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材料成型概论 第三讲 材料塑性成型的基础.pdf

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    • 材料成型概论材料成型概论?第一讲材料成型概述第一讲材料成型概述?第二讲炼钢炼铁生产第二讲炼钢炼铁生产?第三讲材料塑性成型的基础第三讲材料塑性成型的基础?第四讲钢坯型钢生产第四讲钢坯型钢生产?第五讲线棒材生产第五讲线棒材生产?第六讲板带钢生产第六讲板带钢生产?第七讲钢管生产第七讲钢管生产?第八讲挤压拉拔生产第八讲挤压拉拔生产?第九讲锻压冲压生产第九讲锻压冲压生产?第十讲材料成型的发展及应用第十讲材料成型的发展及应用第三讲 材料塑性成型的基础第三讲 材料塑性成型的基础3.1 塑性变形的基本定律塑性变形的基本定律 3.2 轧制理论基础轧制理论基础 3.3 轧机的组成及分类轧机的组成及分类 3.4 轧钢生产系统、工艺流程及工艺制度轧钢生产系统、工艺流程及工艺制度 3.4.1 轧钢生产系统轧钢生产系统 3.4.2 轧钢生产工艺流程轧钢生产工艺流程 3.4.3 轧钢工艺制度轧钢工艺制度3.1 塑性变形的基本定律塑性变形的基本定律?弹塑性共存定律塑性变形过程中仍然存在一部分弹性变形弹塑性共存定律塑性变形过程中仍然存在一部分弹性变形体积不变定律(忽略氧化废料损失)体积不变定律(忽略氧化废料损失)HBL= =hbl,,ηη= μμ*ββ或或 ln(1/ηη)+ lnββ+ lnμμ=0 上式说明,在一定压下量下将会得到一定的延伸量和宽展量上式说明,在一定压下量下将会得到一定的延伸量和宽展量?最小阻力定律物体在变形过程中各质点总是向着阻力最小的方向流 动。

      最小阻力定律物体在变形过程中各质点总是向着阻力最小的方向流 动3.2 轧制理论基础轧制理论基础?轧制成型是指金属轧件通过旋转的轧辊进行塑性 变形,轧制成型是指金属轧件通过旋转的轧辊进行塑性 变形,横断面积减小长度增加,并获得要求的断横断面积减小长度增加,并获得要求的断 面形状和尺寸面形状和尺寸,同时改善金属性能的压力加工方 法同时改善金属性能的压力加工方 法可实现连续轧制)纵轧、横轧、斜轧可实现连续轧制)纵轧、横轧、斜轧轧制是冶金生产中应用最为广泛的一种金属塑性 成型方法,约占金属材料生产总量的90%轧制是冶金生产中应用最为广泛的一种金属塑性 成型方法,约占金属材料生产总量的90%轧制方法划分:轧制方法划分:?按按轧件与轧辊的相对运动轧件与轧辊的相对运动关系或轧件在变形区内变 形特点划分:关系或轧件在变形区内变 形特点划分:纵轧、斜轧和横轧纵轧、斜轧和横轧按按轧制温度轧制温度划分:划分:热轧、冷轧热轧、冷轧按轧制产品划分:按轧制产品划分:半成品轧制、成品轧制半成品轧制、成品轧制按轧制产品的成形特点划分:按轧制产品的成形特点划分:一般轧制、特殊轧制一般轧制、特殊轧制——(周期轧制、旋压轧制、弯曲成形)(周期轧制、旋压轧制、弯曲成形)3.2.1 轧制成型的方法轧制成型的方法钢坯是生产型钢、板带钢和钢管等成品轧材的半成 品。

      钢坯生产在炼钢和成品轧材生产中承上启下占 有特殊重要的地位 目前钢坯的生产方法有三种:钢坯是生产型钢、板带钢和钢管等成品轧材的半成 品钢坯生产在炼钢和成品轧材生产中承上启下占 有特殊重要的地位 目前钢坯的生产方法有三种:轧制法(开坯)轧制法(开坯):在轧机上把钢锭轧成各种断面形 状的钢坯在轧机上把钢锭轧成各种断面形 状的钢坯锻压法锻压法:用锻锤或水压机把钢锭锻成各种钢坯用锻锤或水压机把钢锭锻成各种钢坯连铸法连铸法:直接把钢水浇铸成各种断面形状和尺寸规 格的钢坯直接把钢水浇铸成各种断面形状和尺寸规 格的钢坯半成品轧制半成品轧制将将钢锭或钢坯钢锭或钢坯轧制成材的过程叫成品轧制轧制成材的过程叫成品轧制按成品材断面类别可分为:按成品材断面类别可分为:型钢轧制棒线材轧制板带钢轧制钢管轧制型钢轧制棒线材轧制板带钢轧制钢管轧制成品轧制成品轧制成品热轧通常分为两个阶段:成品热轧通常分为两个阶段:?粗轧阶段粗轧阶段——采取高温大压下量将钢坯迅速轧成接近成品的毛坯;采取高温大压下量将钢坯迅速轧成接近成品的毛坯;?精轧阶段精轧阶段——以小的变形量将毛坯轧成各种成品,以获得良好的表面和精确的尺寸以小的变形量将毛坯轧成各种成品,以获得良好的表面和精确的尺寸。

