金属塑性加工工艺(轧制与挤压)

一轧制变形区的概念及轧制变形基本理论1轧制过程及分类:1)轧制过程:轧件由摩擦力拉进旋转轧辊之间，受到压缩进行塑性变形的过程，通过轧制使金属具有一定尺寸、形状和性能。2)分类轧制方式按轧件运动分：有纵轧、横轧、斜轧。纵轧过程就是金属在两个旋转方向相反的轧辊之间通过，并在其间产生塑性变形的过程。横轧:轧件变形后运动方向与轧辊轴线方向一致斜轧：轧件作螺旋运动，轧件与轧辊轴线非特角根据金属状态分:热轧冷轧.其他分类

根据外部介质分类:空气,真空,惰性气体轧机工作制度:可逆连轧等2轧制过程中发生的基本现象和建立轧制过程的条件在生产实践中遇到不同的轧辊组合方式，但实际上金属承受压下而产生塑性变形是在一对工作轧辊中进行的。除了一些特殊辊系结构（如行星轧机，Y型轧机）外，均在一对轧辊间轧制的简单情况。一般都以二辊作为研究轧制过程的开端。3简单轧制过程图示简单轧制过程：（1）上下轧辊直径相同（2）转速相等（3）轧辊无切槽（3）均为传动辊（4）无外力或推力（5）轧辊为刚性的1)轧制时绝对变形量（压下，延伸，宽展）表示Δh＝H－hΔL＝Lh

－LHΔB＝Bh

－BH式中h，H——轧件轧后、轧前高度；Lh，LH——轧件轧后、轧前长度；

Bh，BH——轧件轧后、轧前宽度；2）轧制时表示各向变形系数的关系式

3）相对变形量的表示法4)变形区参数（1）咬入角：α是指轧件开始轧入轧辊时,轧件和轧辊最先接触的点和轧辊中心连线与轧辊中心线所构成的圆心角。咬入角α与轧辊直径D和压下量Δh之间的关系

(5)接触弧长与变形区长根据几何关系，接触弧长s为：

s＝Rα接触弧之水平投影叫做变形区长度变形区长度的确定(接触弧长与轧制条件有关可分为三种情况)②不等径4实现轧制过程的条件轧制过程是否能建立，决定于轧件能否被旋转的轧辊咬入．因此，研究分析轧辊咬入轧件的条件，具有非常重要的实际意义．

1咬入条件1)咬入:依靠回转的轧辊与轧件之间的摩擦力,轧辊将轧件拖入轧辊之间的现象.2)咬入条件的确定(分析金属刚被咬入时的受力)受力分析结论物理概念根据物理概念:摩擦系数可用摩擦角表示.即摩擦角的正切就是摩擦系数f.tgβ=f则tgβ≥tgα

β≥α轧制过程中的咬入条件为摩擦角大于咬入角,β=α为临界条件2稳定轧制条件在轧件被咬入后,轧辊给轧件压力P合力作用点与摩擦力T已不作用于开始接触点处,而是向变形区出口方向移动.1)咬入过程中ψδ变化2)稳定轧制条件实现轧制要求:PX<TXPX=PsinψTX=Tcosψ=Pfy

cosψfy

≥tgψ(tgβy=fy)将ψ=αy/kx

代入上式得:fy

≥tg(αy/kx)为稳定轧制条件.(βy=αy/kx)

fy

βy—稳定轧制阶段摩擦系数和摩擦角αy—稳定轧制阶段咬入角(根据此角可以预测可能的最大压下量)3）咬入阶段与稳定轧制阶段的咬入条件比较极限咬入条件α=β极限稳定咬入条件αy

=βy

kx

令K=αy/α=kx

βy/βαy=αkx

βy/β上式说明αy

与α差别取决于kx

及βy/β1)合力作用点的位置

kx对αy

的影响合力作用点一定在咬入弧上kx>1在其他条件不变的情况下:Kx大βy

也大,稳定轧制阶段的咬入角也大初轧带钢轧制等均利用此特性.2)冷热轧条件摩擦系数变化(1)冷轧温度变化小,氧化铁皮性质不变.Βy≈

βαy=kx*α=(2—2.4)α(2)热轧

轧件端部在轧制中温度氧化铁皮对摩擦影响:端部温度温降快,温度低使摩擦系数增大,其他部分温度较高摩擦系数小.氧化铁皮在咬入时端部与轧辊冲击易脱落,露出金属表面使摩擦系数增大,而其他部分摩擦系数较低.二者作用的结果使kx项数值较小

αy=kx*α=(1.5—1.7)α实际生产中端部咬入出现打滑现象不能建立稳定轧制原因是氧化铁皮\温度变化所致.5改善咬入的途径1)重要性

改善咬入条件是顺利操作增加压下提高生产效率的有效措施.2)具体办法由咬入条件α≤β可知:凡是使α降低及β增加的因素,均有利于咬入(1)降低α实际生产中以带有楔形端咬入后利用稳定轧制阶段剩余摩擦力,实现咬入.利用外推力将轧件强制推入轧辊中,外力作用使轧件前端被压扁,相当于楔形外端降低压下量,有利于咬入.2)提高β的方法(1)改善轧辊或轧件表面状态,以使β升高初轧粗轧在轧辊刻槽焊点滚花等目的均使f升,β升.精轧通过立轧高压水去除氧化皮等办法改善轧件表面状态,使f升,β升.(2)合理调节轧制速度利用稳定轧制条件下的剩余摩擦力,采用低速咬入,高速轧制.计算举例已知D=850钢锭尺寸550*550/480*480/1200采用热轧试问?1)当咬入角为30°,采用小头进钢轧制,能否实现轧制过程.2)当压下量为120时,能否实现自然咬入(假定咬入条件于前面一致)3)求压下量为50时的α及L.计算举例解;1)△h=D(1-Cosα)=850(1-Cos30°)=114则小头轧制后高h=480-114=366小头轧制后压下△h=550-366=184又知热轧αy=(1.5-1.7)α=45°-51°△hmax=850(1-COSαY)=850(1-COS51°)=315因△h小于△hmax

