金属塑性加工课程设计 CDPWord格式文档下载.docx
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4.1挤压比的初选............................................................
4.2锭坯直径选择..........................................................
4.3锭坯长度选择..........................................................
4.4制品表面质量及技术要求.................................................
5挤压工艺参数的选择及计算...................................................
6挤压力计算,挤压机形式及吨位,选择设备主要技术参数...........
6.1挤压力的确定...........................................................
6.2挤压机的选取及主要参数的初定...........................
7锭坯尺寸形状的确定,挤压工艺参数确定.......................
8挤压力计算.........................
9挤压机选择及各参数的确定.........................
10拉拔配模设计,计算拉拔力及校核各道次安全系数............................
10.1拉拔配模设计...........................................................
10.2计算拉拔力及校核各道次安全系数.......................................
11各道次拉模尺寸计算、绘制拉模示意图........................................
11.1各道次拉模尺寸计算.....................................................
11.2拉模示意图..............................................................
四、结论........................................................................
五、总结与体会.................................................................
六、参考文献....................................................................
一、目的
《金属塑性加工工艺》是材料科学与工程专业金属压力加工专业方向的主要专业课之一,其在材料加工行业具有重要的地位和作用。
为进一步掌握课程内容并为毕业设计打下良好基础,对有色金属材料的挤压工艺和拉拔工艺规程制定方法,工作步骤的掌握,各项工艺参数的确定,力能参数的计算及有色金属制品生产工艺流程和设备的确定等若干方面进行训练。
通过该课程设计的训练,培养学生独立思考的能力,提高分析问题、解决实际问题的能力,使学生的工程设计能力得到锻炼和提高。
二、要求
以铝及铝合金或铜及铜合金坯料经挤压—拉拔后成型为管、棒、线的整个生产工艺过程进行设计和计算,最终达到产品设计的要求。
三、设计内容
1H62黄铜的特性
1.1H62黄铜的化学成分
H62黄铜的化学成分如下表1-1
表1-1H62黄铜的化学成分
牌号
化 学 成 分
产品种类
主成分
杂质,不大于
H62黄铜
铜
锌
铁
铅
锑
铋
磷
总和
板、带、管、棒、线
60.5~63.5
余量
0.15
0.08
0.005
0.002
0.01
0.5
1.2H62黄铜的物理性能
H62黄铜的物理性能如下表1-2
表1-2H62黄铜的物理性能
合金代号
熔化温度/℃
密度
/kg.m3
比热容
/J.(kg.℃)
热膨胀系数*106/℃1(20~300℃)
导热系数/J.(cm.s.℃)1
电阻温℃系数
/℃2
(20~100℃)
液相线
固相线
H62
906
899
8430
