材料工程基礎(chǔ)-第3章-金屬壓力加工

1、金屬壓力加工,鑄造件展示,鑄造件展示,在可以鑄造的前提下，為什么要壓力加工？,優(yōu)點(diǎn)： ⑴組織細(xì)化致密、力學(xué)性能提高； ⑵體積不變的材料轉(zhuǎn)移成形，材料利用率高; ⑶生產(chǎn)率高，易機(jī)械化、自動(dòng)化等。 ⑷可獲得精度較高的零件或毛坯，可實(shí)現(xiàn)少無(wú)切削加工。,在可以鑄造的前提下，為什么要壓力加工？,缺點(diǎn)： ⑴不能加工脆性材料； ⑵難以加工形狀特別復(fù)雜（特別是內(nèi)腔）、體積特別大的制品； ⑶設(shè)備、模具投資費(fèi)用大。,目 錄,

2、3.0 塑性變形基礎(chǔ)3.1 鍛造3.2 沖壓3.3 軋制和擠壓,3.0 塑性變形基礎(chǔ),,一、彈性變形,3.0 塑性變形基礎(chǔ),,二、塑性變形,3.0 塑性變形基礎(chǔ),,二、塑性變形,3.0 塑性變形基礎(chǔ),,二、塑性變形,,,滑移的機(jī)理：把滑移設(shè)想為剛性整體滑動(dòng)所需的理論臨界切應(yīng)力值比實(shí)際測(cè)量臨界切應(yīng)力值大3-4個(gè)數(shù)量級(jí)?；剖峭ㄟ^(guò)滑移面上位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。,3.0 塑性變形基礎(chǔ),,二、塑性變形,變形過(guò)程復(fù)雜晶粒位相的影響晶界

3、的影響多晶體滑移的不均勻性晶粒大小的影響,多晶體的塑性變形,3.0 塑性變形基礎(chǔ),,二、塑性變形 加工硬化,3.0 塑性變形基礎(chǔ),,二、塑性變形 加工硬化,3.0 塑性變形基礎(chǔ),,二、塑性變形 加工硬化,3.0 塑性變形基礎(chǔ),,二、塑性變形 回復(fù)、再結(jié)晶?軟化,溫度升高,,能量？如何降低能量？,3.0 塑性變形基礎(chǔ),,回復(fù)、再結(jié)晶?軟化,回復(fù) 再結(jié)晶 晶粒長(zhǎng)大,能量

4、？如何降低能量？,3.0 塑性變形基礎(chǔ),,回復(fù)、再結(jié)晶?軟化,動(dòng)態(tài)再結(jié)晶,3.0 塑性變形基礎(chǔ),,回復(fù)、再結(jié)晶?軟化,正常長(zhǎng)大,異常長(zhǎng)大,3.0 塑性變形基礎(chǔ),,二、塑性變形 變形溫度、速度,變形溫度,,,溫度越低，金屬塑性越差，變形抗力越大，鍛造性能越差，易開(kāi)裂。常加熱至奧氏體單相區(qū)進(jìn)行鍛造。,溫度過(guò)高，引起表面氧化、脫碳、過(guò)熱、過(guò)燒等缺陷。同時(shí)，應(yīng)避免在部分金屬的脆化溫度區(qū)間鍛造。,3.0 塑性變形基礎(chǔ),,二、塑性變形

5、 變形溫度、速度,應(yīng)變速率,,,低應(yīng)變速率范圍，變形時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，散失的變形熱多，形變熱效應(yīng)越小，鍛件溫度下降，金屬塑性降低。,高應(yīng)變速率范圍，變形時(shí)間短，散失熱量少，熱效應(yīng)大，金屬塑性增加，變形抗力減小。但當(dāng)速率過(guò)快時(shí)，來(lái)不及發(fā)生再結(jié)晶，加工硬化會(huì)導(dǎo)致零件開(kāi)裂。,3.0 塑性變形基礎(chǔ),,二、塑性變形 冷變形VS熱變形？冷、熱以再結(jié)晶溫度為分界。,3.1 鍛造,鍛造生產(chǎn)的重要性,(一)國(guó)防工業(yè) ：飛機(jī)上的鍛壓件重量占

6、85％；坦克上的鍛壓件重量占 70 ％；大炮、槍支上的大部分零件都是鍛制而成的。(二)機(jī)床制造工業(yè) ：主軸、傳動(dòng)軸、齒輪和切削刀具等都由鍛件制成的。(三)電力工業(yè)：水輪機(jī)主軸、透平葉輪、輪子、護(hù)環(huán)等均由鍛件制成?！　?四)交通運(yùn)輸工業(yè)：機(jī)床上的鍛壓件重量占60％；汽車(chē)上的鍛壓件重量 占80％；輪船上的發(fā)動(dòng)