故可实现轧制,说明稳定轧制咬入时最大压下大数倍.2)△h=120时不能实现自然咬入3)△h=50时

二轧制方法按轧制温度热轧\冷轧按轧件与轧辊的相对运动关系

纵轧：轧辊的纵轴线相互平行，轧件运动方向与延伸方向与轧辊纵轴线垂直。

斜轧：轧辊的纵轴线倾斜互成一定角度，轧件边旋转边沿自身纵轴线方向前进，且前进方向与轧辊纵轴线方向成一定角度。

横轧：轧辊的纵轴线相互平行，轧件沿自己的横轴线方向运动前进，与轧辊纵轴线垂直。3.按轧制生产过程半成品轧制—开坯成品轧制—粗轧、精轧纵轧斜轧横轧2、板带材轧制特点：宽厚比（B/H）大规格：中厚板（中板4~20mm，厚板20~60mm，特厚板60mm以上）、薄板和带0.2~4mm极薄带材和箔材（0.001~0.2mm）技术要求：尺寸精度、板形、表面光洁度、性能3、管材轧制1.无缝钢管（1）穿孔（2）轧管：自动轧管机（3）均整：带芯棒斜轧（4）定径和减径：无芯棒连轧2.焊管将管坯（钢板或带钢）弯曲成所需的钢管形状，然后采用焊接法焊接成钢管。4、型材轧制型材轧制主要用于各种型钢生产。大多数有色金属型材主要采用挤压、拉拔的方法生产。型钢的轧制方法：在轧辊上加工出轧槽，把两个或两个以上轧辊的轧槽对应装配起来，形成孔型。轧制时，轧件通过一系列孔型，一般断面积由大变小，长度由短变长，以达到所要求的形状和尺寸。角钢槽钢工字钢孔型系统示例5、线材轧制特点：（1）总的延伸率大，轧件温降快，头尾温差大，轧制速度高。（2）机架多、分工细，产品比较单一、轧机专业程度高。（3）高速无扭转轧机具有特殊的孔型系统。

Y型轧机45轧机一、挤压原理、基本方法及特点挤压定义：对放在挤压筒内的金属坯料施加压力，使之从特定的模孔中流出，获得所需断面形状和尺寸的一种塑性加工方法。挤压方法：可按挤压方向、变形特征、润滑状态、挤压温度、挤压速度、模具种类或结构、坯料形状或数目、制品形状或数目分类。第三节挤压常用挤压方法3.特点：具有比轧制更为强烈的三向压应力状态图，金属可以发挥其最大的塑性，获得大变形量。可加工用轧制或锻造加工有困难甚至无法加工的金属材料。可生产断面极其复杂的，变断面的管材和型材。灵活性很大，只需更换模具，即可生产出很多产品。产品尺寸精确，表面质量好。工艺流程简单，设备投资少，实现生产过程自动化和封闭化比较容易。金属的固定废料损失较大。压余量10～15％，轧件的切头尾损失仅为1～3％。加工速度低。沿长度和断面上制品的组织、性能不够均一。工具消耗较大。小结：挤压法非常适合于生产品种、规格、批数繁多的有色金属管、棒、型材及线坯。在生产断面复杂的或薄壁的管材和型材，直径与壁厚之比趋近于2的超厚壁管材，以及脆性的有色金属和钢铁材料方面，挤压法是唯一可行的压力加工方法。二、挤压基本理论正挤压时金属的流动正挤压反挤压ⅡⅠⅢ挤压力P挤压轴位移（1）填充挤压阶段：锭筒间隙，填充系数Rt=Ft/F0坯锭的长度与直径之比（2）基本挤压阶段

挤压比＝锭坯断面积/制品断面积圆棒正挤压时子午面上网格变化示意图

锥模挤压平模挤压纵向线两次弯曲，弯曲角度由外向内逐渐缩小。压缩锥（变形区）。横向线弯曲。外层网格变形为平行四边形，说明承受了剪切变形，外层金属的主延伸变形比内层的大，沿纵向制品后端的主延伸变形比前端的大。使用平模或大模角锥模挤压时，都存在死区。模角增大、摩擦加大、挤压比减小、挤压速度降低，死区增大。死区的存在对提高制品表面质量极为有利。棒材前端横向线弯曲很小，制品头部晶粒粗大，机械性能低劣，应切除。（3）终了挤压阶段

挤压力上升各种缩尾形成过程示意图

减少缩尾的措施：进行不完全挤压，留压余；脱皮挤压；机加工锭坯表面。2.反挤压时的金属流动挤压力比正挤压小30～40％，且与坯料长度无关。反挤压时的塑性变形区很小，集中在模孔附近，网格的横向线与筒壁基本上垂直，进入模孔时才发生剧烈的弯曲。不存在锭坯内中心层与周边层区域的相对位移，金属流动较均匀。产生挤压缩尾的倾向很小，压余可比正挤压时减少一半。挤压筒和模具的磨损小，寿命长。死区很小，恶化制品表面质量。3.影响金属流动的因素（1）挤压筒壁上的摩擦力（2）筒温（3）金属导热性（4）润滑剂