中南大学塑性加工铝合金板轧制设计
中南大学张新明教授金属塑性加工原理03
（4）采用活动套环和包套：如图3—55所示，选用塑性 采用活动套环和包套：如图3 55所示， 所示 好抗力较低的材料做外套， 好抗力较低的材料做外套，由于外套和坯料一起加热后 镦粗，外套对坯料的流动起着限制作用， 镦粗，外套对坯料的流动起着限制作用，从而增加了三 向压应力状态，防止了裂纹的产生。 向压应力状态，防止了裂纹的产生。镦粗低塑性的高合 金钢时，用普通钢做外套，套的外径可取D=(2 3)d， D=(2金钢时，用普通钢做外套，套的外径可取D=(2-3)d，d是 坯料原始直径。 坯料原始直径。 用活动套镦粗时， 用活动套镦粗时，低塑性毛坯经一定的小变形后就 能与套环接触，然后取走垫铁，继续镦粗， 能与套环接触，然后取走垫铁，继续镦粗，套环材料除 塑性好外，要其变形抗力比锻坯稍大些， 塑性好外，要其变形抗力比锻坯稍大些，使其对流动起 限制作用，以增强三向压应力，防止裂纹的产生。 限制作用，以增强三向压应力，防止裂纹的产生。
（3）采用软垫：如图3-54，因为软垫的变形抗力较小， 采用软垫：如图3 54，因为软垫的变形抗力较小， 在压缩开始阶段，软垫先变形， 在压缩开始阶段，软垫先变形，产生了强烈的径向流 结果工件侧面成凹形如图3 54（ ）。随着软垫的 动，结果工件侧面成凹形如图3-54（a）。随着软垫的 继续压缩变薄，其单位变形抗力增加。 继续压缩变薄，其单位变形抗力增加。这时工件便开 始显著地被压缩， 始显著地被压缩，于是工件侧表面的凹形逐渐消失变 得平直见图3 54（ ），继续压缩时才出现鼓形如图 继续压缩时才出现鼓形如图3 得平直见图3-54（b），继续压缩时才出现鼓形如图354（ ），这样与未加软垫的镦粗工件相比 这样与未加软垫的镦粗工件相比， 54（c），这样与未加软垫的镦粗工件相比，其鼓形凸 度就相应减少了， 度就相应减少了，因而也就相应地减少了工件侧面的 周向拉应力。 周向拉应力。
中南大学塑性加工铝合金板轧制设计
（右图为常见铝合金热轧温度表） 7
工艺参数计算设计 （热轧）
（2）热轧压下制度：
Ⅰ总加工率的确定
铸锭的厚度是150mm，产品的厚度是60mm，所以总加工率是60%。 考虑到后面要进行7%的冷轧，故热轧总加工率只有1-40%/0.93=57%
Ⅱ道次加工率的确定
出常数n,α和β。
属学报,2005,04:621-625. 结合式(2)和式(3)有: u=A1[sinh(ασ)]nexp[-Q/(RT)] (4)
对式(6)、(8)两边取对数分别可得: lnε =lnA′-Q/(RT)+nlnσ (9)
式中 A1,d,n均为与温度无关的常数;A为结构
lnε =lnA-Q/(RT)+βσ (10)
确定钢的高速拉伸实验σ—ε关系的一种方法即:
和式(4)中的sinh(ασ)进行泰勒级数展开后忽略高次
σ=σ(Z,ε) (1)
项,可近似得到低应力水平时上述两式的表达式为
其中Z=uexp[Q/(RT)] (2)
Z=A′σn （5）
式中 σ为高温流变应力;u 为应变速率;ε为真应
在高应力水平条件下,可以忽略sinh(ασ)中的
通常平均道次加工率为15~40%左右。由于金属抗力一般，轧制速度较慢 故选定平均道次加工率为25%
Ⅲ轧制道次的确定
轧制道次取决于总加工率和道次加工率，轧制道次可由公式确定
n
所以轧制道次设定为3次。
lloogg（(11-退道））
3
8
工艺参数计算设计 （热轧）
• 具体的热轧工艺，热轧一共有3个 道次，第一个道次将铸锭的从150*
具体过程如下：（1）一般参数计算
铝热连轧原理及技术
铝热连轧原理与技术总序当今有色金属已成为决定一个国家经济、科学技术、国防建设等发展的重要物质基础, 是提升国家综合实力和保障国家安全的关键性战略资源。
作为有色金属生产第一大国, 我国在有色金属研究领域, 特别是在复杂低品位有色金属资源的开发与利用上取得了长足进展。
我国有色金属工业近30年来发展迅速, 产量连年来居世界首位, 有色金属科技在国民经济建设和现代化国防建设中发挥着越来越重要的作用。
与此同时, 有色金属资源短缺与国民经济发展需求之间的矛盾也日益突出, 对国外资源的依赖程度逐年增加, 严重影响我国国民经济的健康发展。