7、機(jī)曲軸和推力軸由鍛制而成。(五)農(nóng)業(yè)：拖拉機(jī)、收割機(jī)的主要零件也都是鍛制成的，如拖拉機(jī)上就 有560多種鍛件。(六)日常生活用品：錘子、斧頭、小刀、鋼絲鉗等亦均是鍛制而成。,3.1 鍛造,3.1 鍛造,3.1 鍛造,鑄造：熔體的流動(dòng)性。,引言一：合金的可煅性？,金屬的可鍛性是指金屬經(jīng)受鍛造成形優(yōu)質(zhì)零件的能力，通常用塑性與變形抗力來(lái)衡量。塑性越高，鍛造性能越好，越有利于加工成形。,化學(xué)

8、成分,純金屬,合金,>,低碳鋼,高碳鋼,>,碳鋼,合金鋼,>,低合金鋼,高合金鋼,>,,碳和合金元素含量越高，塑性越差，鍛造性能越差。,金屬組織,單相固溶體,多相合金,>,,第二相的性能、數(shù)量、形狀、分布對(duì)多相合金的鍛造性能有重要作用（Cm）。,細(xì)晶粒金屬,粗晶粒金屬,>,,細(xì)晶粒組織比粗晶粒具有更好的塑性和鍛造性能。,過(guò)高溫度,合理溫度,<,,高溫晶界脆化，鍛造性能變差。,應(yīng)力狀態(tài),應(yīng)力,,

9、,壓應(yīng)力數(shù)目越多，金屬越密實(shí)，裂紋越少，晶間變形越小，塑性越高。拉應(yīng)力越多，塑性越差。,同號(hào)應(yīng)力狀態(tài)引起的變形抗力大于異號(hào)應(yīng)力狀態(tài)下的變形抗力。三向壓應(yīng)力會(huì)增大內(nèi)摩擦，提高變形抗力。,3.1 鍛造,引言二：原材料的缺陷及應(yīng)對(duì),我國(guó)鍛造用大型鋼錠有兩種規(guī)格：一種是普通鍛件用的4％錐度、高徑比為1.8?2.3、冒口比例為17％的鋼錠另一種是優(yōu)質(zhì)鍛件用的11?12％錐度、高徑比為15左右、冒口比例為20?24％的鋼錠。,3.1 鍛造,引言

10、二：原材料的缺陷及應(yīng)對(duì),大型鋼錠的內(nèi)部缺陷有：偏析、夾雜、氣體、縮孔、疏松和濺疤等。并且不可避免。鋼錠愈大，缺陷愈嚴(yán)重，往往是造成大型鍛件報(bào)廢的主要原因。,3.1 鍛造,引言二：原材料的缺陷及應(yīng)對(duì),3.1 鍛造,縮孔、疏松：是由于晶間鋼液最后凝固收縮造成的晶間空隙和鋼液凝固過(guò)程中析出氣體構(gòu)成的顯微孔隙。這些孔隙在區(qū)域偏析處較大者變?yōu)槭杷?，在?shù)枝晶間處較小的孔隙則變?yōu)獒樋?。危害：縮孔和疏松使鋼錠組織致密程度下降，破壞了金屬的連續(xù)性，影

11、響鍛件的力學(xué)性能。措施：鍛造時(shí)要求大變形，以便鍛透鋼錠．將疏松消除。,引言二：原材料的缺陷及應(yīng)對(duì),3.1 鍛造,引言二：原材料的缺陷及應(yīng)對(duì),粗大的第二相顆粒：其原因是鋼中的菜氏體共晶碳化物和二次網(wǎng)狀碳化物在開(kāi)坯和軋制時(shí)未被打碎和不均勻分布所造成。危害：碳化物偏析會(huì)降低鋼的鍛造性能，容易引起鍛件開(kāi)裂，熱處理淬火時(shí)容易局部過(guò)熱、過(guò)燒和淬裂，制成的刀具在使用時(shí)刃口易崩裂。措施：為了消除碳化物偏析所引起的不良影響，最有效的辦法是采用反復(fù)

12、鐓～拔工藝．徹底打碎碳化物，使之均勻分布，并為其后的熱處理作好組織準(zhǔn)備。,3.1 鍛造,引言二：原材料的缺陷及應(yīng)對(duì),非金屬夾雜在鋼中．通常存在著硅酸鹽、硫化物和氧化物等非金屬夾雜物，這些夾雜物在軋制時(shí)被輾軋成條狀。危害：夾雜物破壞基體金屬的連續(xù)性，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起鍛造開(kāi)裂。措施：通過(guò)變形改善。,3.1 鍛造,引言三：加熱,鍛前加熱目的　　加熱金屬，可以提高塑性，降低變形抗力，減小設(shè)備噸位，以利于金屬的變形和獲得良好的鍛后組織。,3

