《金属塑性加工技术》思考题解答版

讨论简单轧制过程主要研究几何变形区.

数)l h H h =+,2()B h B H h =+B -轧件宽度(不计宽展),H -轧前厚度,h -轧件平均厚度.

稳定轧制过程中,中性角、接触角和摩擦角之间的关系式为:=/2(1-/2)γααβ 宽展由滑动宽展、翻平宽展、鼓形宽展组成.

轧制时主电机轴上输出的传动力矩,主要克服的阻力矩有:轧制力矩M 、空转力矩M 0、附加摩擦力矩M f 、动力矩M d . 自由锻的基本工序包括镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割等.

冲孔的方法通常包括实心冲子冲孔、空心冲子冲孔和在垫环上冲孔. 锻造过程中常出现的缺陷有表面裂纹、非金属夹杂、过热等. 孔型轧制时宽展类型分为自由宽展、限制宽展、强迫宽展3种.

实现带滑动拉拔的基本条件为绞盘的圆周速度大于绕在绞盘上线的运动速度.

带滑动多模连续拉拔配模的必要条件第n 道次以后的总延伸系数必须大于收线盘与第n 个绞盘圆周线速度之比. 带滑动多模连续拉拔配模的充分条件任一道次的延伸系数应大于相邻两个绞盘的速比.

金属挤压时,按金属流动特征分类有正挤和反挤.

正向或反向挤压时,其变形能计算式中的系数Ce 分别为0.7和0.9.

正向挤压时,锭坯的尺寸为φ60mm,挤压杆的移动速度为100mm/s,φ20mm 的圆棒单根流出模孔的速度则为900mm/s. “Y”孔型的特征参数:形状参数K=b/R 、面积参数M=f/d 2、内接圆参数G=d/b.

孔型轧制的品种包括:线杆、棒材、管材、型材

热轧:金属在再结晶温度以上的轧制过程,金属在该过程中无加工硬化,热轧时金属具有较高的塑性和较低的变形抗力,可用较少能量获得较大变形.

冷轧:金属在再结晶温度以下的轧制过程,不发生再结晶过程,只发生加工硬化,金属的强度和变形抗力提高,同时塑性降低. 轧制过程中性角:后滑区与前滑区的分界面为中性面,与中性面对应,前滑区接触弧所对应的圆心角为中性角.

轧制压力:轧件给轧辊的合力的垂直分量,亦即指是用测压仪在压下螺丝下面测得的总压力.

最小可轧厚度:在一定轧制条件下(轧辊直径、轧制张力、轧制速度、摩擦条件等不变的情况下),无论如何调整辊缝或反复轧制多次,轧件都不能再轧薄了的极限厚度.

轧制变形区:轧制时金属在轧辊间产生塑性变形的区域称为轧制变形区,包括几何变形区和非接触变形区.

轧制接触角:轧件与轧辊的接触弧所对应的圆心角称为轧制接触角.

前滑:轧件的出口速度大于该处轧辊圆周速度的现象称为前滑.

后滑:轧件的入口速度小于入口断面上轧辊水平速度的现象称为后滑.

轧制负荷图:轧制负荷图是指一个轧制周期内,主电机轴上的力矩随时变化的负荷图,分为静负荷图与静负荷和动负荷的合成负荷图两种情况.

轧制工作图表:时间与各轧机工作状态图.

集束拉拔:将两根以上断面为圆形或异型的坯料同时通过圆的或异型孔的模子进行拉拔,以获得特殊形状的异型材的一种加工方法.

闭式模锻:闭式模锻亦称无飞边模锻,即在成形过程中模膛是封闭的,分模面间隙是常数.

液态模锻:将一定量的液态金属直接注入金属模腔,然后在压力作用下,使处于熔融/半熔融状态的金属液发生流动,并凝固成形,同时伴有少量的塑性变形,从而获得毛坯或零件的加工方法.

精密模锻:它是一种效率高而又精密的压力加工方法,模锻件尺寸与成品零件的尺寸很接近,因而可以实现少切削或无切削加工.

拉深系数:拉深系数m=d/D 0,d-拉深制件直径,D 0-坯料直径,m 越小,变形程度越大,变形区金属硬化越厉害,抗失稳能力变小,板坯越易起皱.

