压力加工课件(简单)

压力加工理论基础,钢铁工业发展,金属压力加工概论,压力加工是使金属材料在外力作用下产生塑性变形，（永久变形）以获得所需形状、尺寸及机械性能的毛坯或零件的一种热加工工艺；只适合塑性好的金属材料如中、低碳钢；大多数有色金属及其合金。,压力加工分类,锻压锻造模锻自由锻手工自由锻（打铁）机器自由锻（锤类、压力机）冲压挤压拉拔轧制。,金属在塑性变形中的特点,坯料体积不变，只是坯料形状和尺寸的重新分配的结果（变形工艺）；与切削加工比较，压力加工的生产效率高，且能节约大量金属；机械性能高；由于坯料在固态下成形，受成形工具的限制，故产品的截面形状不能太复杂。,1.金属成型方法（1）质量减少的方法：车、刨、铣、磨、钻、剪切、气割、电切、蚀刻等；（2）质量增加的方法：铸造、电解沉积、焊接与铆接、烧结与胶结等；（3）质量保持不变的方法：金属压力加工（轧制、锻造、冲压、拉拔、挤压）。,3.金属压力加工的方法,金属压力加工：金属在受到外力作用并不破坏自身完整性的条件下，稳定改变其几何形状与尺寸，从而获得所需要的几何形状与尺寸的加工方法。金属压力加工的分类：靠压力作用使金属产生塑性变形：锻造、轧制、挤压；靠拉力作用使金属产生塑性变型：拉拔、冲压等。,（1）轧制,轧制的定义：金属在两个旋转的轧辊之间受到压缩而进行塑性变形的过程。金属可通过轧制获得一定形状、尺寸和性能。轧制的方式：a.纵轧b.斜轧c.横轧,a.纵轧：轧件纵轴线与轧辊轴线垂直，两个工作轧辊的旋转方向相反（型线材、板带材等）；,纵轧,b.斜轧：轧件的纵轴线与轧辊轴线成一定的倾斜角，两个轧辊的旋转方向相同（无缝管生产）；,斜轧,c.横轧：轧件纵轴线与轧辊轴线平行，两个工作轧辊的旋转方向相同（圆形断面的各种轴类等回转体）。,（2）挤压,金属在挤压缸中受推力的作用使之从模孔中挤出的过程。挤压可分为正挤压和反挤压。,正挤压,反挤压,挤压,（3）锻造,金属在锻锤或压力机上受到压缩而产生变形的过程。（棒材、饼材、环材等）,自由锻造,模锻,1锤头；2砧座；3锻件；4上模；5下模,（4）冲压,金属板料在压力机冲头的作用下冲入凹模中的过程。（各种杯形件和壳体等）,1冲头；2模子；3压圈；4产品,（5）拉拔,金属受前端的拉力作用使之从模孔中拉出的过程。（型材、线材和管材）,金属塑性变形的力学基础,外力(load)与内力(internalforce)外力P：变形体所受外力可分为两类：一类是体积力，如重力、磁力和惯性力等。另一类是作用在变形体表面上的表面力，它包括工模具对变形体的作用力和约束反力等。分析塑性成形过程时，体积力一般可以不考虑，若不加特殊说明，外力即指表面力。,P1,T,（1）作用力：设备可移动部分对工件所作用的力，P（2）约束反力：正压力和摩擦力内力与应力,内力Q：在外力作用下，为保持变形体的连续性，其内部各质点之间必然会产生相互作用的力，叫做内力。,低温,高温,应力（stress）应力S单位面积的内力，称为应力。内力和应力均为矢量应力的单位：1Pa=1N/m2=1.0197kgf/mm21MPa=106N/m2应力是某点A的坐标的函数，即受力体内不同点的应力不同。,（1）主应力定义：切应力为零的面为主平面，主平面上作用的应力为主应力。定义：存在着唯一的三个相互垂直的方向，与此三个方向相垂直的微分面上的剪应力为零，只存在着正应力。此正应力称为主应力，一般用1、2、3表示，而相应的三个相互垂直的方向称为主方向，与主方向一致的坐标轴叫做主轴。,主应变图与变形程度表示,主变形图是定性判断塑性变形类型的图示方法。主变形图只可能有三种形式,主应力、主应变图示：主应力9种；主应变3种但只有23种可能的应力应变组合（塑性变形力学图），为什么？,已知成品横断面积为500mm2，总延伸系数为28.8，求所用的原料方坯边长为多少？,用12012012000mm的坯料轧制6.5mm线材，平均延伸系数为1.28，求总延伸系数是多少？共轧制多少道次？轧前坯料尺寸为90mm90mm150mm，轧后横断面尺寸为70mm97mm，计算该道次的绝对压下量、相对压下量、绝对宽展量和延伸系数各是多少？