随着经济的发展, 已探明的优质矿产资源接近枯竭, 不仅使我国面临有色金属材料总量供应严重短缺的危机, 而且因为“难探、难采、难选、难冶”的复杂低品位矿石资源或二次资源逐步成为主体原料后, 对传统的地质、采矿、选矿、冶金、材料、加工、环境等科学技术提出了巨大挑战。
资源的低质化将会使我国有色金属工业及相关产业面临生存竞争的危机。
我国有色金属工业的发展迫切需要适应我国资源特点的新理论、新技术。
系统完整、水平领先和相互融合的有色金属科技图书的出版, 对于提高我国有色金属工业的自主创新能力, 促进高效、低耗、无污染、综合利用有色金属资源的新理论与新技术的应用, 确保我国有色金属产业的可持续发展, 具有重大的推动作用。
作为国家出版基金资助的国家重大出版项目, 《有色金属理论与技术前沿丛书》计划出版100种图书, 涵盖材料、冶金、矿业、地学和机电等学科。
丛书的作者荟萃了有色金属研究领域的院士、国家重大科研计划项目的首席科学家、长江学者特聘教授、国家杰出青年科学基金获得者、全国优秀博士论文奖获得者、国家重大人才计划入选者、有色金属大型研究院所及骨干企业的顶尖专家。
国家出版基金由国家设立, 用于鼓励和支持优秀公益性出版项目, 代表我国学术出版的最高水平。
《有色金属理论与技术前沿丛书》瞄准有色金属研究发展前沿, 把握国内外有色金属学科的最新动态, 全面、及时、准确地反映有色金属科学与工程技术方面的新理论、新技术和新应用, 发掘与采集极富价值的研究成果, 具有很高的学术价值。
材料成型及控制工程-中南大学机电工程学院
机电工程学院“材料成型及控制工程”分专业方向基本情况介绍
冶金机械研究所“材料成型及控制工程”方向基本情况简介（师资情况、科研情况和学科建设情况等）
师资情况：本所在“材料成型及控制工程”专业方向现有教职员工24人，正教授13人，副教授8人，讲师3人，实验员2人。其中博士生导师13人，硕士生导师8人，国家工程院院士1人，长江学者特聘教授1人，教育部新世纪优秀人才4人。
2、材料成型加工I（必修课）
本课程主要介绍金属材料制备与加工基础理论，以金属成形制造过程的力学规律、金属学与压力加工摩擦学为基础，讲授材料液态成型工艺与铸造设备，金属塑性成形基础、轧制理论与轧制设备，板带箔材生产、管棒型材生产，挤压成型工艺、拉拔加工技术及其设备等内容。、
选修课程：
3、材料成型加工II（引导性选修课）
9、机械设计基础（必修课，大三前修）
本课程是机械原理课程与机械零件课程的有机整合。主要讲述机械设计的常用方法和一般过程；机械传动中常用机构的几何尺寸计算、运动学分析和动力学分析；常用机构的一般设计方法；通用机械零件的失效分析、强度计算和常用标准零件的选用等。
10、电工与电子技术（必修课，大三前修）
本课程介绍电工技术和电子技术的理论和应用。讲述内容包括：电路模型和电路的基本定律、电路的分析方法、低压电器与电工测量、交流电路、电机与变压器、电动机与电气控制技术、一阶电路的时域分析、基本放大电路、集成运算放大器、直流稳压电源、集成门电路及组合逻辑电路、集成触发器及时序逻辑电路、应用举例等。
2-轧制成形理论与技术-简单轧制
5、轧制过程的基本特点
5.1 变形特点
一、应力：三向压缩 二、应变：一压二伸，一压一伸（平面应变）
5、轧制过程的基本特点
5.1 变形特点
三、平锤压缩实验 平锤压缩楔形件 几何变形区的金属流动 轧制与经典实验类似，是由平面变成了圆弧，变形区分作三部分： 前滑区：金属质点向出口侧流动的变形区 后滑区：金属质点向入口侧流动的变形区 中性面：前滑区与后滑区的分界面 中性角：中性面相对于轧辊垂直轴线的圆心角
4.1 轧制过程的四个阶段
一、开始咬入阶段：瞬间完成，轧辊对轧制的摩擦力 二、拽入阶段：轧件前端到达两辊连心线位置。 三、稳定轧制阶段：轧件前端从辊缝中出来后稳定轧制。 四、轧制终了阶段：轧件后端进入变形区直至完全脱离轧辊。
4、轧制过程建立的条件
4.2 咬入条件
一、咬入角(α) 开始咬入时轧件和轧辊最先 接触的点与两轧辊中心连线 所构成的圆心角。
α＝β 为咬入的临界条件，把此时的咬入角 称为最大咬入角，用 max 表示。最大
咬入角取决于轧辊和轧件的材质、表面状态、尺寸大小，以及润滑条件和轧制速度 等等。
4、轧制过程建立的条件
4.2 咬入条件
4、轧制过程建立的条件
4.3 稳定轧制的条件