13、.1 鍛造,引言三：加熱,金屬加熱對(duì)金屬的影響力學(xué)性能發(fā)面：總的趨勢(shì)是金屬塑性提高，變形抗力降低，殘余應(yīng)力逐步消失，但也可能產(chǎn)生新的內(nèi)應(yīng)力，過(guò)大的內(nèi)應(yīng)力會(huì)引起金屬開(kāi)裂。物理性能方面：金屬的導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)溫系數(shù)、膨脹系數(shù)、密度等均會(huì)隨溫度的升高而變化。500℃以上，金屬會(huì)發(fā)出不同顏色的光線，即有火色變化。在化學(xué)變化方面：金屬表層與爐氣或其它周?chē)橘|(zhì)發(fā)生氧化、脫碳、吸氧等化學(xué)反應(yīng)，結(jié)果生成氧化皮與脫碳層等。,3.1 鍛造,引言三：加熱,

14、過(guò)熱：當(dāng)鋼加熱超過(guò)某一溫度時(shí)，或在高溫下停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì) 引起奧氏體晶粒迅速長(zhǎng)大的現(xiàn)象。（1）穩(wěn)定過(guò)熱 是指鋼經(jīng)加熱后除原高溫奧氏體晶粒粗大外，沿奧氏體晶界大量析出第二相質(zhì)點(diǎn)以及其他促使原高溫奧氏體晶界穩(wěn)定化的因素。這種過(guò)熱用一般的熱處理方法不易改善或消除。（2）不穩(wěn)定過(guò)熱 是指由于單純的高溫奧氏體晶粒粗大形成的過(guò)熱。這種過(guò)熱可用一般的熱處理方法消除。,3.1 鍛造,引言三：加熱,二 過(guò)燒,當(dāng)坯料加熱超過(guò)過(guò)熱溫度，并且在此溫度下停留

15、時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不但引起奧氏體晶粒迅速長(zhǎng)大，而且還有氧化性氣體滲入晶界，這種缺陷稱為過(guò)燒。,3.1 鍛造,引言三：加熱,裂紋：如果坯料在加熱過(guò)程的某一溫度下，拉應(yīng)力超過(guò)它的強(qiáng)度極限，那么就要產(chǎn)生裂紋。,3.1 鍛造,引言四：始鍛溫度、終鍛溫度,考慮到坯料組織、鍛造方式、變形工藝等因素。鋼錠為坯料時(shí)，鑄態(tài)組織比較穩(wěn)定，產(chǎn)生過(guò)燒的傾向性小，因此，始鍛溫度比同鋼種鋼坯和鋼材要高20 ～50 ℃ 。 采用高速錘精鍛，因?yàn)楦咚僮冃萎a(chǎn)生很大的熱效應(yīng)，

16、會(huì)使坯料溫度升高以致引起過(guò)燒，所以，其始鍛溫度應(yīng)比通常始鍛溫度約低約100 ℃，大型鍛件鍛造，最后一火的始鍛溫度，應(yīng)根據(jù)剩余鍛比確定，以避免鍛后晶粒粗大，這對(duì)不能用熱處理方法細(xì)化晶粒鋼種尤為重要。,始鍛溫度,3.1 鍛造,引言四：始鍛溫度、終鍛溫度,如果終鍛溫度過(guò)高，鍛件晶粒粗大，甚至產(chǎn)生魏氏組織；如果終鍛溫度過(guò)低，導(dǎo)致鍛造后期加工硬化嚴(yán)重，有可能引起斷裂。通常鋼的終鍛溫度稍高于再結(jié)晶溫度。,3.1 鍛造,一、自由鍛,自由：金屬的四周

17、沒(méi)有約束，可以自由變形。,3.1 鍛造,一、自由鍛,自由鍛優(yōu)點(diǎn),3.1 鍛造,一、自由鍛,自由鍛缺點(diǎn),3.1 鍛造,一、自由鍛㈠自由鍛的基本工藝過(guò)程,設(shè)計(jì)圖紙?下料?加熱?鍛造?冷卻及熱處理?鍛件清理,3.1 鍛造,㈠自由鍛的基本工藝過(guò)程,鍛件圖=零件圖+加工余量、公差,3.1 鍛造,㈠自由鍛的基本工藝過(guò)程,3.1 鍛造,㈠自由鍛的基本工藝過(guò)程,鍛前加熱目的　　加熱金屬，可以提高塑性，降低變形抗力，減小設(shè)備噸位，以