冲压:通过模具对板料施加外力,使之塑性变形或分离,从而获得一定形状、尺寸和性能的零件或毛坯的加工方法. 挤压比:挤压前的制品的总横断面积/挤压后的制品的总横断面积.

填充系数:挤压筒内孔横断面积与锭坯横断面积之比.

连续挤压:连续挤压是通过有效利用坯料与旋转挤压轮之间的强摩擦所产生足够的挤压力和温度,将杆料、颗粒料或熔融金属以真正连续大剪切变形方式直接一次挤压成制品的塑性加工方法.

脱皮挤压:在挤压过程中锭坯表层金属被挤压垫切离而滞留在挤压筒内的挤压方法称为脱皮挤压

挤压效应:挤压效应是指某些铝合金挤压制品与其他加工制品(如轧制、拉拔和锻造等)经相同的热处理后,前者的强度比后者高,而塑性比后者低.这一效应是挤压制品所独有的特征.

挤压缩尾:出现在制品尾部的一种特有缺陷,制品后端金属内部夹杂了外来杂质或较冷的金属空洞、疏松等,主要产生在终了挤压阶段.

孔型系:轧件由粗变细必须在截面的各个方向上进行压缩(至少两个方向),因而要经过一系列不同形状和尺寸的孔型进行轧制,这一系列孔型称之为孔型系.

综述金属塑性加工技术的发展趋势.

金属塑性成形技术正向高科技、自动化和精密成形的方向发展.

1)计算机技术的应用①塑性成形过程的数值模拟(CAE/CAD/CAM)②塑性成形过程的控制和检测

2)先进成形技术的开发和应用①精密塑性成形技术②复合工艺和组合工艺(短流程技术)

3)塑性成形设备及生产自动化①塑性成形设备②塑性成形的自动化

4)配套技术的发展①工模具生产技术②坯料加热方法(煤-汽-电)及在线热处理技术等

分析金属塑性成形工序与铸造、热处理工序的关联性.

首先,金属塑性加工总是离不开铸造工序,例如连续铸轧技术,就是将铸造和热轧两道工序合在一道工序完成;连铸连轧、连铸连挤就是将铸造和热轧或挤压设计在一条连续化生产线上完成;铸锭的性能对塑性加工性能有直接影响;塑性加工产品的很多缺陷都源于铸造时的冶金缺陷等;其次,金属塑性加工总是离不开热处理工序,例如,可通过铸锭的均匀化热处理改善金属的塑性加工性能及最终产品的性能;塑性加工产生的加工硬化必须通过热处理进行塑性的恢复;可以通过形变热处理工艺(塑性成形+热处理)对金属的组织和性能进行合理调控;塑性加工产品的最终性能通常是通过产品退火进行控制. 简析:金属塑性加工的产品质量的内涵.

主要包括:1)化学成分2)内部组织结构3)材料性能(力学性能、物理性能、腐蚀性能、加工性能等)4)精度(尺寸精度、形状精度、表面精度)

轧制过程变形力学特点.

应力:三向压缩.变形规律是由轧件在变形区内所受的应力状态与工具形状所决定的.轧件受轧辊的压力作用,在高向上轧件承受z 向的压应力,而横向和纵向因为摩擦力的作用使轧件承受y 和x 的压应力.应变:一压二伸.一压一伸(平面应变). 简述板带轧制的基本生产方法.

连铸连轧法:指金属在一条作用线上连续通过熔化、铸造、轧制、剪切及卷边等工序,获得板带坯料的生产方法. 连续铸轧法:液态金属直接在旋转的轧辊间结晶,并承受一定热变形而获得板带坯料的生产方法.

板带轧制方法有块式法和带式法两种方式:块式法:当铸锭越轧越薄且长度越轧越长而难以处理时,将其切成若干小块再轧,如此反复直轧到要求的厚度,改善组织,压下量大,轧件方向可调,能耗大.带式法:铸锭轧长后,将其卷成卷,继续将其轧成成卷的带材,最后才剪成一块块板材的生产方法,成材率高,初始晶粒均匀,改善组织不灵活,能耗低.实际生产多采用带式法. 画出轧件轧制过程简图,并推导轧件咬入及其稳定轧制的条件.如何改善轧件轧制过程中的咬入条件.

