力為Pr（主應(yīng)力1），水平應(yīng)力x（主應(yīng)力3），根據(jù)屈服準(zhǔn)則， 1 31.15s 0*有

4、： Pr x 0* 馮.卡爾曼微分方程積分，采里科夫解，求得Pr與（即h）的關(guān)系式，則影響Pr的主要因素如下：)(0rxPdddRPhPhdhdrrx)cos(sin2)()(0軋制力的影響： a. 軋輥彈性壓扁 任何一臺給定的軋機，都有一個最小可軋制厚度值，低于這一厚度，軋輥會產(chǎn)生很大變形，而被軋制的材料無任何塑性變形。 b. 軋輥彎曲 會導(dǎo)致所生產(chǎn)的金屬板中心厚邊緣薄。 c. 軋機彈性或塑性 軋輥分離力使機架產(chǎn)生變形，輥縫增大 5. 軋制力矩aPM hRbbpFpP210）（hRa為力臂系數(shù)，一般取=0.30.6 hRbbpM2)(10）（10bbhRpM二、軋制方法按軋制溫度 熱軋 冷軋

5、按軋件與軋輥的相對運動關(guān)系 縱軋：軋輥的縱軸線相互平行，軋件運動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，且前進 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動前進，與軋輥縱軸線垂直。 縱軋 斜軋 橫軋3. 按軋制生產(chǎn)過程 半成品軋制開坯 成品軋制粗軋、精軋三、板帶材軋制特點：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1. 中厚板軋制2

6、. 熱連軋板帶材生產(chǎn)與中厚板軋制的區(qū)別：不用展寬，采用立輥對寬度進行壓縮。3. 冷帶鋼生產(chǎn)厚度：0.13mm，寬度為1002000mm 優(yōu)點：軋制速度高（可達40m/s以上），道次壓下率大，產(chǎn)品表面光潔、板形平直、尺寸精度高和機械性能好。工藝特點：（1）加工溫度低，產(chǎn)生加工硬化，需要中間退火。（2）采用工藝?yán)鋮s和潤滑（3）張力軋制 四、管材軋制1. 無縫鋼管（1）穿孔（2）軋管：自動軋管機（3）均整：帶芯棒斜軋（4）定徑和減徑：無芯棒連軋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。五、型材軋制 型材軋制主要用于各種型鋼生產(chǎn)。大多數(shù)有色金屬型材主要采用擠壓、拉

7、拔的方法生產(chǎn)。 型鋼的軋制方法：在軋輥上加工出軋槽，把兩個或兩個以上軋輥的軋槽對應(yīng)裝配起來，形成孔型。軋制時，軋件通過一系列孔型，一般斷面積由大變小，長度由短變長，以達到所要求的形狀和尺寸。角鋼 槽鋼 工字鋼 孔型系統(tǒng)示例六、線材軋制 特點：（1）總的延伸率大，軋件溫降快，頭尾溫差大，軋制速度高。 （2）機架多、分工細(xì)，產(chǎn)品比較單一、軋機專業(yè)程度高。 （3）高速無扭轉(zhuǎn)軋機具有特殊的孔型系統(tǒng) 。 Y型軋機 45軋機第三節(jié) 擠壓一、擠壓原理、基本方法 及特點擠壓定義：對放在擠壓筒內(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、

8、變形特征、潤滑狀態(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：具有比軋制更為強烈的三向壓應(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。可加工用軋制或鍛造加工有困難甚至無法加工的金屬材料?？缮a(chǎn)斷面極其復(fù)雜的，變斷面的管材和型材。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。工藝流程簡單，設(shè)備投資少，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動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

9、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 正擠壓時金屬的流動正擠壓反擠壓擠壓力 P擠壓軸位移（1）填充擠壓階段：錠筒間隙，填充系數(shù) Rt=Ft/F0坯錠的長度與直徑之比（2）基本擠壓階段擠壓比錠坯斷面積/制品斷面積 圓棒正擠壓時子午面上網(wǎng)格變化示意圖 錐模擠壓 平模擠壓 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

10、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，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程示意圖減少縮尾的措施：進行不完全擠壓，留壓余；脫皮擠壓；機加工錠坯表面。2. 反擠壓時的金屬流動 擠壓力比正擠壓小3040，且與坯料長度無關(guān)。 反擠壓時的塑性變形區(qū)很小，集中在?？赘浇?，網(wǎng)格的橫向線與筒壁基本上垂直，進入?？讜r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)域的相對位移，金屬流動較均勻。 產(chǎn)生擠壓縮尾的傾向很

11、小，壓余可比正擠壓時減少一半。 擠壓筒和模具的磨損小，壽命長。 死區(qū)很小，惡化制品表面質(zhì)量。3. 影響金屬流動的因素（1）擠壓筒壁上的摩擦力（2）筒溫（3）金屬導(dǎo)熱性（4）潤滑劑的絕熱性（5）合金相狀態(tài)（6）金屬的強度（7）模角（8）變形程度4. 擠壓力 擠壓桿通過擠壓墊作用在錠坯上使之流出?？椎膲毫?，稱為擠壓力。通常指Pmax。 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）

12、平流模第四節(jié) 拉拔加工一、拉拔原理、方法、特點拉拔定義： 在外加拉力的作用下，迫使金屬通過?？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 實心材拉拔棒材、型材、線材 空心材拉拔管材3. 特點（1）拉拔制品尺寸精度高，表面光潔度好。（2）工具與設(shè)備簡單，維護方便。（3）最適合于連續(xù)高速生產(chǎn)斷面尺寸小的長制品。（4）拉拔道次變形量和兩次退火間的總變形量受到限制，工藝過程長。過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

