塑性加工原理

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2. 主要参数
咬入角α ：轧件最先与轧辊接触的点与轧辊中心点 的连线和轧辊中心线的夹角。 接触弧s（咬入弧）：轧制时，轧件与轧辊相接触
的圆弧(弧AB）。
变形区（接触弧）长度l：接触弧的水平投影长度。
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3.各主要参数间相互关系
1）咬入角α: cosα=1- △h /D
cos
R
h 2 R
塑性成型(加工)原理
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绪论
一、塑性加工的主要方法 二、当代轧制技术的发展趋势 三、轧制理论的作用及发展 四、本课程的研究对象及目的 五、学习方法
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一、塑性成型(加工）的主要方法 1.塑性成型（加工）的概念
对材料施加一定的外力作用使其产生塑 性变形并获得一定形状、尺寸和性能的产品 的加工方法
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2.金属塑性加工的特点 优点：1)无削加工，节省金属； 2)改善组织和性能； 3）产量高，能量消耗少，成本低，适于大 批量生产。 不足：1)对于形状复杂，尺寸精确，表面十分光 洁的产品尚不及切削加工； 2)在成本及形状复杂方面不及铸造； 3)只能用于生产具有塑性的金属。
△h = D（l-cosα）
1 cos 2 sin
2

2
1 h sin 2 2 R

当α很小时， α≈√△h /R 变形区任一断面高度 hx
:
hx = △hx+h= D（l-cosαx）+h
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最大压下量:
hmax D （1 cos max）
不同轧制条件下的最大咬入角
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2）机电一体智能化：自动控制和智能控制 自动化是现代化轧钢厂提高产品质量 的最为有效的手段，与人工智能结合控制 是轧制技术发展的新的重要方向。
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3）工艺最佳连续化： 如高精度轧制、短流程及连铸连轧、无 头轧制。 4）技管结合一贯化:提高产品质量，减少物流 时间，缩短生产周期，加速资金周转。
体积不变规律：在塑性加工变形过程中，如果忽 略金属密度的变化，可以认为变形前后金属体积 保持不变。
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最小阻力定律：物体在塑性变形过程中，其质点 总是向着阻力最小的方向流动。 简单轧制过程：轧制时上下辊径相同，转速相等， 轧辊无切槽，均为传动辊，无外加张力或推力，轧 辊为刚性的。
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1.1变形区及主要参数
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2006年我们进口了3.26亿吨矿，实际上只消费了2.8718亿吨，还 有3882万吨矿买进来积压在港口，没有用上。
2009年1-7月份，中国的铁矿石进口量已经达到3.553亿吨，截 至8月7日，港口的铁矿石库存是7329万 吨。 2013年中国的铁矿石进口量已经达到8.19亿吨，港口的铁矿 石库存是8000万吨以上。
α≤β
(自然)咬入条件
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热轧 型钢：α =20°～25° 带钢：α =10°～20°
确定摩擦角
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2.实现稳定轧制时的(咬入)条件 在咬入过程中，如图
θ′表示轧件咬入后其前端与中心线所成的夹角，按 照轧件进入轧辊的程度， θ′ 一直是在减少。当轧件完 全充填辊缝即θ ′= 0 时，进入稳定轧制阶段。 设压力沿着接触弧均匀分布，则 P、 T合力作用角 φ 在1/2接弧处。受力分析如上图。
轧制时轧件在轧辊作用下发生变形的部分。
弹性变形区 塑性变形区
弹性恢复区
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1.1变形区及主要参数
1 变形区概念： 轧件承受轧辊作用，产生塑性变 形的区域。 变形区分： 几何变形区：轧件直接承受轧辊作 用，产生塑性变形的区域。 物理变形区：轧件间接承受轧辊作 用，产生塑性变形的区域。 注意：无特殊说明，今后变形区指的就是几何变形区
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四、本课程的研究对象及目的
1）熟悉轧制过程中各种变化现象的变化规律 2）掌握力能参数工程计算法应用 3）为后续课程的学习打下基础 轧制工艺、轧制过程自动控制、轧制设备、 板型理论与厚控、孔型设计、车间设计、毕业设计