      成品轧制成品轧制一是获得具有一定形状和尺寸的产品-一是获得具有一定形状和尺寸的产品-精确成型;精确成型;二是通过压力加工改善材料的组织性能-二是通过压力加工改善材料的组织性能-改善金属性能改善金属性能热轧热轧热轧热轧——将轧件加热到再结晶温度以上进行轧制 变形抗力小,易获得大变形量将轧件加热到再结晶温度以上进行轧制 变形抗力小,易获得大变形量冷轧冷轧冷轧冷轧——轧件在常温下进行轧制产品表面光 洁,尺寸精确轧件在常温下进行轧制产品表面光 洁,尺寸精确3.2.2 轧制成型的作用轧制成型的作用形状和尺寸的改变形状和尺寸的改变板坯异型坯成品?浇注后得到的锭坯晶粒较粗大,将其加热到一定 温度,进行压力加工,会使其晶粒细化,从而改 善其机械性能浇注后得到的锭坯晶粒较粗大,将其加热到一定 温度,进行压力加工,会使其晶粒细化,从而改 善其机械性能热轧组织性能的改变热轧组织性能的改变轧前粗 大晶粒轧前粗 大晶粒变成细 长晶粒变成细 长晶粒细晶粒 出现细晶粒 出现新晶粒 长大新晶粒 长大形成新 晶粒形成新 晶粒最终的晶粒大小由 终轧温度和变形量 决定最终的晶粒大小由 终轧温度和变形量 决定冷轧组织性能的改变冷轧组织性能的改变冷轧时,钢中晶粒沿轧制方向伸长,形成纤 维状组织,导致钢材各向异性;加工硬化,使钢变硬变脆,很难进一步加工。

      退火后再加工冷轧时,钢中晶粒沿轧制方向伸长,形成纤 维状组织,导致钢材各向异性;加工硬化,使钢变硬变脆,很难进一步加工 退火后再加工以二辊轧制过程作为研究对象以二辊轧制过程作为研究对象3.2.3 纵轧的变形及表示方法纵轧的变形及表示方法Δb/2 αΔh/2 ABCD简单轧制过程:(1)上下轧辊直径相同(2)转速相等(3)轧辊无切槽(4)均为传动辊(5)无外力或推力(6)轧辊为刚性的(7)轧件性质均匀简单轧制过程:(1)上下轧辊直径相同(2)转速相等(3)轧辊无切槽(4)均为传动辊(5)无外力或推力(6)轧辊为刚性的(7)轧件性质均匀?变形区:轧件承受轧辊作用,产生塑性变形的区域变形区:轧件承受轧辊作用,产生塑性变形的区域接触弧长接触弧长(咬入弧):轧制时,轧件与轧辊相接触的圆弧 (弧(咬入弧):轧制时,轧件与轧辊相接触的圆弧 (弧AB ))?咬入角咬入角αα :接触弧所对应的圆心角接触弧所对应的圆心角变形区(接触弧)长度(变形区(接触弧)长度(l):):接触弧的水平投影长度接触弧的水平投影长度△h = D(1-cosα), cosα=1- △h /D当α很小时,当α很小时, α≈√△h /R3.2.3 纵轧的变形及表示方法纵轧的变形及表示方法hRlΔ≈3.2.3 纵轧的变形及表示方法纵轧的变形及表示方法0=ΔV0lnln1ln111=++=⋅⋅=⋅⋅=μωημωηLl Bb HhhblHBLμ==hH FF Ll)()nnFFFFμμμμμ⋅ ⋅ ⋅×===1221110(nμμμμ⋅ ⋅ ⋅⋅=Σ21根据体积不变定律,轧制前后的工件体积相等:n 道次轧件断面面积变化关系根据体积不变定律,轧制前后的工件体积相等:n 道次轧件断面面积变化关系::n 道次轧制后轧件的延伸系数n 道次轧制后轧件的延伸系数::3.2.3 纵轧的变形及表示方法纵轧的变形及表示方法?咬入:依靠旋转的轧辊与轧件间的摩擦力将轧件拖 入辊缝的现象。