当α＜β时，能顺利咬入，也能顺利轧制； 当β＜α＜２β时，能顺利轧制，但不能顺利地咬入，这时可实行强迫咬入， 建立轧制过程； 当α ≥ ２β时，不但轧件不能自然咬入，而且在强迫咬入后也不能进行轧制。
6、思考题
1、简单轧制的产品品种 2、简单轧制过程应具备的条件及其变形参数 3、变形区的主要参数 4、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。
主要参考书目
中南大学材料科学基础课后习题答案塑性
一、解释名词滑移：是指在切应力的作用下，晶体的一部分沿一定晶面和晶向，相对于另一部分发生相对移动的一种运动状态。
这些晶面和晶向分别被称为滑移面和滑移方向。
滑移的结果是大量的原子逐步从一个稳定位置移动到另一个稳定的位置，产生宏观塑性变形。
滑移系：晶体通过滑移产生塑性变形时，由滑移面和其上的滑移方向所组成的系统孪生：金属塑性变形的重要方式。
晶体在切应力作用下一部分晶体沿着一定的晶面（孪晶面）和一定的晶向（孪生方向）相对于另外一部分晶体作均匀的切变，使相邻两部分的晶体取向不同，以孪晶面为对称面形成镜像对称，孪晶面的两边的晶体部分称为孪晶。
形成孪晶的过程称为孪生；屈服：材料在拉伸或压缩过程中，当应力超过弹性极限后，变形增加较快，材料失去了抵抗继续变形的能力。
当应力达到一定值时，应力虽不增加（或在微小范围内波动），而变形却急速增长的现象，称为屈服。
应变时效：具有屈服现象的金属材料在受到拉伸等变形发生屈服后，在室温停留或低温加热后重新拉伸又出现屈服效应的情况；加工硬化：金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度和硬度升高，而塑性和韧性降低的现象。
又称冷作硬化。
产生原因是，金属在塑性变形时，晶粒发生滑移，出现位错的缠结，使晶粒拉长、破碎和纤维化，金属内部产生了残余应力等。
织构：多晶体中位向不同的晶粒经过塑性变形后晶粒取向变成大体一致，形成晶粒的择优取向，择优取向后的晶体结构称为变形织构，织构在变形中产生，称为变形织构。
二、已知体心立方的滑移方向为<111>，在一定的条件下滑移面是{112}，这时体心立方晶体的滑移系数目是多少？解答：{112}滑移面有12组，每个{112} 包含一个<112>晶向，故为12个三、如果沿fcc晶体的[110]方向拉伸，写出可能启动的滑移系。
滑移面和滑移方向垂直。
面（abc）和方向［hkl］一定有下面的关系。
ah＋bk＋cl＝0滑移面是原子密排面，面心立方晶体密排面是｛111｝晶面族。
中南大学材料科学与工程学院
中南大学材料科学与工程学院2013年实验室开放工作实施方案一、实验室开放工作的组织实验室开放工作的负责人：潘清林主要职责：全面负责实验室开放工作，把握实验室开放的内容和形式。
主持开放实施方案的修订；协调理论教学、实验教学与实验室开放的关系。
实验室开放工作小组成员：黄继武、徐国富、孟力平、巢志红主要职责：负责实验室开放工作的落实，对实验室开放工作实施监督管理和调配，开放工作量考勤和考核，各项实验室开放制度的建设。
仪器设备的运行与维修，实验室环境、安全等。
实验室开放的保障机制：1．学院将投入专项经费，用于实验开放管理系统的建设、管理及维护，实现网上开放预约调剂、开放内容预习等功能。
2．加大研究生助教力度，开放管理指导工作由实验教师、实验技术人员、项目指导老师和研究生助教联合完成，满足开放需求。
3．根据开放实效适当补贴开放工作量。
实验室开放的组织实施：1.实验室开放工作在学院的领导下，由实验室主任组织实施。
应制定相应的各实验室开放办法和制度，加强对各实验室开放工作的管理。
2.学院应高度重视实验室向学生开放工作，把实验室开放工作纳入教学改革的重要内容。
3.学院实验中心应充分利用现有实验室条件或创造必要的条件，统筹规划，鼓励实验室采取多种形式对学生开放；各实验室应本着实验教学改革的精神积极开展实验室开放工作。
4．各教学系和实验中心要组织教师和实验人员认真讨论开放内容和方法，研究制定实验室开放具体措施，选拔理论基础扎实、动手能力较强的教师和实验人员指导开放实验。
5．指导教师对选题的科学性及难易程度负责，对实验过程中可能存在的安全问题要有预案、论证，并提前向学生警示防范。
6．实验室应根据参加开放实验学生人数的多少和实验内容，做好仪器设备、实材等的准备工作。