18、利于金屬的變形和獲得良好的鍛后組織。,3.1 鍛造,一、自由鍛㈡自由鍛造的工序,⑴基本工序,3.1 鍛造,一、自由鍛㈡自由鍛造的工序,⑴基本工序指能夠大幅度地改變坯料形狀和尺寸的工序，是主要變形工序。如鐓粗、拔長(zhǎng)、沖孔、芯軸拔長(zhǎng)、彎曲、錯(cuò)移、扭轉(zhuǎn)、切割、芯軸擴(kuò)孔等。,減小坯料高度、增加橫截面積。破碎合金工具鋼中的塊狀第二相，并使其分布。,3.1 鍛造,旋轉(zhuǎn)鐓粗,3.1 鍛造,一、自由鍛㈡自由鍛造的工序,⑴基本工序指能夠大幅度

19、地改變坯料形狀和尺寸的工序，是主要變形工序。如鐓粗、拔長(zhǎng)、沖孔、芯軸拔長(zhǎng)、彎曲、錯(cuò)移、扭轉(zhuǎn)、切割、芯軸擴(kuò)孔等。,長(zhǎng)的鐓粗，粗的拔長(zhǎng)！就是這么任性！,3.1 鍛造,基本工序——拔長(zhǎng),3.1 鍛造,基本工序——沖孔,3.1 鍛造,錯(cuò)移是將毛坯的一部分與另一部分錯(cuò)開(kāi)一定距離而保持軸心平行的鍛造工序。制造曲軸時(shí)常采用這種方法。,3.1 鍛造,一、自由鍛㈡自由鍛造的工序,⑵輔助工序 指在坯料進(jìn)入基本工序前預(yù)先變形的工序。如鋼錠倒棱和縮頸倒棱

20、、預(yù)壓鉗把、階梯軸分段壓痕等。,⑶修整工序即后續(xù)工序。指用來(lái)精整鍛件尺寸和形狀使完全達(dá)到鍛件圖要求的工序。一般是在某一基本工序完成后進(jìn)行。,3.1 鍛造,一、自由鍛,★ 避免錐體或斜面結(jié)構(gòu),3.1 鍛造,二、模鍛,把加熱好的坯料放在固定于模鍛設(shè)備上的模具內(nèi)進(jìn)行鍛造的方法稱為模鍛。,3.1 鍛造,二、模鍛,優(yōu)點(diǎn)： 1．生產(chǎn)率高； 2．鍛件形狀較復(fù)雜，尺寸精度較高；粗糙度也比自由鍛低； 3．鍛件的機(jī)械加工余量較小，材料利用率

21、較高； 4．可使流線分布更為完整合理，從而進(jìn)一步提高零件的使用壽命； 5．生產(chǎn)過(guò)程操作簡(jiǎn)便，勞動(dòng)強(qiáng)度比自由鍛??； 6．鍛件達(dá)到一定批量后，其成本降低。,可從改變應(yīng)力狀態(tài)的角度，改善材料的塑性！,3.1 鍛造,二、模鍛,缺點(diǎn)： 1．設(shè)備投資大； 2．生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，尤其是鍛模制造周期都比較長(zhǎng)。 3．模具成本高，且壽命較低； 4．工藝靈活性不如自由鍛。,3.1 鍛造,二、模鍛,3.1 鍛造,二、模鍛㈠

22、模鍛造生產(chǎn)的基本過(guò)程,3.1 鍛造,二、模鍛㈠模鍛造生產(chǎn)的基本過(guò)程,3.1 鍛造,二、模鍛㈡設(shè)計(jì)鍛模及模膛,制坯模膛：初步改變坯料的形狀，合理分批坯料，使金屬能較好的充滿模膛。鍛模：提高鍛件品質(zhì)、提高生產(chǎn)率、鍛模和鍛錘壽命,3.1 鍛造,二、模鍛,模鍛錘,3.1 鍛造,熱模鍛壓力機(jī)上模鍛（曲柄）,特點(diǎn)：滑塊行程固定采用組合模有導(dǎo)向、頂桿裝置，斜度小靜壓力、噪聲小氧化皮不易去除不能進(jìn)行拔長(zhǎng)或滾擠適用于大批量生產(chǎn),摩擦螺

23、旋壓力機(jī)上模鍛,特點(diǎn)：行程可以自由調(diào)節(jié)滑塊速度較慢，適用于塑性稍差的合金材料設(shè)備有頂料裝置，可采用組合模具偏心承載能力差，適用于單膛模鍛,平鍛機(jī)上模鍛,主滑塊,夾緊滑塊,固定凹模,活動(dòng)凹模,,,凸模,,特點(diǎn)：以局部鐓粗為主適合帶頭部的半軸類和有孔的鍛件鍛件尺寸精確，表面粗糙度低，生產(chǎn)率高材料利用率高難加工非回轉(zhuǎn)體零件,3.1 鍛造,三、胎模鍛,在自由鍛造設(shè)備上使用胎膜生產(chǎn)模鍛件的工藝方法，用自由鍛制坯，胎膜中成形。胎膜