      咬入:依靠旋转的轧辊与轧件间的摩擦力将轧件拖 入辊缝的现象 ?自然咬入条件自然咬入条件自然咬入条件自然咬入条件?受力分析如图咬入条件受力分析如图咬入条件:Px≤≤ Tx 即:即:tanα≤α≤f =tanββ α≤βα≤β轧辊对轧件的作用力轧辊对轧件的作用力P、T3.2.4 纵轧咬入条件纵轧咬入条件?轧制过程:靠旋转的轧辊与轧件之间的摩擦力将轧 件拖入辊缝,并使之受到轧制过程:靠旋转的轧辊与轧件之间的摩擦力将轧 件拖入辊缝,并使之受到压缩压缩压缩压缩产生塑性变形,获得 一定形状、尺寸和性能的压力加工过程产生塑性变形,获得 一定形状、尺寸和性能的压力加工过程轧制过程三阶段:轧制过程三阶段:咬入阶段、咬入阶段、稳定轧制阶段、稳定轧制阶段、和甩出阶段.和甩出阶段.3.2.5 轧制过程的轧制过程的三个阶段三个阶段?1. 咬入阶段:轧件前端与轧辊接触的瞬间起到前端 达到变形区的出口断面(轧辊轴心连线)咬入阶段:轧件前端与轧辊接触的瞬间起到前端 达到变形区的出口断面(轧辊轴心连线)?特点:特点: 1 )变形区的长度由零连续地增加到最大值,即增加到变形区的长度由零连续地增加到最大值,即增加到2) 变形区内的合力作用点、力矩皆不断的变化。

      变形区内的合力作用点、力矩皆不断的变化3) 轧件对轧辊的压力轧件对轧辊的压力P由零值逐渐增加到该轧制条件 下的最大值由零值逐渐增加到该轧制条件 下的最大值 4 )变形区内断面的应力状态不断地变化变形区内断面的应力状态不断地变化3.2.5 轧制过程的三个阶段轧制过程的三个阶段lR h=Δ?2. 稳定轧制阶段:稳定轧制阶段:?从轧件前端离开轧辊轴心连线开始,到轧件后端 进入变形区的入口断面止从轧件前端离开轧辊轴心连线开始,到轧件后端 进入变形区的入口断面止特点:变形区的大小、轧件与轧辊的接触面积,金属对 轧辊的压力,变形区内各处的应力状态等都是均 衡的特点:变形区的大小、轧件与轧辊的接触面积,金属对 轧辊的压力,变形区内各处的应力状态等都是均 衡的3.2.5 轧制过程的三个阶段轧制过程的三个阶段?3. 甩出阶段:甩出阶段:?从轧件后端进入入口断面时起到轧件完全通过辊缝 (轧辊轴心连线)从轧件后端进入入口断面时起到轧件完全通过辊缝 (轧辊轴心连线)?特点:特点:1 ) 变形区的长度由最大变到最小变形区的长度由最大变到最小——零零2 ) 变形区内的合力作用点、力矩皆不断的变化变形区内的合力作用点、力矩皆不断的变化。

      3 ) 轧件对轧辊的压力轧件对轧辊的压力P由最大值变到零由最大值变到零4 ) 变形区内断面的应力状态不断地变化变形区内断面的应力状态不断地变化3.2.5 轧制过程的三个阶段轧制过程的三个阶段3.3 轧机的组成及分类轧机的组成及分类3.3.1 轧钢机轧钢机轧钢机轧钢机?直接使轧件产生塑性变形的设备直接使轧件产生塑性变形的设备——主机列由主电机、传动机构、轧机机座三大部分组成主机列由主电机、传动机构、轧机机座三大部分组成轧机的基本构造轧机的基本构造驱动部分:主电机、主轴、齿轮座、接轴等 工作部分:机架、支撑辊、工作辊、压下装置 、导卫装置、平衡装置等驱动部分:主电机、主轴、齿轮座、接轴等 工作部分:机架、支撑辊、工作辊、压下装置 、导卫装置、平衡装置等主电机主电机齿轮座齿轮座主轴主轴联接轴联接轴支承辊支承辊工作辊工作辊机 架机 架压下装置压下装置轧机的基本构造轧机的基本构造?轧辊轧辊::由辊身、辊颈和辊头三部分组成由辊身、辊颈和辊头三部分组成辊身辊身——轧板带材的用轧板带材的用平辊平辊平辊平辊辊身;轧型材的用带有辊身;轧型材的用带有轧槽轧槽轧槽轧槽组成孔型的型辊辊身组成孔型的型辊辊身辊颈辊颈——位于辊身两侧,用于支承轧辊。

      位于辊身两侧,用于支承轧辊辊头辊头——与联结轴相接,用于传递扭转力矩使轧辊旋转的部分见图)与联结轴相接,用于传递扭转力矩使轧辊旋转的部分见图)机架机架?由组装轧辊用的两个由组装轧辊用的两个铸铁铸铁铸铁铸铁或或铸钢铸钢铸钢铸钢的牌坊组成,它承 受金属作用在轧辊上的全部压力,对强度和刚度有 较高的要求的牌坊组成,它承 受金属作用在轧辊上的全部压力,对强度和刚度有 较高的要求机架有机架有闭口式闭口式和和开口式开口式两种闭口式机架主要用在 轧制负荷大的初轧机和板材轧机上,开口式。

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