轧辊作用在轧件有径向正压力N 和轧辊旋转方向一致的切向摩擦力T,且T=f N.f

是咬入时轧辊与轧件之间的摩擦系数.将它们分解成水平方向的分力N x 和T x ,垂直

方向的分力N y 和T y .实现轧件咬入必须满足T x ≥N x ,T x =N x 是咬入的临界条

件.sin ,cos x x N N T T αα==,因为T fN =,由T x ≥N x ,有

cos sin fN N αα≥tan f α≥.正压力N 和摩擦力T 的合力为R,正压力N 与合力

R 的夹角β称为摩擦角,摩擦系数可以用摩擦角β表示,即摩擦角β的正切就是摩擦

系数f.有tan tan βα≥即βα≥.

当αβ<时称为自然咬入条件或咬入的充分条件;=αβ时,为咬入的临界条件.

当轧件完全填充辊间后,如果单位压力沿接触弧内均匀分布,则合压力作用点可假定在接触弧的中点,合压力与轧辊中心连线的夹角ϕ等于接触角α的一半.轧件填充辊间后,继续进行轧制的条件仍然应当是轧件的水平拉入力T ｘ大于水平推出力N ｘ,T ｘ≥N ｘ.此时:cos sin T N ϕϕ≥/tan T N f ϕ=≥.式中f 为稳定轧制时轧辊与轧件之间的摩擦系数,通常比咬入时的摩擦系数小.tan tan ,βϕβϕ≥≥考虑到2α

ϕ=则有2βα≥. 当βα2=时为稳定轧制建成的临界条件;βα2<为稳定轧制建成的充分条件.

由咬入条件βα<可知,改善咬入的措施必须从两方面入手,即减小咬入角或增大摩擦角(摩擦系数):

改善咬入条件的措施:1.减小咬入角改善咬入的措施:

1)采用大辊径轧辊,可使咬入角减小,满足大压下量轧制2)轧件前端做成锥形或圆弧形,以减小咬入角,拽入后达到所需的压下量3)咬入时辊缝调大,减小了压下量从而减小了咬入角.稳定轧制建立后,可调小辊缝,加大压下量,即带负荷压下.充分利用咬入后的剩余摩擦力4)减小道次压下量,可减小轧件原始厚度和增加轧出厚度的方法来实现,但会降低生产率.

2.增加摩擦系数改善咬入的措施:

1)在粗轧机轧辊上打砂或粗磨,以增加摩擦系数,打砂比粗磨好,可延长轧辊寿命2)咬入时不加或少加润滑剂,或喷洒煤油等涩性油剂,以增加咬入时的摩擦系数3)低速咬入,以增加咬入时的摩擦系数,再高速稳定轧制,以提高生产效率.4)热轧加热温度要适宜.在保证产品质量的前提下,温度高,轧件表面氧化皮可起润滑作用,从而降低摩擦系数.轧件温度过低,表面硬度大,摩擦系数也较小.

增加摩擦角,即增加摩擦系数,虽有利于咬入,但摩擦系数增加导致轧辊磨损,轧件表面质量变坏,而且增加了能耗.所以改善咬入的措施要根据不同的轧制情况、产品质量要求灵活选用.

给轧件施以顺轧制方向的水平力,如利用推机、推力辊,或者辊道运送轧件的惯性冲力,实现强迫咬入.施加外推力不仅改善了力平衡条件,也使轧件前端被轧辊压扁,实际咬入角小,而且还使正压力增加,导致摩擦力增加,有助于轧件咬入. 前滑和后滑的定义是什么?影响前滑的因素有哪些?二者对于轧制过程有何影响?

前滑:轧件的出口速度大于该处轧辊圆周速度的现象.后滑:轧件的入口速度小于入口断面上轧辊水平速度的现象.影响前滑的因素有:1)轧辊直径:前滑随轧辊直径的增大而增加2)摩擦系数:摩擦系数增大,中性角增大,前滑值增加3)轧件厚度:厚度越小前滑越大4)张力:前张力增加,前滑增加,后张力增加,前滑减小5)加工率:前滑随道次加工率的增大而增加,但加工率