24、復(fù)雜度和制造難度都比模鍛低很多。,3.1 鍛造,四、精密模鍛,⑴尺寸精度高，表面質(zhì)量好、機(jī)械加工余量少、可取消或部分取消切削加工工序，提高材料利用率；⑵金屬流線(纖維)沿零件輪廓合理分布，可提高零件的承載能力。,3.1 鍛造,四、精密模鍛,(3)精鍛件可接近零件形狀.普通模鍛件可以通過(guò)增加余塊來(lái)簡(jiǎn)化形狀;精鍛件的形狀比普通模鍛件復(fù)雜,可接近于零件的形狀。(4)精鍛件尺寸精度和表面質(zhì)量比普通模鍛件高,怎樣才能實(shí)現(xiàn)“精密”？,⑴精鍛件

25、圖設(shè)計(jì)要精確,確保主要部位尺寸精確,其余部位尺寸精度可低些。一般用于精密成形零件上難切削加工的部位;其它部位仍需進(jìn)行少量切削加工.,怎樣才能實(shí)現(xiàn)“精密”？,(2)精密模鍛中采用潤(rùn)滑措施可有效地降低變形抗力，提高鍛件精度和模具使用壽命。(3)在高溫和中溫精密模鍛時(shí),應(yīng)對(duì)模具和坯料溫度進(jìn)行測(cè)控,防止尺寸誤差。(4)精鍛前坯料的表面質(zhì)量應(yīng)嚴(yán)格控制(如氧化、脫碳、表面粗糙度等）。,怎樣才能實(shí)現(xiàn)“精密”？,下料要精確,3.2 沖壓,3.2

26、 沖壓,3.2 沖壓,3.2 沖壓,加工范圍----冷態(tài)下＜8毫米； 熱態(tài)沖壓＞8--10毫米。設(shè)備及模具----板料沖壓是在沖床上利用模具進(jìn)行沖壓加工。常見(jiàn)沖壓材料---低碳鋼、銅合金、鋁合金、鎂合金及塑性高的合金鋼。非金屬材料如橡膠、皮革、毛氈、硬紙板等。,3.2 沖壓,板料沖壓具有如下特點(diǎn)：,可以沖壓出形狀相對(duì)復(fù)雜的零件，廢料少。 產(chǎn)品具有足夠高的精度和較低的表面粗糙度， 互換性能好。能獲

27、得質(zhì)量輕、材料消耗少、強(qiáng)度和剛度 較高的零件。沖壓操作簡(jiǎn)單，工藝過(guò)程便于機(jī)械化和 自動(dòng)化，生產(chǎn)率高。零件成本低。,,3.2 沖壓,常用沖壓基本工序一、落料 六、彎曲二、沖孔 七、拉深三、修邊 八、漲形四、切口 九、縮口五、剖切 十、卷圓,3.2 沖壓,落料:在平板的毛坯上沿封閉輪廓進(jìn)行沖裁，余下的

28、就是廢料。落料常用于工件的首工序。,一、沖壓的基本工序,3.2 沖壓,一、沖壓的基本工序,沖孔:是以落料件或其他成形件為工序件，完成各種形狀孔的沖孔沖裁加工。,3.2 沖壓,一、沖壓的基本工序,修邊:對(duì)成形件邊緣進(jìn)行沖裁，以獲得工件要求的形狀和尺寸,3.2 沖壓,一、沖壓的基本工序,切口:在材料上將局部材料切開(kāi)并彎成一定的角度，但不與主體完全分離，稱為切口，也可稱為沖切成形,3.2 沖壓,一、沖壓的基本工序,剖切:將已成形的立體

29、形狀工序件分割為兩件，稱為剖切。,3.2 沖壓,一、沖壓的基本工序,彎曲:用將平板毛坯壓彎成一定角度或?qū)⒁褟澕鬟M(jìn)一步成形。如：壓彎、卷邊、扭曲等。,3.2 沖壓,一、沖壓的基本工序,拉深:將平板毛坯壓延成空心件，或使空心毛坯作進(jìn)一步變形。,3.2 沖壓,一、沖壓的基本工序,拉深:將平板毛坯壓延成空心件，或使空心毛坯作進(jìn)一步變形。,3.2 沖壓,一、沖壓的基本工序,漲形:從空心件內(nèi)部施加徑向壓力使局部直徑漲大.例如：不銹鋼茶壺