7．实验室开放时，须有指导教师或实验技术人员负责教学秩序、安全管理工作，对仪器设备、实验材料的使用给予适当的指导，应加强学生纪律教育，加强管理，做到开放灵活、规范有序。
《金属塑性成形原理》(旋压)实验指导书汇总(改)
金属塑性成形原理实验指导书（2017版）中南大学机电工程学院编著：李新和（研究生）俞大辉，周磊实验一减薄旋压成形原理实验一、实验目的1、了解金属塑性成形的旋压加工工艺；2、学会辨别旋压工艺的种类；3、了解减薄旋压成形的概念和特点；4、认识锥形、筒形减薄旋压的异同；5、了解减薄旋压中的正反方向旋压方式；6、掌握减薄旋压成形的机理。
二、实验仪器及原理1、卧式数控旋压机1台2、芯模1套3、坯料若干4、游标卡尺1把5、卷焊机1台金属旋压按其工件的几何形状，壁厚减薄程度可以分为普通旋压和减薄旋压（强力旋压）筒形件旋压是常见的减薄旋压，主要缩减管状形材壁厚，多为带底与不带底的筒形件、带台阶的管材等。
筒形件强力旋压成形过程的3个阶段如图a) 起旋阶段从旋轮接触毛坯开始至达到所要求的壁厚减薄率为止。
该阶段壁厚减薄率逐渐增大，旋压力相应递增，特别是轴向旋压力，以至达到一极大值，工件的外径变化很大，筒形件的内径也将发生变化，使得金属的径向流动、周向流动大于轴向流动，正旋时易出现锥度和凸边，反旋时则出现扩口或缩口现象。
b) 稳定旋压阶段是成形过程的主要阶段。
旋轮旋入毛坯达到所要求的壁厚减薄率时，旋压变形进入稳定阶段，工件的形状在这一阶段成形。
该阶段容易产生飞边和局部失稳边局部失稳发展到一定程度将导致工件破裂。
c) 终旋阶段从距毛坯末端5倍毛坯厚度处开始至旋压终了。
该阶段毛坯刚性显著下降，旋压件内径扩大，旋压力逐渐下降。
在实际生产中，工件很少旋到端部，终旋阶段一般并不出现。
筒形件强力旋压成形时的3个区域筒形件强力旋压时，其变形中的工件可划分为3个区域，即未成形区、成形区和己成形区，如图筒形件强力旋压的3个变形区域I.未成形区II.成形区III己成形区1一旋轮2一毛坯3-芯模筒形件强力旋压变形规律形区的受力情况如图所示。
对于正旋变形，在已变形区和变形区相交的截面上作用着轴向拉应力，而变形区应力状态较为复杂。
另外，正旋时己变形区还要承受由于传递扭转力矩所产生的周向剪应力。
2014中南大学 塑性加工技术复习题 答案-学生
1.轧制时的咬入条件与稳定轧制条件咬入条件∑Fx≥0 β≥α，摩擦角大于咬入角；稳定轧制条件∑Fx≥0 2β≥α，摩擦角的两倍大于接触角。
2.摩擦角，咬入角，中性角摩擦角：轧制过程中，正压力N与合力R的夹角称为摩擦角，通常用β表示；咬入角：开始咬入时，轧件上的正压力与两轧辊中心连线的夹角通常用α表示；中性角：前滑区接触弧所对应的圆心角，通常用γ表示。
接触角：轧件与轧辊的接触弧对应的圆心角3.厚板轧制与薄板轧制的界定条件（l/），厚板轧制与薄板轧制金属的流动特点，以及利用二者表面残余应力差来消除残余应力的方法（1）厚轧件与薄轧件（按几何形状系数l/来划分）（l/>0.5~1.0）的轧件为薄轧件；（l/<0.5~1.0）为厚轧件；l/=0.5~1.0）视情况而定。
（2）流动特点：1）薄轧件：在比值l/较大时，轧件端面高度较小，变形容易深透。
表层金属所受阻力比中部大，其延伸比中部小，变形呈单鼓形（及出、入口端面向外凸肚）。
此外，因工具形状等因素的影响，是纵向滑动远大于横向滑动，所以金属的变形绝大部分趋于延伸，宽展很小。
随l/不断增加，如轧制极薄带、箔材，轧件高度更小，变形更容易深透，整个变形受接触摩擦力的影响很大。
无论在表层还是轧件中部都呈现较强的三向压缩应力状态。
而且沿断面高向的应力和变形都趋于均匀。
2）厚轧件：随着变形区状态系数l/的减小，高向压缩变形或变形很小，只是外端深入到几何变形区内部，产生“表层变形”的特点，及轧件中心层没有发生塑性变形或变形很小，只有表层金属才发生变形，沿断面高向呈双鼓形。
3）表面碾压可显著减小薄板表面附加拉应力。
由于厚轧件是“表层变形”，表层产生的附加压应力可减小轧件的表层附加拉应力。
4.轧辊直径、板的宽度、压下量、摩擦对宽展的影响（1）随加工率（即压下量）的增大、辊径的增大、摩擦系数的增大，宽展量增加；（2）在摩擦系数和加工率的条件不变时，随轧件宽度增大，宽展增加，当轧件宽度达到一定值，轧件与辊的接触面积增大（水平投影的长宽比减小），金属沿横向流动的阻力增大，大部分金属将向纵向流动，使宽展量不再因宽度增加而显著增加。