,10、塑性变形基本规律,1.体积不变定律VolumeConstance金属塑性变形前后的体积相等，即体积为常数，也称为不可压缩定律。V0=Vn=常数HBL=hbl例题：P139,10.2.2.最小阻力定律LeastResistance,在变形过程中，如果金属质点有可能向各个不同方向移动，则每一质点将沿着阻力最小方向移动。质点流动阻力最小方向是通过该质点指向金属变形部分周边的法线方向。,物体内性质均匀，工具与金属摩擦系数一致，质点移动时克服摩擦力所作的功和质点离自由表面距离成正比。离自由边界越近，阻力小，必然沿最短法线运动,图3-15不同截面的金属流动情况,a)圆形b)正方形c)长方形,H,h,hx,Vh，高度方向的移位体积，dVh=Fxdx,Fx=V/hx,变形速度,锻件如锅饼，铸件似面包,h,hx,=d/dt=dx/hx/dt=vz/hx,.,H,10.3.2变形速度,A锻压,=vz/hx，压力加工中用平均变形速度表示=2Vz/（H+h）或者=In（H/h）/（H-h）/Vz,.,_,_,_,_,B轧制变形速度,轧件运动速度轧辊线速度的水平分量，与变形体瞬时厚度hx有关,v,a/2,=vz/hx，Vz=2Vsina/2Va,.,C拉拔时的变形速度用长度方向变形速度表示,=/t=Inl/L/(l-L)/V，V为平均拉伸速度,.,10.3.0.3,例题讲解D=430mm,V=100r/min,H*B=90mm*90mm,H*b=70mm*97mm，求变形速度,下面单位表示应力单位的是()。AN/mBN/m3CN/mm2通常轧制时金属所处的应力状态是()。A三向拉应力状态B三向压应力状态C一向拉两向压的应力状态挤压过程属三向压应力状态，其变形图示为()。A一向缩短、二向伸长B二向缩短、一向伸长C一向缩短、一向伸长轧制变形区内金属的纵向、横向流动将遵守()定律。A体积不变定律B最小阻力定律C剪应力定律D秒流量一致,金属压力加工中的摩擦，是指工具与()的外摩擦。A金属接触面B金属上表面C金属下表面金属压力加工中最主要的手段是()。A锻造法B轧制法C冲压法平面应力状态共有()种可能图示。A2B3C4当一种金属进行塑性变形时，受到外力为1000N，受力的面积为200mm2，此时金属产生内力，其应力应为()。A5PaB50PaC5MPa在轧制时，轧制速度()，摩擦系数越小。A越小B越大C变缓,滑移的特征沿一定的晶面和晶向进行滑移系=1个滑移面+面上1个滑移方向滑移的距离是滑移方向原子间距的整数倍在切应力的作用下伴随晶体的转动产生加工硬化,LEVIS,图4-1晶体滑移时的应力分析,多晶体的塑性变形晶界的影响晶粒位向的影响晶粒尺寸对力学性能的影响多晶体的塑性变形过程,金属的塑性变形,加工过程中的硬化和软化,金属在常温下经塑性变形后，内部组织将发生变化。晶粒沿最大变形的方向伸长；晶格与晶粒发生扭曲，产生内应力；晶粒产生碎晶。加工硬化(见图34)现象：强度、硬度上升，而塑性、韧性下降。原因：滑移面附近的晶粒碎晶块，晶格扭曲畸变，增大滑移阻力，使滑移难以进行。,纤维组织的形成形成变形织构产生加工硬化,金属冷塑性变形对组织和性能的影响,影响加工硬化的因素,金属本身的性质变形程度的大小变形速度的高低：受热效应的影响加工硬化当变形程度达到一定程度时反而下降实际意义：获得均匀一致的冷变形产品金属材料强化的手段,加工软化：回复与再结晶回复：冷作硬化是一种不稳定的现象，具有自发恢复到稳定状态的倾向。室温下不易实现。当提高温度时，原子获得热能，热运动加剧，当加热温度T回(用K氏温标)T回=（0.250.3）T熔使原子回复到正常排列，消除了晶格扭曲，使加工硬化得到部分消除。,恢复与再结晶效果,回复部分力学性能被恢复，但晶粒的形状与方向没有改变；晶内及晶间破坏现象没有消除再结晶消除了加工硬化引起的一切后果，拉长的晶粒变成等轴的晶粒；消除了纤维组织与方向性，恢复晶内及晶间破环，消除残余应力。,冷变形:T0.3TR变形温度低于再结晶温度时，金属在变形过程中只有加工硬化而无回复与再结晶现象，变形后的金属只具有加工硬化组织，这种变形称为冷变形。