30、、水杯等等。,3.2 沖壓,一、沖壓的基本工序,縮口:在空心件外部施加壓力，使局部直徑縮小，例如：不銹鋼杯蓋、罐類產(chǎn)品等,3.2 沖壓,一、沖壓的基本工序,卷圓(翻邊):用卷圓模具使空心件的邊緣向外卷成圓弧邊緣，例如：罐類產(chǎn)品,3.2 沖壓,一、沖壓的基本工序,卷圓(翻孔):,3.2 沖壓,沖壓缺陷?呂德斯帶,低碳鋼制品，能在試樣表面觀察到與縱軸呈約45°的應(yīng)變痕跡，稱為呂德斯帶。,呂德斯帶對(duì)沖壓制品的危害：制品表面粗糙，

31、增加機(jī)加工工序，浪費(fèi)原材料。,3.2 沖壓,沖壓缺陷?呂德斯帶,產(chǎn)生呂德斯帶的原因：變形不均勻究其本質(zhì)：開(kāi)啟各位錯(cuò)需要的應(yīng)力有巨大差異。,3.2 沖壓,沖壓缺陷?呂德斯帶,應(yīng)變時(shí)效理論（Cotrell氣團(tuán)解釋）應(yīng)變時(shí)效：將經(jīng)過(guò)少量變形的試樣放置一段時(shí)間，或經(jīng)過(guò)200 ℃左右短時(shí)加熱后再進(jìn)行拉伸，則屈服點(diǎn)又出現(xiàn)，且屈服應(yīng)力提高的現(xiàn)象。,a：預(yù)塑性變形b：去載后立即加載c：去載后放置一段時(shí)間或在 200 ℃ 左右短時(shí)

32、加熱后再加載,3.2 沖壓,沖壓缺陷?呂德斯帶,呂德斯帶現(xiàn)象的消除 利用應(yīng)變時(shí)效理論解決這一問(wèn)題。將薄板在沖壓之前進(jìn)行一道微量冷軋工序（1～2％的壓下量），或向鋼中加入少量的Ti或Al，C，N等間隙原子形成化合物，以消除屈服點(diǎn)，隨后再進(jìn)行冷壓成形，便可保證工件表面平滑光潔。,3.2 沖壓,沖壓缺陷?制耳,當(dāng)用有織構(gòu)的軋制板材來(lái)拉深成型零件時(shí)，將會(huì)因織構(gòu)的各向異性造成板材各方向變形量不同，使拉深出來(lái)的工件邊緣不齊，壁

33、厚不均，這種現(xiàn)象稱為“制耳”。,3.2 沖壓,沖壓缺陷?制耳,制耳現(xiàn)象的處理： 1）嚴(yán)格控制軋制板材的壓下量。在出現(xiàn)明顯制耳現(xiàn)象之前停止變形。 2）拉深前對(duì)軋制板材適當(dāng)退火。降低織構(gòu)帶來(lái)的各向異性。 3）對(duì)有制耳的產(chǎn)品進(jìn)行機(jī)加工。,3.3 軋制和擠壓,一、軋制,熱軋機(jī),3.3 軋制和擠壓,一、軋制,冷軋機(jī),3.3 軋制和擠壓,一、軋制,一般采用先熱軋，后冷軋的方式？,3.3 軋制和擠壓,一、軋制,,附加值增加1 ：1.5

34、：2.0 ： 3.0,,3.3 軋制和擠壓,一、軋制 冷軋的特點(diǎn),寬厚比大, 板形控制難度大冷連軋最薄規(guī)格：～0.15mm，最寬規(guī)格：～2000mm寬厚比：> 10000保證板形良好的條件：比例凸度相等，冷軋要求最嚴(yán)格,3.3 軋制和擠壓,一、軋制 冷軋的特點(diǎn),,變形抗力大，厚度精度要求高、難度大軋制力大，軋機(jī)彈性變形大，要求機(jī)架剛度大軋輥彈性變形（壓扁、彎曲）大，要求輥系剛度大軋輥熱膨脹和磨損大采用潤(rùn)滑

35、軋制減小摩擦對(duì)數(shù)學(xué)模型要求高,3.3 軋制和擠壓,一、軋制 冷軋的特點(diǎn),帶張力軋制（ 張應(yīng)力 t ： ～0.3 σS ）張力作用：防止軋件跑偏改變軋件應(yīng)力狀態(tài)，降低軋制力控制板形,3.3 軋制和擠壓,一、軋制 冷軋的特點(diǎn),工序多，工藝復(fù)雜，綜合性強(qiáng)主要工序：酸洗－軋制－脫脂－退火 － 平整－剪切－矯直－鍍層技術(shù)綜合：冶金、機(jī)械、控制、計(jì)算機(jī)學(xué)科綜合：力 學(xué)（軋制力、