本科毕业设计(论文)开 题 报 告
3）工艺流程：
①通过SY-4旋压机加工不同工艺参数下的铝合金剪切旋压锥形件。
②对其残余应力测试，在进给比方向上选取3个测试点，并进行标注O 1、O 2、O 3分别测试点在X和Y方向的残余应力，取3点平均值作为工件某状态下X和Y方向的残余应力值。
本科毕业设计（论文）开题报告
题目5A06铝合金剪切旋压件疲劳性能研究
指导教师
院（系、部）材料科学与工程学院
专业班级
学号
姓名
日期
教务处印制
1、选题的目的、意义和研究现状
对旋压技术的传统定义为：旋压是借助于旋轮等工具的进给运动，加压于待成形的金属毛坯，使其产生连续的局部塑性变形而成为所需空心零件的一种少、无切削的先进制造工艺。旋压通常分两类，以改变形状而基本不改变壁厚的旋压称为普通旋压，它的典型制件为封头、压力容器等，工艺方式有拉深旋压、缩颈旋压、扩径旋压、卷边旋压和压槽、精整等，通过改变壁厚来获得所需形状的旋压称为强力旋压，它的典型制品为锥形罩壳、圆筒形件等。旋压综合着锻、挤、滚、轧及拉伸等工艺的特点[1-2]。由于剪切旋压工艺的实用性、经济性和先进性，且该工艺具有变形力小，节约原材料等特点。近三十年，特别是航空、航天和导弹技术的发展大大推动了旋压技术和设备的发展与完善。在日本旋压件品种已占机械零件37%，国内旋压技术应用面很窄仅限于军工，而设备品种、功能、精度上与发达国家有着较大，差距要原因之一是人们对旋压技术和工艺不甚了解。其实旋压制件的产品范围很广，就尺寸而言直径可从几毫米到数米壁厚可0.20毫米到几十毫米,长度从几十毫米到数米。就材质的适应性而言，一般的延性金属(包括加热可获得延性)到钦、镍、钨及至稀有金属，就制件的形状而言，凡是一般的空心回转件都可以，主要取决于技术上的可行性以及经济效益的评估[3]。由于剪切旋压技术受多种因素控制，研究其对产品的疲劳性能影响是非常必要的。
有色金属塑性加工课件汇总全套ppt完整版课件最全教学教程整套课件全书电子教案
通常是软基体上均匀分布一定数量和大小的硬质点， 或者硬基体上分布一定数量和大小的软质点。
轴 润滑油空间
硬基体
轴瓦 软质点
轴承合金
轴承合金的分类及牌号
➢常用的轴承合金按其化学成分可以分为锡基、铅
基、铝基、铜基和铁基等数种，前两种锡基、铅 基称为巴氏合金。
铜及其合金
工业纯铜的牌号与性能
➢纯铜：T1、T2、T3、T4； ➢无氧铜：TU1、TU2； ➢脱氧铜：TUP、TUMn； ➢纯铜主要用作导体和配制合金以及制造抗磁性干
扰的仪器、仪表零件，如罗盘、航空仪表等零件。
轴承合金
轴承合金的性能要求
➢ 在工作温度下有足够的抗压强度和疲劳强度，以承受轴所
施加载荷。
铝及其合金
工业纯铝 ：
纯铝的性质：密度为2.72g／cm3，熔点660℃。为面心立 方晶格，无同素异构转变，具有极好的塑性 。
纯铝的牌号（用国际四位字符体系 ）： 1）1A99（原LG5）、1A97（原LG4）、1A93（原
LG3）、1A90（原LG2）、1A85（原LG1）； 2）1070A（代L1）、1060（代L2）、1050A（代L4）、
2）塑性成形主要是利用金属在塑性状态下的 体积转移，而不是靠部分的切除体积，因而材料 的利用率高，流线分布合理，提高了制品的强度。
材料塑性成形及其特点
塑性成形的特点 3）可以达到较高的精度。 4）具有较高的生产率。 5）塑性成形能耗高，并且不适宜加工形状
特别复杂的制品及脆性材料。
材料塑性成形的基本问题
二是成型（molding），指工件、产品经过 加工，成为所需要的形状，一般为液态或半液态 的金属或非金属原料在模型或模具中成形。
1-有色金属加工与制备实践-绪论
算
采矿(mining) 资安院
机
、
选矿(mineral separation) 资生院
管
理
冶炼(smelting) 冶金学院
化学 化工
、
材料制备与成型(materials fabrication and working )材料学院
信
息
机械加工与制造(machining and manufacturing)机电学院
绪论
一、课程任务、要求与安排
3、课程安排
1）教学安排 2）实践安排：分组进行，根据实验安排提前通知 3）教材与参考书：
