金属塑性加工技术5-有色金属板带材生产.ppt

金属塑性加工技术Technology of Plastic Deformation in Metals Processing,第四篇 有色金属板带材生产,第一章 产品品种与生产方法第二章 简单轧制的基本理论第三章 轧制时金属的流动与变形第四章 板带材的纵向厚度精度控制第五章 板形和横向厚度精度控制,第四篇 有色金属板带材生产,第一章 产品品种与生产方法,1.1 产品品种 板材：成块的材料带材：宽度较窄且一般成卷供应的材料箔材：厚度很小的卷带(铜及铜合金0.01mm，铝及铝合金0.1mm)热轧板 R软制品(退火态)M硬制品(加工态)Y半硬制品 Y2淬火自然时效制品 CZ,一、平辊轧制方法简介1.轧机：依靠两根或多根旋转圆柱体将物体拽入使它发生塑性变形的机械装置称为轧机。,单机：在同一时刻使物体发生一次变形的轧机称为单机。连轧机列：在同一工序使物体发生两次或两次以变形的轧机。,1.2 生产方法,2.轧辊：轧机上旋转的圆柱体称为轧辊轧辊的结构 辊身：使金属变形的部位 辊颈：轧辊的支撑部位 辊头：轧辊的动力传输部位 表示方法：辊身直径辊身宽度3.轧件：被轧机拽入的物体 表示方法：高宽长 H B L4.轧制过程 轧辊与轧件相互作用，轧件被摩擦力拽入旋转的轧辊，受到压缩而发生塑性变形的过程称为轧制过程。,1.块式法：当铸锭越轧越薄且长度越轧越长而难于处理时，将其切成若干小块再轧，这些小块轧制又长了时，再进行切断，直至轧到要求的厚度。2.带式法：铸锭轧长后将其卷成卷继续轧成成卷的带材，最后才剪成一块块板材的生产方法。块式法与带式法的优缺点块式法：改善组织、压下量大、轧件方向可调、能耗大。带式法：成材率高、初始晶粒均匀、改善组织不灵活、能耗低,二、板材的生产方法,主要采用平辊轧制法，但在投料至成品入库的整个生产流程中，还辅以若干次热处理以控制性能。如铜及铜合金板带材生产，由铸锭生产板带坯，采用加热热轧和冷轧退火。,三、板带箔材的生产,2.1 简单轧制过程及变形参数 2.1.1 简单轧制过程的物理模型,第二章 简单轧制的基本理论,(1)两个轧辊均为主传动、辊径相同、转速相同、轧辊为刚性；(2)轧件只受到轧辊的作用力；(3)轧件的性能均匀；(4)轧件变形与金属质点的流动速度沿断面高度与宽度是均匀的,简单轧制过程应具备的条件,(1)基本参数 a)绝对压下量(压下量)：H-h b)相对压下量(加工率、压下率)=(h/H)100%c)延伸系数=FH/Fh=Lh/LH=H/h d)宽展(绝对宽展)B=Bh-BH(2)常用参数a)道次压下率：某一个轧制道次，轧制前后轧件厚度变化的计算值。b)总压下率：一个轧程中某轧制道次后的总加工率。轧程(两次退火间)c)两次退火间的总压下率d)在无宽展时，压下率与延伸系数的关系：=H/h=1/(1-),2.1.2 变形参数,2.2.1 轧制变形区 轧制时产生塑性变形的区域称为轧制变形区,2.2变形区及其参数,一、几何变形区(接触变形区)(阴影部分)由圆弧与垂直断面围成的立体区域。二、非接触变形区几何变形区附近的局部区域(很难精确描述)。三、变形区内不变形、变形区外却变形 几何变形区内不完全变形；非接触变形区的变形一定存在。,一、接触角：轧件与轧辊接触部分对应的轧辊圆心角=(h/R)二、变形区长度：几何变形区在水平方向的投影 l=(R*h)三、变形区的形状系数：（不计宽展）二者分别反映了对轧制过程纵向和横向的影响。