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五、学习方法
1）结合实习、加强理解；在理解的基础上， 掌握。 2）课后及时复习，做到融会贯通。 参考书目： 王廷溥,齐克敏.金属塑性加工学——轧制理论 与工艺.冶金工业出版社
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二 、 稳定轧制阶段
稳定轧制阶段：
从轧件前端离开轧辊中心连线开始，到轧件后端 进入变形区入口断面止，这一阶段称为稳定轧制阶段。
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三 、抛 (甩)出阶段
抛 (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（轧辊中心连线），称为抛 (甩)出阶段。
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1.2.1 咬入条件
1.（自然）咬入条件 受力分析如图 1-1
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二、纵、横、斜三种轧法的区别
纵轧：二轧辊轴线平行，转向相反，轧件运动 方向与轧辊轴线垂直。 斜轧：轧辊轴线不平行，即在空间交成一个角 度，轧辊转向相同，轧件作螺旋运动。
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横轧：轧辊轴线平行，但转向相同，轧件仅 绕自身的轴线旋转，没有直线运动。
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三、几个基本概念 轧制过程：靠旋转的轧辊与轧件之间的摩擦力将轧 件拖入辊缝之间，并使之受到压缩产生塑性变形， 获得一定形状、尺寸和性能产品的压力加工过程。
宽展系数：β（ω）= b/B
延伸系数： μ（λ）= l/L 根据体积不变原理 H×B×L=h×b×l 三者之间存在如下关系： 即η= μ ×β或 ln（1/η）+lnβ+ln μ =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。
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4）延伸系数与压下率
设轧件原始面积为F0 ,经过n道次轧制后面积为Fn ， 则
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3、塑性加工的主要方法
1）按变形温度分类：
热加工：是指再结晶温度以上所完成的压力加工过程。
冷加工：指在再结晶温度以下所完成的压力加工过程。
温加工：介于冷、热加工之间的压力加工过程。
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2）按变形方式
(1) 轧制：金属通过旋转的轧辊受到压缩，横断面积
减小，长度增加的过程。
举例：型、板、管、线 等
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２.带来的问题
1）集约化的结果使各工序的匹配衔接问题变的尖 锐起来。 2）钢材生产工艺流程中的一些特性便显得重要起 来。 3）关注物流。
物流是指物质实体从供应者向需求者的物理移动， 它由一系列创造时间价值和空间价值的经济活动组成， 包括运输、保管、配送、包装、装卸、流通加工及物流 信息处理等多项基本活动，是这些活动的统一。
正是因为运力紧张，运输成本大大增加，以2005年11月份为例， 同样是一吨进口矿，从东南港口运到宝钢是350块钱，运到 武钢是527块钱，而运到包头就达到800多块钱。
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三、轧制理论的作用及发展
1.理论的发展 由第一代变形理论（变形区）——第二代动态理 论（如液压AGC等，把工具与工件联系起来）——第三 代系统分析理论——第四代人工智能理论。 2.理论的作用 理论来源于实践，反过来指导实践 如孔型系统的形成，连轧理论、斜轧变形特征等。
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4.轧制变形的表示方法
绝对变形量 相对变形量 变形系数
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1）绝对变形量：轧前、轧后轧件尺寸的绝对差值。
压下量 宽展量 延伸量
△ h = H-h △b = b-B △ l = l- L
计算简单，能直接反映出物体尺寸的变化，但不能正确 反映出物体的变形程度。
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例Байду номын сангаас：
有两块金属在宽度和长度上相同， 而 高度：H1=4mm、 H2=10mm， 经过加工后高度：h1=2mm、 h2=6mm， 则：∆h1=2mm、 ∆h2=4mm， 这能说明第二块金属比第一块的变形程度大吗?