①刘楚明. 有色金属材料加工. 长沙：中南大学出版社, 2010 ②马怀宪．金属塑性加工学—挤压、拉拔与管材冷轧．北京：冶金工业出版
社，2002 ③傅祖铸．有色金属板带材生产．长沙：中南大学出版社，2002 ④肖亚庆．铝加工技术实用手册．北京：冶金工业出版社，2005 ⑤吴锡坤. 铝型材加工实用技术手册，长沙：中南大学出版社，2006
绪论
50立方米全铝油罐车
A380机翼上壁板
材料：7055铝合金 壁板外形：长33m、宽 2.8mm、厚度 3mm~28mm，双曲气 动外形设计，装配容差 0~1mm 成形条件：热压罐，压力 0.85MPa，温度150oC， 24h
正交网格状带筋壁板 飞行器舱体
遥感卫星
天宫一号
两栖装甲突击车
航天用无磁铝合金棒材
厂、华北铝、山东铝、新疆众和、云铝、青海铝、启明星…… 加工：华益、中铝河南铝业、丛林公司、山东魏桥、信发、创新
集团、南山集团、河南明泰、神火、华西有色、连城铝、亚洲铝、 东阳光、凤铝、兴发铝、豪美、坚美、华加日、华益、广铝、派 城铝、厦顺、南平、阳泉、辽宁忠旺、吉林麦达斯、金桥铝业、 昆山铝业、福建祥鑫、青海国鑫、四川银红、新疆众和…… 挤压模具：广州兴顺、江阴江顺、佛山恒威、辽宁忠旺、112、 辽宁磐石、沈阳新鑫、山东丛林、深圳华加日、长沙振升…… 中铝公司（加铝、美铝之后、法铝）
中南大学塑性加工铝合金板轧制设计23页PPT
中南大学塑性加工铝合金板轧制设计
•
6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
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7、心急吃不了热汤圆。
•
8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
•
9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
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10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
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BH BK 500 501 .30 F Bl 41.4 20726 .91(mm 2 ) 2 2
P pF 784 20726 .91 16250 (kN )
14
工艺参数计算设计 （165℃时效15h）
2519铝合金是热处理强化合金,时效析出相的形貌、大小及分布直接影响材料的性能。 T87为固溶化处理后为增加强度施予断面减缩率约7%的冷作加工,再经过人工时效处理， 即T8态。根据相关文献可知最佳时效条件为 165℃时效15h。
(3)铸锭的长度:依据体积不变原则，同时考虑到加工过程中不可避免的 损失，可知铸锭长度应满足如下公式:
工艺参数计算设计 （尺寸部分） (2)铸锭宽度:铸锭宽度一般通过如下公式确定: B nb b B
F
60 500 3000 L 1200 考虑到铸锭原料和去头去尾问题，最 150 500 终选定铸锭长度L=1500mm
165℃时效硬化特点：
右图为2519-T87合金在不同温度下的时 效特征曲线。(根据时效前的热处理不同，时 效硬化效果也会有变化）从图可以出,165℃ 时合金的时效硬化效果最好，且时效过程具 有典型的3阶段时效特征,即经历了欠时效、 峰值时效和过时效3个阶段。合金时效前的硬 度值106HV,随时效时间的延长,合金的显微硬 度值逐渐增大,当时效时间达15 h时合金的硬 度值达到峰值127HV,继续延长时效时间,合金 的硬度值逐渐降低进入过时效阶段。
t 4.24 430 427.88(。 C) 2 2 16.9% 0.241 ( s 1 ) t 427.88 （。C） t t1 根据论文公式和数据图 表可知 66MP a K 1.15 75.9 MPa
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工艺参数计算设计 （热轧）