36、張力、應(yīng)力分析） 化 學(xué)（酸洗、脫脂、涂層） 數(shù) 學(xué)（模型、公式、算法） 金屬學(xué)（退火、織構(gòu)、組織性能） 物理學(xué)（摩擦、潤(rùn)滑、表面） 其它：機(jī)械學(xué)、控制理論、人工智能…,3.3 軋制和擠壓,一、軋制,酸洗目的：清除氧化鐵皮，保證

37、帶鋼表面質(zhì)量酸洗方式：～1960年前，硫酸酸洗，難回收 ～1960年后，鹽酸酸洗，可再生利用 （深槽酸洗－淺槽酸洗－推式酸洗） ～1990年后，湍流酸洗 湍流酸洗要點(diǎn)：無(wú)槽，帶鋼在窄縫中運(yùn)行，酸液運(yùn)動(dòng)方向與帶鋼相反 , 形成湍流 . 效率高，酸洗時(shí)間短

38、、質(zhì)量好，省電， 事故處理容易,3.3 軋制和擠壓,一、軋制,連續(xù)式冷連軋機(jī)組,開(kāi)卷機(jī),3.3 軋制和擠壓,一、軋制,CDCM-酸軋聯(lián)合機(jī)組,3.3 軋制和擠壓,酸-軋-退火聯(lián)合機(jī)組(FIPL)示意圖,典型機(jī)組：新日鐵廣畑廠（1987），美國(guó) Inland steel操作數(shù)據(jù)：設(shè)備利用率95％，成材率96.9%，年產(chǎn)量：108萬(wàn)噸 能耗降低

39、40% ，斷帶事故：0.1卷/月,3.3 軋制和擠壓,表面質(zhì)量缺陷,欠酸洗：鋼材表面或多或少存在著沒(méi)有洗掉的氧化鐵皮（鐵鱗）或污面，稱為欠酸洗。,3.3 軋制和擠壓,表面質(zhì)量缺陷,過(guò)酸洗：是因酸洗過(guò)度在鋼材表面留下印跡的現(xiàn)象，過(guò)酸洗可能是普遍的，也可能是局部的。過(guò)酸洗的帶鋼延伸性大大降低，在軋制過(guò)程中，很容易斷裂和破碎。,3.3 軋制和擠壓,表面質(zhì)量缺陷,表面裂紋：指鋼材表面的開(kāi)裂，其類型很多，常見(jiàn)的是裂縫、發(fā)紋和橫裂。,3.3 軋制和

40、擠壓,表面質(zhì)量缺陷,表面夾雜：是由連鑄工藝中非金屬夾雜物導(dǎo)致。開(kāi)始存在于皮下，加工后暴露于外，也可由結(jié)晶器或清理表面缺陷誘發(fā)。主要是煉鋼原因：（1）吹氬時(shí)間短，夾雜物未充分上??；（2）連鑄時(shí)，保護(hù)渣帶入鋼中；（3）中包液面低，鋼渣卷入鋼水中。,3.3 軋制和擠壓,表面質(zhì)量缺陷,氣泡：是指鋼板表面無(wú)規(guī)律分布的、圓形的、大小不等的凸包。因鑄坯存在較多的氣泡等缺陷，雖經(jīng)多道軋制沒(méi)有焊合，殘留在鋼帶上。,3.3 軋制和擠壓,一、軋制,3.

41、3 軋制和擠壓,一、軋制,碾環(huán)軋制的特點(diǎn),I、局部連續(xù)變形，變形區(qū)小，省力。,II、設(shè)備工裝簡(jiǎn)單，費(fèi)用低,III、適用形狀復(fù)雜、沖壓難以成形的零件。 （薄壁收口容器、大型封頭等）,3.3 軋制和擠壓,二、擠壓,特點(diǎn)：I、三向壓應(yīng)力作用，塑性好。,II、纖維組織連續(xù)，力學(xué)性能好。,3.3 軋制和擠壓,二、擠壓,對(duì)放在容器中（擠壓筒）的材料一端施加壓力，使其通過(guò)?？壮尚偷募庸し椒?。,3.3 軋制和擠壓,二、擠壓,管材,3.3 軋

42、制和擠壓,二、擠壓①正擠壓 ②反向擠壓,金屬的流動(dòng)方向與擠壓桿（擠壓軸）的運(yùn)動(dòng)方向相同。,金屬的流動(dòng)方向與擠壓桿，的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反,3.3 軋制和擠壓,二、擠壓①正擠壓 ②反向擠壓,反向擠壓的特點(diǎn)：摩擦力相對(duì)較小。,正向擠壓的特點(diǎn)：擠壓過(guò)程中擠壓筒與金屬坯料