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1.2 实现轧制过程的条件
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 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。
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轧制过程的三阶段 一 、 咬入阶段
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（轧辊中心连线）称为咬入阶段。 如图所示。
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1 轧制过程基本概念
目的及要求： 1.掌握变形区主要参数及相互关系； 2.掌握咬入条件及改善咬入的途径； 3.熟悉轧制过程变形、运动学、力学条件； 4.熟悉金属在变形区里的流动规律。
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预备知识
一、轧制的不同分类方式 １）按轧制温度不同：热轧、冷轧 ２）按轧件与轧辊的相对运动 ： 纵轧、横轧、斜轧 ３）按成型特点：一般、特殊
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2）变形区长度 l
A.不考虑弹性变形 （1）简单轧制，即上下辊直径相等
l 2 R2 (R h 2 ) 2
2 h l 2 R h 4
h 2 l Rh 4
l R h
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（2）上下辊直径不相等(异步轧制）
假设上下两辊的变形区长度相等，则 l R 21 ( R1 h1 ) 2 R 2 2 ( R2 h2 ) 2 l 2 R1h1 2 R2 h2 即R1 h1 R2 h2 R1 h1 h2 R2
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2）相对变形量：轧前、轧后轧件尺寸的相对变化。 相对压下量 ε =（ △h/H）% 相对宽展量 εb=（△b /B ）% 相对延伸量 εl =（△l/L ）% e = ln h/H eb = ln b/B el = ln l/L。
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3）变形系数：用轧前、轧后轧件尺寸的比值表示的变形。
压下系数：η=H/h
将各道次的延伸系数相乘，得 F0 F1 Fn1 ln 1 2 n F1 F2 Fn L
F0 1 2 n Fn
故可得出结论：总延伸系数等于相应各部分延 伸系数的乘积。
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（2）累积压下率与道次压下率之间关系
H hn ＝ H 即 1 (1 1 )(1 2 )(1 3 ) L L (1 n ) H hn hn 1 hn H h1 h1 h2 因为：1 (1 )(1 ) L L (1 ) H H h1 hn hn h1 h2 hn L L H H h1 hn 1
限制不严格。
我国自行研制的万吨级水压机
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B.模锻：指金属在锻造过程的流动受工具限制严格。
举例：飞机大梁，火箭捆挷环等
万吨级水压机模锻的飞机大梁、火箭捆挷环
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(5) 冲压：金属坯料在冲模之间受压产生分离或变形的加
工方法。
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二、当代轧制技术的发展趋势 1.发展趋势
钢材生产的集约化和现代化
1）过程综合柔化性：（适应 小批量、多品种、短交 货期的市场要求） 例如：板带：自由程序轧制； 型钢：无孔型平辊轧制。
ln BH F0 总延伸系数： L bh Fn
H hn （累积压下率） 总压下率： ＝ H
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(1)总延伸系数与道次延伸系数之间关系 轧件各道次的延伸系数为:
l1 F0 1 L F1
l2 F1 …… ln Fn 1 2 n l1 F2 ln 1 Fn
轧件对轧辊的作用力 轧辊对轧件的作用力
图1-1 咬入时轧件受力分析
图1-2
P和T力的分解
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轧辊对轧件的作用力P、T Py 、Ty ：压缩轧件，使轧件产生塑性变形 Px 、Tx ：决定轧件能否咬入 Px ＞ Tx ：不能咬入 Px = Tx ：临界咬入 Px ＜ Tx ：咬入 咬入条件：Px ≤ Tx 而Px = Psinα Tx=P f cosα 即sinα≤f cosα tanα≤f =tanβ
(2) 挤压：金属在挤压筒中受推力作用从模孔中流 出而制取所需断面的加工方法。
正挤
反挤
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举例：管、棒、型
其它：异型截面。
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(3)拉拔：是指金属通过固定的具有一定形状的模 孔中拉拔出来，而使金属断面缩小、长度增加的 一种加工方法。
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(4) 锻造：锻锤锤击工件产生压缩变形
A. 自由锻：指金属在锻造过程的流动受工具
R1 h1 而h=h1 h2 h1 R2 R2 h h1＝ R1＋R2 l 2 R1 R2 h R1 R2
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而l 2 R1h1
B.考虑弹性变形 l ′
l x1 x2 A2 D B1C 而 l A1 D
所以 l ＜ l′，关于l′的计算，第5章讨论。
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当 Tx≥Px ，实现稳定轧制 而Tx=Tcosφ Px=Psinφ tanφ≤tanβ φ≤β
当θ′= 0时，即φ=α/2，是实现稳定轧制的 临界条件。
则α/2≤β