性能优点：合金具有良好的抗弹性能、抗应力腐蚀性能及焊接性 能。该 合金的纵向断裂韧性适中, 短横向断裂韧性更好, 显示了其优异的抗弹性能。
应用： 可作为各种军用车辆、飞机以及其它商业用途的轻质化材料的替 代品 2
铸锭（表面处理） → 均匀化退火（530℃，12h最佳）→ 热轧→ 固 溶（530℃，1h最佳）→ 冷轧（7%,预拉伸，裁剪）→ 锯切 → 时 效（165℃，15h最佳）
B
C
60 H 150 1 60%
4
D
其中b表示成品宽度，n表示成品宽度的倍数，Δb表示总切变量， ΔB表示热轧宽 展量. 由于轧机比较小，所以n取1，总切边量和热轧宽展量可以认为基本抵消， 即铸锭的宽度与产品的宽度设定为一样长，热轧过程中的宽展量在轧制完成之 后切掉。因此铸锭的宽度确定为500mm
（4）计算平衡单位压力
' ''' p n n K 1.1681.177 570 784MPa
l 0.785 0.25 0.665 0.951 h l ' 温克索夫公式 n 1 0.252 1 0.252 0.665 1.168 h
（5）计算接触面积
工艺参数计算设计
（均匀化和固溶）
●
固溶:
其作用和操作和均匀化类似。通过查阅 相关文献，可知2519合金在（530℃，1h） 条件下固溶工艺最佳。
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工艺参数计算设计 （热轧）
（1）热轧温度与锭坯加热
通过查阅文献，可知开轧温度和 终轧温度的范围分别为420~440和350~ 430，以此为参考，将热加工开轧温度设定 为430度，终轧温度设定为400度。 锭坯在热轧之前首先需要加热至加工温度， 为补偿出炉后的温降，炉温应比加工温度高出 一部分，同时加热时间需要尽可能短，以避免 晶粒长大的出现。所以锭坯加热的温度为450度 热轧时间则根据入下公式确定
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H 64.5 60 • T87规定在固溶之后 对铝合金进行加工率 l Rh 380 4.5 41.4m m （断面减缩率）为7% 的冷轧。由于道次为 l 2 Rh 2 41.4 0.665 1，7%也是冷轧时的 总加工率且较小，不 h H h 64.5 60 需要进行中间退火。 h 4.5 • 参数计算 B c Rh 0.45 41.4 1.30m m H 64.5 • 假设热轧后对合金板 进行裁剪，冷轧前板 热轧时的宽展已被裁掉 ， 材尺寸为
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工艺参数计算设计 （时效）
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工艺参数计算设计 （热轧）
关于σ值确定的理论支 持：
在低应力水平条件下,由于ασ值较小,对式(3) 和式(4)中的sinh(ασ)进行泰勒级数展开后忽略高次 项,可近似得到低应力水平时上述两式的表达式为 Z=A′σn （5） 在高应力水平条件下,可以忽略sinh(ασ)中的 exp(ασ)项,由式(3)和式(4)可得: Z=Aexp(βσ) (7) ε =Aexp(βσ)exp*-Q/(RT)] (8) 式中A′=A1/2n,α=β/n。 假设2519铝合金高温塑性变形时的σ,ε 和T 之间关系满足式(4),然后根据式(6)和式(8),求 出常数n,α和β。 对式(6)、(8)两边取对数分别可得: lnε =lnA′-Q/(RT)+nlnσ (9) lnε =lnA-Q/(RT)+βσ (10) 由式(9)、(10)可知,当温度一定时,n和β分 别为lnε -lnσ,lnε -σ曲线的斜率,采用一元线 性回归处理,得lnε -lnσ关系曲线,如图2(a)所 示,lnε -σ关系曲线如图2(b)所示。相关系数均大 17 于0.98。
2 h 2 38 16.9% 3 H 3 150 2 h 2 100 38 0.241 ( s 1 ) H h R 150 112 380 l 1955 .34 t0 t1 t1 5 24.55( s ) 100 G V 2.83 150 500 1500/ 106 318.4( kg ) F (150 500 150 1500 500 1500 ) (112 513.703 112 1955 .34 513.703 1955 .34)