热变形:(0.90.95)TR变形温度在再结晶温度以上时，变形产生的加工硬化被随即发生的再结晶所抵消，变形后金属具有再结晶的等轴晶粒组织，而无任何加工硬化痕迹，这种变形称为热变形。,冷变形及热变形,热变形影响：1、改善铸造金属组织，增加密度，改善力学性能，降低化学成分的不均匀及偏析。2、改变热变形金属本身的性质：再结晶后晶粒变得更细小。不完全冷变形：0.3TRTDaughterPlates,1.BroadsidingPasses轧至目标宽度,2.FinishingPasses轧至目标厚度,Turn90o,Turn90o,w,w,厚板轧制,厚板矫直,厚板冷床,（1）板带材生产流程的技术进步,2.热轧薄板带钢生产,原料,(2)常规热轧带钢生产的工艺过程：,加热,高压水除鳞,高压水除鳞,冷却,卷取,飞剪,检查包装,粗轧机,精轧机,连铸机,隧道式加热炉,精轧机,层流冷却,除鳞箱,卷取机,飞剪,摆动剪,结晶器,CSP工艺（CompactStripProduction）西马克公司开发出的CSP工艺,也可称为紧凑式热带钢生产工艺。1989年，第一条薄板坯连铸连轧线在美国克劳弗茨维尔厂投入工业化生产。以后世界薄板坯连铸连轧工艺得到迅猛发展，现今产能占宽带钢产品比例的21.4%。我国珠江、邯郸、包头钢铁公司等都采用此种工艺。,（3）薄板带钢的连铸连轧技术,ISP工艺（InlineStripProduction）ISP工艺，即在线热带生产工艺。1992年1月在意大利的阿尔维迪公司建成世界上第一条生产线，该类生产线是目前世界上最短的薄板坯连铸连轧生产线。世界上已经建成5条。,连铸机,摆动剪,粗轧机,感应加热炉,卷取箱,精轧机,层流冷却,圆盘式卷取机,结晶器,FTSRQ工艺后改为FTSC，称之为生产高质量产品的灵活性薄板坯轧制，是由意大利达涅利公司开发出的又一种薄板坯连铸连轧工艺。加拿大安大略省的阿尔戈马钢铁公司建成投产了产量为200万t/a的双流铸机FTSR生产线。世界上已经建成7条。我国唐钢、本钢和通钢薄板坯连铸连轧生产线即是采用该工艺。,隧道式加热炉,感应加热炉,粗轧机,温度控制器,精轧机,层流冷却,除鳞箱,除鳞箱,卷取机,飞剪,摆动剪,结晶器,连铸机,FTSRQ工艺（FlexibleThinSlabRollingforQuality）,ASP技术及其发展,第一代ASP(鞍钢1700)工艺流程图,连铸机,步进式加热炉,除鳞,R1,保温罩,R2,热卷箱,飞剪,精轧机,层流冷却,结晶器,卷取机,LF炉,转炉,连铸机,步进式加热炉,除鳞,粗轧机,保温罩,除鳞,精轧机,层流冷却,结晶器,中包,转炉,LF炉RH炉,卷取机,第二代ASP(鞍钢2150)工艺流程图,本钢薄板坯,1700生产线粗轧机,1700生产线精轧机,1780生产线,鞍钢1780mm热轧带钢生产线1）年生产能力：350（420）万t原料：来源于二炼钢板坯铸机，一炼钢大板坯铸机厚度：230m，宽度：9501650mm，长度：911m，重量：Max.30.6t。2）产品：主要是低碳、碳素结构钢、低合金钢、管线钢等厚度：1.219mm，宽度：8001630mm，卷重：Max30t单位卷重：Max23kg/mm，成材率：97.5%。3）主要设备组成（1）3座步进式加热炉；（2）1台定宽压力机；（3）2架粗轧机（4）1套中间坯保温罩；（5）1台切头飞剪；（6）7机架精轧机组（7）1套层流冷却装置；（8）3台卷取机；（9）1套钢卷运输系统（10）2条分卷平整机组；（11）1条横切机组,3.冷轧板带钢生产,1）冷轧的含义金属学说法：加工温度低于该钢种在特定变形条件下的再结晶温度的压力加工称为“冷加工”；工业上的习惯：坯料事先不经过再加热的常温轧制过程。2）冷轧的工艺特点（1）冷轧中的加工硬化；（2）冷轧中的工艺冷却和润滑；（3）冷轧中的张力轧制。