材料成型及控制工程专业综合实验报告

目录

1 实验课题 (1)

2 实验目标 (1)

3 实验原理 (1)

3.1 轧制实验原理 (1)

3.1.1 轧制原理 (1)

3.1.2 轧制力测定原理 (1)

3.2 拉伸实验原理 (2)

4 实验参数设定 (3)

4.1 轧制实验参数的确定 (3)

4.1.1 试样参数的设定 (3)

4.1.2 轧制参数的设定 (3)

4.2 拉伸实验参数的确定 (3)

5 实验内容 (4)

5.1 轧制实验 (4)

5.1.1实验仪器及材料 (4)

5.1.2实验步骤 (4)

5.2 拉伸实验 (4)

5.2.1 实验仪器及材料 (4)

5.2.2实验步骤 (4)

6 实验结果与分析 (5)

6.1 轧制实验结果 (5)

6.2 分析与讨论 (8)

6.2.1 轧制实验 (8)

6.2 拉伸实验结果 (10)

7 实验小结 (15)

综合实验

1 实验课题

变形程度对金属板材冷轧变形力和机械性能的影响。

2 实验目标

通过改变压下量h ，即改变变形程度h （h (H h) / H h / H ）实验参数分别进行冷轧和拉伸试验，以此来研究铝板在进行同步冷轧时轧制力随变形程度的变化规律，以

及在不同压下量时钢板的机械性能（主要为屈服强度s 和抗拉强度 b ）的影响。

3 实验原理

3.3 轧制实验原理

3.1.3 轧制原理

同步轧制是指上下两轧辊直径相等，转速相同，且均为主动辊、轧制过程对两个轧辊

完全对称、轧辊为刚性、轧件除受轧辊作用外，不受其它任何外力作用、轧件在入辊处和

出辊处速度均匀、轧件的机械性质均匀的轧制。在轧制过程中，同步轧制变形区金属在前

滑区，后滑区上下表面摩擦力都是指向中性面，中性面附近单位下力增强，使平均单位轧

制增大。同步轧制时单位轧制压力沿变形区长度方向的类似抛物线形状分布。

3.1.4 轧制力测定原理

目前测量轧制力的方法有两种：应力测量法和传感器法。而传感器测量法又有电容式、压礠式和电阻式三大类，本实验只用电阻式。电阻应变式传感器是利用金属丝在外力的作

用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化这一金属的电阻应变

上辊

试

样

下辊

图1 同步轧制示意图

效应，将被测量转换为电量的一种传感器。一个典型的电阻式应变支撑传感器是用一个圆

柱作为弹性元件。圆柱体在轧制力作用下产生形变使得应变片的电阻发生变化，将这些应

变片按一定的方式连接起来，在接入电桥，就可得到一个与轧制力成比例关系的输出电压，从而将力参数转变成电信号，其原理图如图 2 所示。

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轧制压力P ( ) R V I P V

弹性元件电阻应变片电桥线路放大器计算机软件输出

测力传感器测试仪器计算机分析

图2 轧制压力测量原理图

轧制实验中，将轧机的测力传感器与计算机通过电路以及相应的轧制综合参数测试仪连接起来，在计算机中，利用杂货之测试软件来采集相关数据。在轧制实验中通过游标卡尺测量读取相关数据。在拉深实验中，通过读取万能实验机上的的数据并作必要记录。

轧制综合参数测试仪数据采集方法如图 3 所示。

Φ130 二辊异步轧机

P1

P2

测力传感器电桥盒

数据采集系统

计算机输出

图3 数据采集方法

3.4 拉伸实验原理

金属拉伸实验是测定金属材料力学性能的一个最基本的实验，是了解材料力学性能最

全面，最方便的实验。本实验主要是测定铝板在轴向静载拉伸过程中的力学性能。在试验

过程中，利用实验机的自动绘图装置可绘出铝板的拉伸图。由于试件在开始受力时，其两

端的夹紧部分在试验机的夹头内有一定的滑动，故绘出的拉伸图最初一段是曲线。

对于碳钢试样，在确定屈服载荷P S 时，必须注意观察试件屈服时测力度盘上主动针的转动情况，国际规定主动针停止转动时的恒定载荷或第一次回转的最小载荷值为屈服载荷

P S，故材料的屈服极限为s P s /A s 。

试件拉伸达到最大载荷之前，在标距范围内的变形是均匀的。从最大载荷开始，试件

产生颈缩，截面迅速变细，载荷也随之减小。因此，测力度盘上主动针开始回转，而从动

针则停留在最大载荷的刻度上，指示出最大载荷Pb，则材料的强度极限为: b P b / A b 。

试件断后，将试件的断口对齐，测量出断裂后的标距l1 和断口处的直径d1 ，则材料的延伸率δ和截面收缩率Ψ分别为:

l

1

l

0 l

0 100%

A

A

A

1 100%

式中，l, A

0 分别为试验前的标距和横截面面积；l1 , A1 分别为试验后的标距和断口处

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的横截面面积。

4 实验参数设定

3.5 轧制实验参数的确定

3.1.5 试样参数的设定

先利用剪切机剪切得到尺寸为B×H×L=3×60×1000 的铝板，再进行横向剪切得到尺寸

为B×H×L=3×60×170 五块铝板。

3.1.6 轧制参数的设定

压下量的确定：

由于轧制时是在干摩擦条件下进行，故可取辊面摩擦系数为0.15，根据最大的咬入角为

m a x a r c t a f n （1）

由式（1）可得，max 8.5 ，再根据式（2）

h m a x D(1 c o s m a x)（2）

可得，h max 1.43 m m 。故本实验可取最大压下量h=0.9mm

变形程度h 的确定：

由于实验所给的铝板厚度大致一样，若要改变变形程度，只需改变压下量h。经过上述计算可知取最大压下量，实验采用单道次压下，压下量最大h取用0.9mm，已知转过17 个齿，即压下量为1mm，则当h 0.7 mm 需转过12 个齿。现在分配每块钢板试样的压下量，在调整好辊缝的基础上，分别转动齿轮 5 个齿，8 个齿，10 个齿，13 个齿，15 个齿，即h 分别为0.3mm，0.45mm，0.6mm，0.75mm，0.9mm。

具体理论设计数据如表 1 所示。

表1 铝板冷轧变形程度的确定（理论设计）

试样编号 1 2 3 4 5

轧前厚度

3 3 3 3 3

H /mm

压下量h/mm 4.30.45 0.6 0.75 0.9

转过齿数/个 5 8 10 13 15 变形程度/% 10 15 20 25 30 注：该表格中数据仅为设计，以后面的试验中所得数据为准。

3.6 拉伸实验参数的确定

图4 拉伸试样尺寸规格

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