（4）计算平衡单位压力
' ''' p n n K 1.2311.035 75.9 96.70MPa
（5）计算接触面积
（6）计算轧制压力
BH BK 500 513 .703 F Bl 120 .2 60923 .55(mm 2 ) 2 2
P pF 96.70 60923 .55 5891 (kN )
（60mm厚2519-T87铝合金厚板） 轧机参数：③工作辊：760mm×1500mm， 轧速：0.1m/s，开口度：380mm，间隙时 间：5s
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铝合金成分性能介绍 加工方案设计
工艺参数计算设计
理论依据和参考文献
2519-T87铝合金的成分.性能和用途
2519铝合金属于高Cu/Mg比含量Al-Cu-Mg系变形铝合金. T87为固溶化处理后为增加强度施予断面减缩率约7%的冷作 加工,再经过人工时效处理.在180℃或165℃下时效15h时，即T8 态，此时析出的θ′相弥散而细小，合金的强度和硬度都很高。
至此可知：产品的尺寸为60*500*3000 铸锭的尺寸为150*500*1500
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• 均匀化退火：
由于铝合金铸锭存在严重的枝晶偏析，晶 界处有非平衡凝固共晶组织造成较高的内应力， 影响合金性能。采用适当的均匀化热处理可使 非平衡共晶相溶解，合金元素分布趋于均匀， 内应力减小，基体内融入更多合金元素。在后 续的热处理中这些合金可形成更多析出相，强 化合金力学性能。（右图为均匀化过程中Cu元 素在基体中的浓度变化） 通过查阅相关文献，可知2519合金在 （530℃，12h）条件下均匀化退火工艺最佳。 （或按照计算学一定范围调整温度和时间亦可）
通常平均道次加工率为15~40%左右。由于金属抗力一般，轧制速度较慢 故选定平均道次加工率为25%
Ⅲ轧制道次的确定 轧制道次取决于总加工率和道次加工率，轧制道次可由公式确定
log(1 退） n 3 log （ 1 ） 道 所以轧制道次设定为3次。
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工艺参数计算设计 （热轧）
• 具体的热轧工艺，热轧一共有3个 道次，第一个道次将铸锭的从150* 500*1500轧到厚度为112mm。工作 h 38 25.3% 辊760mm×1500mm，轧速：0.1m/s， H 150 开口度：380mm，间隙时间：5s。 l Rh 380 38 120.2m m 有以上条件可以求出轧制压力和平均 l 2 Rh 2 120.2 0.918 单位压力 h H h 150 112 具体过程如下：（1）一般参数计算
64.5*500*3000
工艺参数计算设计 h 64.5 60 4.5 （冷轧） 7%
故Bh 500 1.30 501.30m m L h 64.5 500 3000 60 501.30 3216.6m m
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工艺参数计算设计 （冷轧）
（2） σ和K值的确定 2 h 2 4.5 4.65% 3 H 3 64.5
产品加工方案（T87）
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工艺参数计算设计 （尺寸部分）
A ③工作辊：760mm×1500mm，轧速：0.1m/s，开口度： 380mm，间隙时间：5s 产品尺寸：参考铜镁铝合金板材产品的尺寸，结合本题的条件， 最终给出的产品尺寸为60*500*3000
铸锭尺寸：（1）锭坯厚度：定坯厚度的最小值应能保证金属承受60%~70%的加工率， 所以可知产品厚度为60mm时，铸锭的厚度应满足公式： 考虑到轧机的情况，应取较小的加工率，即锭坯厚度 设定为150mm。
2.33( m 2 ) t kF T1 74) 3600 cG 100
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