,2.2.2 变形区的主要参数,2.3.1 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,2.3 轧制过程建立的条件,2.3.2 咬入条件,(1)摩擦系数与摩擦角,(2)咬入角,轧件与轧辊相互作用、轧件处于临界状态，目标是使轧件的 a=0 变为 a0 当速度达到某一值后，a=0，可以表述为：Fx0,(3)咬入的物理模型,假设：轧辊与轧件的正压力N沿接触弧均匀分布，则：合压力对应的圆心角为/2，根据：Fx0 有：/2(能咬入，就能顺利地实现稳定轧制),2.3.3 建立轧制的条件,1.减小2.增大 1)将轧辊磨粗 2)低速咬入 3)咬入时减少润滑剂，洗辊 4)适当的温度,2.3.4 改善咬入的措施,轧辊情况 咬入角 热轧 15-20 冷粗 5 冷精 3,2.3.5 实际生产中最大咬入角的数字,2.4.1 变形力学(1)应力：三向压缩(2)应变：一压二伸，一压一伸（平面应变）,2.4 轧制过程的力学与动力学的基本原理,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：朝轧辊辊过出口处方向的变形区 后滑区：朝轧辊辊过入口处方向的变形区 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,(3)平锤压缩实验,在中性面上，轧件速度与工具速度相同。平锤压缩：Vx=0 轧制:轧辊线速度在水平方向的投影 Vr=V*cos(r),2.4.2 运动学特点(体积不变),=/2(1-(2),2.4.3 力学条件（确定中性角）,取决于轧辊与轧件之间的静摩擦，可视为常量：d/d=0/是规一化处理,2.4.4 稳定轧制的动态平衡,3.1 影响因素 两类：(1)内因：影响金属本身性质的因素(化学成分、组织结构、三度)(2)外因：影响应力状态的因素(外摩擦、轧辊形状与尺寸、外端张力、轧件尺寸等),第三章 轧制时金属的流动与变形,咬入、稳定轧制都是靠与轧辊的接触摩擦来实现，外摩擦决定金属塑性流动的阻力增大，变形抗力增加外摩擦改变了变形区内金属的应力状态，使金属塑性流动不均匀,3.1.1 外摩擦的影响（与轧辊的接触摩擦）,(1)、尺寸的影响 假定H，h相同，R不同 R大，小，l大；R小，大，l小。,3.1.2 轧辊的形状与尺寸的影响,(2)轧辊形状的影响,外端：轧制过程中某一时可不直接承受轧辊作用而处于塑性变形区以外的部分。外端与变形区是相连的，轧件是连续介质的，因此外端与变形区一定会发生作用的。,3.1.3 外端的影响,(1)纵向强迫拉齐，(因为轧件以纵向流动为主)减少不均匀性；(2)横向不均匀性加剧。,3.1.4 张力的影响,使轧制方向的压应力减小；强迫拉齐,相同的h，H减小，轧制力增大、改变了变形区的分布，使内部流线摩擦增大。变形区几何因子）,3.1.5 轧件尺寸的影响,3.2.1 厚轧件与薄轧件 l/h0.51.0 称为 薄轧件 l/h0.51.0 称为 厚轧件 l/h=0.51.0 视情况而定3.2.2 薄轧件的变形特点前后滑区的摩擦力均指向中性面表层金属所受阻力比中部大，延伸比中部小，呈显为单鼓形,3.2 金属的高向变形,(1)l/h增大，变形深入，沿高度方向上应力和变形趋于均匀，变形前的垂直横截面，变形后还是垂直横截面，宽度可以忽略不记，这又称作“平断面假设”；(2)质点轧制线方向上的运动速度(考察5个关键的横截面)(3)附加应力分析(在轧制线方向，由于金属流动不均匀而产生的)方法：考查变形区与外端相互作用而引起的附加应力。