,3）冷轧机的基本形式,(1)冷轧机按轧辊辊系结构分为二辊式、四辊式和多辊式冷轧机,a-二辊；b-四辊；c-六辊；d-十二辊；e-二十辊,(2)按机架布置形式分有单机架可逆式和多机架串列式冷轧机,a-四辊可逆式；b-二十辊可逆式；c-偏八辊可逆式；d-五机架串列式,(3)为适应特殊品种和高质量冷轧带钢生产又有特殊形式的冷轧机,a-Y形机架；b-摆动机架；c-CBS机架；d-泰勒机架；e-异步轧机,(4)冷连轧机,a-常规冷连轧机；b-改进的冷连轧机；c-全连续式冷轧机,(5)全连续式冷轧机,a-单一全连续冷轧机；,b-酸洗-冷轧联合机组；,c-酸洗-冷轧-连续退火联合生产线,4）冷轧的工艺流程,原料,酸洗,轧制,退火,平整,镀锌,彩涂,鞍钢冷轧薄板厂冷轧1#生产线1）年生产能力：150万t原料：来源于1780、1700热轧生产线厚度：1.86.0mm，宽度：7501600mm，外径：max.2150mm卷重：max.30t。2）产品：主要是普通碳素钢（CQ）：Q195Q235；优质碳素钢、低碳钢（DQ）：08AL；特深冲钢（DDQ）：含碳量较低的08AL；低合金结构钢：Q295Q345规格：厚度：0.33.0mm；宽度:7501550mm；最大外径:2100mm3）主要设备组成：（1）酸洗轧机联合机组；（2）全氢罩式退火炉（3）单机架四辊平整机；（4）重卷分卷机组（5）横切机组；（6）2条连续热镀锌机组,冷轧CDCM工艺流程图,单机可逆轧制,六.钢管生产,1.钢管的生产方法2.自动轧管机组工艺3.冷轧无缝钢管生产简介4.焊接钢管生产,1.钢管的生产方法,1）热加工无缝钢管的生产方法（1）热轧法如在自动轧管机组、周期式轧管机组、连轧管机组、三辊轧管机组、减径或扩径机组上生产无缝钢管等。（2）热挤压法热挤压法主要用于生产低塑性的高合金钢管、有色金属及难变形的稀有金属管材和一些特殊用途的异形断面管材。2）冷加工无缝钢管的生产方法用冷加工方法生产无缝钢管主要有冷轧、冷拔和冷旋压法。3）焊管生产方法焊管生产的实质是：将管坯（钢板或带钢）用不同成型方法弯曲成所需要的钢管形状，然后用不同的焊接方法将其焊接成钢管。,2.自动轧管机组工艺,按机组所生产的产品规格范围，自动轧管机组可分为以下三类：小型机组生产钢管外径为38150mm，壁厚为2.53.0mm。中型机组生产钢管外径为40250mm，最小壁厚为3.54mm。大型机组生产钢管外径为250529mm，最小壁厚为4.55mm。,自动轧管机组是目前我国热轧无缝钢管的主要生产方法之一，它具有设备简单、产品范围广、质量好和生产率高等优点。,其生产工艺流程为,管坯,剪断,冷定心,加热,穿孔,轧管,热定心,均整,定径,冷却,矫直,切管,再加热,减径,检查,入库,加热,（1）管坯准备管坯直径为70120mm。表面检查清理后在1000t剪断机上切成工艺要求的定尺长度（8001200mm）。（2）管坯定心定心指在管坯前端端面中心钻或冲一个小孔穴。其目的在于避免穿孔时毛管壁厚不均。（3）管坯加热必须严格保证加热温度和加热均匀。（4）管坯穿孔穿孔的作用是将管坯穿成空心毛管。穿孔机种类很多，其中辊式穿孔机使用最广。轧辊为双锥形，两轧辊旋转方向相同，穿孔时管坯做螺旋运动在顶头与轧辊的碾轧下穿成毛管。,（5）毛管轧制穿孔后的毛管送到自动轧管机上进行轧制。其目的是使毛管减壁延伸，使壁厚接近或等于成品尺寸。自动轧管机由主机、前台和后台组成。主机是二辊不可逆的纵轧机，其特点是工作辊后设一对高速回送辊。工作辊的作用是轧管，回送辊的作用是将毛管由后台送至前台。前台的作用是将毛管对正孔型并翻转90。后台的作用是安装和支撑顶杆。（6）钢管的均整均整的目的是消除壁厚不均和管子椭圆度。均整机结构及工作过程与穿孔机相似，但变形量很小。（7）钢管的定径定径的目的是为获得直径准确、外形圆正的平直钢管。因此，需要用无芯棒连轧方法对其外圆进行加工借以达到成品要求。,（8）钢管的减径直径小于60mm的钢管，由于顶杆强度和刚度的限制，难以由轧管机轧出，需经减径工序。减径的主要作用是获得小直径钢管。减径机机架结构与定径机相同。（9）钢管的精整钢管经定径或减径后送至冷床冷却，冷却后用斜辊矫直机进行矫直，矫直后的钢管用切管机切头、切尾及切成定尺钢管。成品钢管需送到检查台进行尺寸、内外表面质量的检查及分类，合格的钢管过秤后包装入库。表面质量不合格的钢管，用内、外