金属塑性成形原理

金属塑性成形原理

实验指导书

广东工业大学材料与能源学院

2000．2．

目 录

实验一 塑性变形对金属性能的影响……………………3

实验二 塑性变形的不均匀分布…………………………4

实验三 变形体、形状系数（或称变形区几何因素）对平均单位压力的影响…………………………… 5

实验四 轧辊最大咬入角摩擦系数的测定…………… 8

实验五 前滑值的测定………………………………… 10

实验六 金属薄板拉伸试验…………………………… 13

实验七 板料塑性成形的应变测定试验………………..17

实验八 镦粗不均匀变形和变形力试验………….…….19

实验一 塑性变形对金属性能的影响

一、实验目的

通过实验，进一步理解金属在冷塑性变形过程中性能的变化。

二、实验原理

本实验采用钢，在不同的变形程度下冷变形，测量冷变形后硬度值的变化。金属冷变形后硬度值的变化。金属冷变形时在外力作用下，由于塑性变形，使晶粒形状改变，位错密度增加，内应力增加，金属进一步发生塑性变形困难，塑性指标下降，强度指标增加，这就是加工硬化现象。

三、实验步骤

1、取6×25×200的低碳钢板9块，在H2SO4、HCl溶液中酸洗30分钟左右，再清洗，去除氧化铁皮。

2、在二辊轧机上分别给予0%、5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%的变形量。

3、对冷变形后的试样分别截取一小块，在洛氏硬度试验机上测量HRB硬度值。每块试样打三个点，取其算术平均值，作为该块试样的HRB值。

四、数据记录

钢板试样 H h h ε% HRB（测三个点取算术平均值）

1#

2#

3#

4#

5#

6#

7#

8#

9#

五、实验报告

作出冷变形F、ε-HRB曲线，并分析讨论。

实验二 塑性变形的不均匀分布

一、实验目的：通过实验，了解塑性变形的不均匀现象。

二、实验原理：本实验采用二个侧面划有网格的铅试样，在二辊轧机上进行不同程度的轧制。在轧制过程中，由于接触表面摩擦，工具和工件形状的差异，1/h比值品不同等因素，都会引起应力及变形不均匀分布。