13、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的應(yīng)力與變形dNdRdT 拉拔制品內(nèi)部的周期性裂紋示意圖D1D2D2D12. 管材拉拔時的應(yīng)力與變形（1）空拉 llrrl增 壁 厚l減 壁 厚lrrlrr 空拉時的主應(yīng)力： 1軸向應(yīng)力l 2徑向應(yīng)力r 3切向應(yīng)力 空拉時的壁厚變化取決于r m m（ 1+ 2+3）/3 r m 0，管壁增厚 r m =0，管壁不變 r m0，管壁變薄 空拉能起到自動糾正管坯偏心的作用。（2）襯拉rlArlA特 點：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、實現(xiàn)拉

14、拔過程的必要條件 由于拉拔是通過施加在制品上的拉力實現(xiàn)的，施加在制品斷面上的拉力L必須小于金屬出?？谔幍那姸萻。否則，將會產(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過小，意味著加工率過大，容易產(chǎn)生斷頭、拉斷等現(xiàn)象； K過大，表示道次加工率過小，沒有充分發(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。錐形模 弧線模222(a)(b)四、拉拔工具 1. 拉拔模 2. 芯頭dl3l2l1d(a ) 圓 柱 形 固 定 芯 頭(b ) 錐 形 固 定 芯 頭(c ) 游 動 芯 頭實現(xiàn)游動芯頭穩(wěn)定拉拔的基本條件是 ，其中為芯頭與管內(nèi)壁之

15、間的摩擦角。 第五節(jié) 鍛造1 定義：是借助鍛錘、壓力機等設(shè)備對坯料施加壓力，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：在塑性變形中，能使坯料的粗晶粒破碎、疏松、孔隙被壓實、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： 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-空氣錘上進行。大型鍛件的加工通常是在油壓機或水壓機上進行。 主要工序有： 鐓粗、拔長、沖孔、擴孔、彎曲、錯移等。軸類和桿件以拔長

16、變形為主，曲軸類還要加錯移和扭轉(zhuǎn)工序；餅類件以鐓粗變形為主，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 拔長：使毛坯橫截面減小，長度增加的工序 軸類鍛件或為后道工序制坯適當(dāng)減小送進量可提高拔長效率鉤 叉類實 心桿 類實 例 矩 形斷 面 桿類 別盤 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：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

17、小鍛件的生產(chǎn)。批量足夠大時才經(jīng)濟。錘上模鍛：速度高、金屬流動速度快，f降低，金屬流動的慣性和變形的熱效應(yīng)突出，有利于擠入方式成形。壓力機上模鍛：在一次行程中坯料內(nèi)外層同時變形，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。三、特種鍛造1. 輥鍛定義：將坯料用一對裝有模具轉(zhuǎn)向相反的鍛輥曳入，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稱為輥鍛，是來自于軋制的鍛造成形方法。 一般模鍛：模具直線運動 輥鍛：模具旋轉(zhuǎn)運動 軋制：軋輥整個圓周都是工作部分，采用長 坯料 輥鍛：只有扇形模一部分工作，短坯料輥鍛示意圖軋 輥坯 料輥 鍛 模特點：（1）連續(xù)的靜壓過程，無沖擊和振動。變形實質(zhì)是坯

18、料的拔長。（2）生產(chǎn)率高。（3）節(jié)約金屬材料。（4）設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單。（5）勞動條件好，易實現(xiàn)機械化和自動化。（6）節(jié)約模具鋼材。（7）鍛件質(zhì)量好。2.擺動輾壓 擺輾是一種連續(xù)、局部、遞增成形方法。特點：（1）變形力小，能耗低。只有一般鍛造變形力的1/51/20；（2）制件質(zhì)量好，無震動，低噪音，模具壽命高，投資少，設(shè)備費用低，易實現(xiàn)自動化。（3）上下接觸面上的壓力分布不同，上大下??；零件易出現(xiàn)上大下小或下大上小的蘑菇頭形狀；徑向尺寸易增大，高度填充困難。 主要用于輾制薄盤類、錐齒輪、萬向節(jié)、非軸對稱件等。 第六節(jié) 板材成形 定義：通過模具和沖壓設(shè)備，使板材產(chǎn)生塑性變形，獲得具有一定形狀、尺寸和性

19、能的沖壓件的加工方法。 特點：生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品尺寸精度穩(wěn)定，材料利用率高，操作簡便，易實現(xiàn)自動化 。 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 沖裁間隙對沖裁質(zhì)量、模具壽命和沖裁力都有很大影響，沖裁間隙過小易產(chǎn)生擠壓毛刺，增大模具磨損；沖裁間隙過大，斷面質(zhì)量惡化，所以合理選擇沖裁間隙很重要。一般為材料厚度的510。 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。 相對彎曲半徑：r/t 應(yīng)變中性層：外層受拉伸長而厚度減薄，內(nèi)層受壓縮短使板料增厚窄板b/t3，寬度方向變形阻力大，彎曲后板寬基本不變，寬度方向應(yīng)變近似為零。 相對彎曲半徑：（r/t）越小，板料減薄量越大，彎曲長度的增加量越大。 (r/t) min：彎曲加工極限。 塑性好的材料， (r/t) min1.0 一般為12三、拉深 把沖裁后得到的平板毛坯成形成開口空心零件的沖壓加工方法稱為拉深。拉深件示意圖切向壓應(yīng)力和負(fù)應(yīng)變，徑向拉應(yīng)力和正應(yīng)變，厚度方向負(fù)應(yīng)力和正應(yīng)變法蘭部分是變形區(qū)，材料不斷向外轉(zhuǎn)移；壁部是已變形區(qū)，傳力區(qū)；底部是承力區(qū)，很少