43、間的摩擦力大(因?yàn)檎麄€(gè)坯料都在擠壓筒中運(yùn)動(dòng))，消耗能量多，模具損耗。,3.3 軋制和擠壓,二、擠壓①正擠壓 ②反向擠壓,反向擠壓的特點(diǎn)：摩擦力相對(duì)較小。組織均勻,正向擠壓的特點(diǎn)：摩擦力大，流動(dòng)困難，組織不均勻,3.3 軋制和擠壓,現(xiàn)實(shí)生活中，塑料垃圾常常在河流彎道處堆積。利用這個(gè)現(xiàn)象，能否對(duì)擠壓過(guò)程做點(diǎn)什么？,3.3 軋制和擠壓,二、擠壓,存在兩

44、個(gè)難變形區(qū)：前死區(qū)和后死區(qū)。一般指前死區(qū)。位于擠壓筒與模子端面交界處的金屬，基本上不發(fā)生塑性變形，故稱為死區(qū)。,影響死區(qū)大小的因素： a、模角α 模角平緩，死區(qū)??； b、摩擦系數(shù)f 摩擦系數(shù)小，死區(qū)?。?影響死區(qū)大小的因素：,c、擠壓比λ 擠壓比大，死區(qū)高度大，但總體積減??； d、擠壓溫度 熱擠壓死區(qū)大，冷擠壓死區(qū)?。?3.3 軋制和擠壓,二、擠壓,影響死

45、區(qū)大小的因素：,e、擠壓速度v 擠壓速度快，死區(qū)小；,3.3 軋制和擠壓,二、擠壓,3.3 軋制和擠壓,二、擠壓,死區(qū)的作用： 可阻礙錠坯表面的雜質(zhì)、氧化物、偏析瘤、灰塵及表面缺陷進(jìn)入變形區(qū)壓縮錐而流入制品表面，提高制品表面質(zhì)量。,3.3 軋制和擠壓,二、擠壓①正擠壓 ②反向擠壓,反向擠壓的特點(diǎn)：死區(qū)相對(duì)較小，表面質(zhì)量差。,正向擠

46、壓的特點(diǎn)：死區(qū)大，可攔截大量雜物，表面質(zhì)量好。,3.3 軋制和擠壓,二、擠壓③復(fù)合擠壓：,概念：擠壓筒中的金屬在擠壓桿作用下沿?cái)D壓桿運(yùn)動(dòng)方向及其反方向被同時(shí)擠出，這種擠壓方法稱為正反聯(lián)合擠壓法。技術(shù)特點(diǎn)：擠壓時(shí)單位壓力峰值明顯下降，因而在冷擠壓工藝尤其是在薄壁和形狀復(fù)雜的零件生產(chǎn)中運(yùn)用較多。,3.3 軋制和擠壓,二、擠壓④徑向擠壓：,,,側(cè)向擠壓的特點(diǎn)是： 擠壓模與錠坯軸線成90°角，金屬流動(dòng)的形式將使制品縱 向

47、力學(xué)性能差異最??； 變形程度較大，擠壓比可達(dá)100，制品強(qiáng)度高； 要求模具和工具具有高的強(qiáng)度及剛度。用于生產(chǎn)復(fù)合導(dǎo)線,3.3 軋制和擠壓,二、擠壓,擠壓制品的裂紋,3.3 軋制和擠壓,二、擠壓,表面裂紋產(chǎn)生原因：裂紋的產(chǎn)生是由于制品表面層的附加拉應(yīng)力超過(guò)了表面金屬的強(qiáng)度所造成。其產(chǎn)生與以下因素有關(guān)： （1）錠坯加熱溫度過(guò)高； （2）錠坯沿長(zhǎng)度方向溫度不均，由低突然變高； （3）擠壓速度過(guò)快。,3.3 軋制和

48、擠壓,二、擠壓,中心裂紋產(chǎn)生原因：,3.3 軋制和擠壓,二、擠壓,3.3 軋制和擠壓,三、拉拔,擠壓時(shí)金屬應(yīng)力狀態(tài),拉拔時(shí)金屬應(yīng)力狀態(tài),主應(yīng)力中壓應(yīng)力的數(shù)目越多，金屬的流動(dòng)性越好。,3.3 軋制和擠壓,三、拉拔,主要優(yōu)點(diǎn)： （1）尺寸精確，表面光潔度高。 （2）設(shè)備簡(jiǎn)單，維修方便，在一臺(tái)設(shè)備上可以生產(chǎn)多種品種、規(guī)格的制品。 （3）適合于各種金屬及合金的細(xì)絲和薄壁管生產(chǎn)，規(guī)格范圍很大。 絲（線）材：Φ10~Φ0.0