三、实验步骤

1、 取铅试样：H=2.5mm，B=25mm，L=200mm三块。

2、 分别在试样的二个侧面用钢划计划上5×5的网格。

3、 在二辊轧机上分别给予5%、20%、40%的变形量，要求看到由不均匀变形而产生的双鼓形、单鼓形、侧面金属局部转移至接触表面的现象。

4、 测量划有网格的侧表面经变形后网格尺寸沿高度的变化，并作记录。

四、实验报告要求 1、 讨论分析轧件产生不均匀变形的原因。

2、 作出试验条件下ε%-h（格）的曲线。

3、 讨论轧件产生单鼓、双鼓的原因。

4、 分析轧件侧面金属局部转移到接触表面的过程。

实验三 变形体、形状系数（或称变形区几何因素）对平均单位压力的影响

一、实验目的：在材料试验机上压缩样品来确定摩擦和变形体形状系数对平均单位压力的影响。

二、实验原理：圆柱体试样塑压时，有如下公式：

)311(hdKP 式中K——线应力状态下的初始屈服极限（kg/mm2）

P——平均单位压力（kg/mm2）

——摩擦系数，沿试样压缩时，=0.33

加润滑油时，=0.20~0.25

d——圆柱体试样直径

h——试样高。

方断面试样压缩变形时有如下公式

)311(haKP 式中a——试样断面为正方形的边长

无限长的长方断面的试样压缩变形时，有如下公式

)211(155.1)211(0hAKhAKP 式中 A——长方断面的短边长度

由于金属变形抗力可写作

)1(.KQKPQKP 称作应力状态系数或形状系数

将上述圆柱子体、正方截面柱体、长方截面柱体的塑压平均单位

压力公式中以整理可得： 圆柱体 hdKP311

正方柱体haKP311

长方柱体)211(155.1hAKP

以KP或P为纵坐标，以hd、ha、hA为横坐标，可绘出P-hd（ha，hA）曲线，反映形状系数，或应力状态系数对平均单位压力的影响。

由于上述公式推导过程采用了一系列假设，因此适用一定范围，并且在自由流动与限制流动时有不同结果。

三、实验方法

1、 试样：（单位：毫米）

（1）取圆柱体试样四个，d0=20，h0=8,16,24,32。

（2）取正方截面柱体四个，a0=20，h0=8,16,24,32。

（3）取长方截面柱体四个，A0=20，B0=50, h0=8,16,24,32。

2、 将上述试样各压缩大致相同的压下率，记下样品尺寸及相应的压力读数。

3、 将读数记入表中（表3-1）

表中d0、a0、A0、B0为试样原来尺寸，V为原来体积，h为压缩后高度，d为压缩后平均直径，w为压缩后横截面平均面积。KP，K用作图法求得，（外推）

根据实验求出：实验

计算：

计算=1+hd3，或计算=1.155(1+hA2)

四、讨论实验结果，写出实验报告。

表3-1 试验数据表

试压试 样 尺 寸

hd总单 形状系数

实验四 轧辊最大咬入角摩擦系数的测定

一、实验目的

通过实验充分了解轧辊最大咬入、摩擦系数是制定轧制生产工艺的重要参数之一，以便在生产中充分利用设备能力，提高轧制生产率。

二、实验原理

轧制时，最大咬入角存在以下关系

DhHmax1maxcos 式中max——最大咬入角

Hmax——轧前最大高度

h ——轧后高度

D ——轧辊直径

摩擦系数与最大咬入角之间的关系

f=maxtg

f——摩擦系数

三、实验方法

1、 试样材料

试样材料采用铅或纯铝，三块。 样号 缩次序 da

d0

A0×B0

d

a

A×B

V

mm3

H0

mm

h

mm

ε% W

mm2

ha

hA 压力P 位压力

P K值

计算

实验

1

2

3

4

2、 试样尺寸：如图4-1所示，单位毫米

图4-1 试样尺寸

3、 试验结果记录与计算

三次试验结果取算术平均值，计算轧件最大咬入角及摩擦系数。

4、 操作方法——如图4-2所示

四、实验结果讨论，并写出实验报告

实验五 前滑值的测定

一、实验目的

前滑在线材、板带连续轧制生产中是一个非常重要的参数，另外，在周期断面轧件轧制时，也必须考虑前滑的存在，否则其产品规格将会不符合标准要求。

通过对前滑值测定，将有助正确掌握轧制原理，并学会合理制订轧制工艺规程的方法。

二、实验原理

前滑值的关系式为：

%100周周出UUUS ……………………（1）

式中S——前滑值

出U——轧件出辊速度

周U——轧辊圆周速度

将式（1）的分子和分母同乘以时间t

即 %100tUtUtUS周周出

根据体积不变定律：

HBL=hbl

HBU入t=hb出Ut

出Ut——为轧件出辊时的长度。

故可写出：%100周周出lllS

由于测定轧件出辊速度很困难，所以对前滑值测定可在轧辊表面冲上两个孔，其间长度为l周，轧制后轧件表面得到压痕长度l出，找出它们的差值（如图5-1所示），便可以从实验方法求出前滑值。

图5-1

三、实验方法

1、 试样材料——纯铝或铅

2、 试样尺寸（单位 毫米）

（一）1.2×30×200 三块

（二）2.4×30×200 三块

（三）3.6×30×200 三块

（四）4.8×30×200 三块

3、 轧制前必须将轧辊表面擦拭干净，辊面处于干燥状态（干润滑剂）。

4、 对实验结果进行精细测量，做好记录，取算术平均值，计算出前滑值。

四、实验报告要求：

1、 绘制轧件厚度与前滑值之间的曲线图

2、 用数学解析法推导前滑公式。