原因：在变形区，高向上流动不均匀，而在外端，高向上速度却要变成一样，因此外端对变形区出来的部分必然引起附加应力,(1)l/h减小，变形不深入，只发生表面变形，呈双鼓形；(2)质点轧制线方向上的运动速度(考察5个关键的横截面)(3)附加应力分布(在轧制线方向，由于金属流动不均匀而产生的)产生的后果,3.2.3 厚轧件的变形特点,*张嘴*表面横裂,产生的后果,回忆 前述的平锤楔形件压缩变形，以轧向为速度正方向 平锤的Vxr=0 在前滑区，Vxh0Vxr 在后滑区，VxH0 轧件的Vxh在前滑区，Vxh轧辊的Vxr；轧件的VxH在后滑区，VxH Vxr VxH Vxr 这种关系不变,3.3 轧制时的前滑和后滑,Sh-前滑值 Vh-出口处轧件的水平速度 V-轧辊圆周速度（水平分量）*水平因为不对称轧制轧件速度不是水平的,前滑的定义与测定,(1)定义：轧件的出口速度大于该处轧辊圆周速度的现象,D-轧辊半径 只要轧辊上打个小孔，测量两个孔洞之间的距离 Lb Lb-轧件在轧辊转一周后的实际长度,(2)前滑的测定,假定轧制时间为t，代入上式，有,如果t 设为轧辊转一周的时间tl，则有,冷轧时：不考虑热胀冷缩，故直接用测量值Lb Lb-实际值热轧时:Lb=Lb 1+(t1-t2)t1-轧制时的温度 t2-轧制后的温度-轧件的线膨胀系数,Lb的测量,3.3.2 后滑及前、后滑的关系,，一定时（在某一轧制过程中）Sh,SH,后滑的定义：轧件入口处速度小于轧辊在入口断 面上水平速度的现象,VH-轧件入口速度 由Sh=f(Vh,V);SH=f(V,VH);FHVH=FhVh=const;=FH/Fh 得:,前滑的理论计算,Sh=R 2/h,1、轧辊直径 D 2、摩擦系数 3、轧件厚度 H 4、加工率 h 5、张力 前张力Qh,前滑 后张力QH,后滑,3.3.3 影响前滑的因素（影响中性角的因素）,1.测f(限制l/h3-4时)2.连轧3.热轧辊传动速度(要考虑速度的地方均需考虑Sh)4.加张力,3.3.4 研究前滑的意义,3.4.1 宽展的组成 一、滑动宽展B1 二、翻平宽展B2 三、鼓形宽展B3,3.4 轧制时的宽展,3.4.2 宽展沿横向的分布,一、加工率 二、轧辊直径,3.4.3 影响宽展的因素,三、轧件宽度,四、摩擦,1、B=Ch,2、,3、B=(1+h/H)(f(R.h)-h/2)h/H,3.4.4 宽展的计算,一、轧机的弹性曲线和弹跳方程受力部件发生弹性变形：辊缝大小-纵向精度辊缝形状变化能够-板形和横向精度,第四章 纵向厚度精度控制,1.轧机的弹性变形,2.轧机的弹性特性曲线,不同机架的弹性特性曲线,3.轧机的弹跳方程,二.轧件的塑性曲线,三.轧制时的弹塑性曲线,四.轧机的刚度控制,3.轧机的可调刚度,第四章 纵向厚度精度控制,五.纵向厚度的影响因素,五.纵向厚度的影响因素,五.纵向厚度的影响因素,五.纵向厚度的影响因素,六.厚度控制原理与方法,六.板厚控制原理与方法,六.控制原理与方法,八.最小可轧厚度,第五章 板形和横向厚度精度控制,一.板形与横向厚差,第五章 板形和横向厚度精度控制,第五章 板形和横向厚度精度控制,第五章 板形和横向厚度精度控制,第五章 板形和横向厚度精度控制,第五章 板形和横向厚度精度控制,第五章 板形和横向厚度精度控制,第五章 板形和横向厚度精度控制,