0.092
20.6
0.26
0.0017
1.3H62黄铜的机械性能
H62黄铜的机械性能如下表1-3
表1-3H62黄铜的机械性能
弹性模量E
公斤/mm²
抗拉强度
σb
屈服强度σa
弹性极限σe
疲劳强度
σN
伸缩率δ/%
布氏硬度
HB
公斤/mm²
10000
33/60
11/50
8/42
12/15.4
49/3
56/164
1.4H62黄铜的特性及主要用途
1.4.1H62黄铜的特性
H62黄铜有很高的强度,热加工性好,冷加工性中等,可切削性好,易焊接,抗腐蚀性能强。
1.4.2H62黄铜的主要用途
H62黄铜主要用于制造导管、夹线板、环形件、热交换器的零件、制糖机械、船舶、造纸机械等零部件,乐器等的原材料。
1.5H62黄铜的工艺性能
黄铜的凝固温度范围小,偏析小,流动性好,易形成集中缩孔。
高锌黄铜(30%~33%)的凝固温度较宽,若冷却速度快,铸锭中心部含锌量可能高一些,会出现少量β相。
单相α黄铜有良好的加工性能,其塑性随着锌含量的增加而增加,出现β‘相之前达到最大值热轧前的加热一方面能提高铸锭的塑性,另方面能消除其大部分偏析,达到接近平衡结晶的状态。
双相黄铜组织中存在硬而脆的β‘相,强度高、塑性低,但在高温下β相的软化速度比α相的快。
β黄铜于室温下即硬又脆,但在高温有良好的塑性,比α更易加工。
黄铜在200~700℃区间内存在脆性区,因此应避免在脆性区加热。
脆性区大小与高低决定合金的锌含量。
脆性的出现十分复杂,主要决定于微量杂质铅、锑、铋等的含量。
双相黄铜挤压材前后组织和性能往往会有较大差别。
(α+β)黄铜的加工硬化比α黄铜的快,且其塑性随着β‘相的增加而急剧下降,应严格规定冷加工率。
加工率的双相黄铜在退火时α相在300℃左右开始再结晶,而β相的再结晶则高一些。
生产中的退火温℃为600~700℃,最好采用快速加热法,以获得细晶粒组织。
冷加工黄铜材应在270~350℃进行应力消除退火,以消除应力腐蚀开裂。
1.6H62黄铜的化学性能
表1-6黄铜在不同介质中的腐蚀速度
合
金
腐蚀介质
腐蚀速度
/mm.a1
腐蚀条件
介质浓度
/%
温度
/℃
试验时间
/h
硫酸
0.01~0.2
0.01~0.05
20
336~840
0.04
~5
600
0.76
190
100
28.3
25
MgCl2溶液
0.002~0.005
0.07~0.19
15
—
0.014
0.09
200
0.19
NaHCO3溶液
<0.005
硅氟化钠
沸腾
混合盐:
CaCl2,400g/L
KClO3,150g/L
KCl,25g/L
1.43
80
500
纯四氯化碳+0.6~1.16g/L水
0.003
26~78
乙炔
<0.1
1.7H62黄铜的杂质影响
H62黄铜中不可避免的杂质有铁、铅、铋、锑、砷等
1.7.1铁
铁在固态铜中的溶解极少,呈富铁相质点分布于α基体中,有细化晶粒的作用。
杂质铁对黄铜的力学性能无明显影响。
1.7.2铅和铋
铅和铋在简单黄铜中是有害杂质,铋的危害比铅的达4~9倍。
铅呈颗粒状存在于晶界上的易熔共晶体中。
铋在黄铜中呈连续的脆性薄膜分布于晶界上,使黄铜在冷、热加工时发脆。
向含铅、铋的简单黄铜中添加少量的锆之类的元素,使它们形成ZrXPby(2000℃)、ZrXBiy(2200℃)高熔点化合物,可消除它们的危害。
1.7.3锑
锑在铜中的溶解度随着温度的下降而急剧减小,在其含量还不到0.1%时,就会形成脆性的Cu2Sb,呈网状分布于晶界,使黄铜的冷加工性能大幅度下降。
锑还使铜合金产生热脆性。
向黄铜添加微量锂可形成高熔点(1145℃)化合物Li3Sb,呈细小颗粒分布于晶粒内,从而消除了锑的不利影响。
由于锑在高温下在铜中的溶解度较大,因而固溶处理可提高含锑黄铜的冷加工性能。
1.7.4磷
黄铜中磷含量大于0.05%时,就会形成脆性的Cu3P,降低黄铜的加工性能。
磷显著提高黄铜的再结晶温度,使再结晶晶粒粗细不均。
1.7.5砷
砷在室温黄铜中溶解度小于0.01%,量大时则形成脆性的化合物Cu3As,分布于晶界,降低黄铜的加工性能。
含0.02%~0.05%的黄铜抗腐蚀性能得到提高,不会产生脱锌现象。
2产品的技术要求及质量要求
金属材料显微组织参量包括:
晶粒平均尺寸、亚晶平均尺寸、晶粒形状,亚晶尺寸与取向差,材料不均匀粒度的特征与程度,织构的存在与形式等。
2.1挤压制品组织的不均匀性
与其他热加工方法相比较,挤压制品组织的特点是,在其断面上与长度分布都很不均匀。
一般来说,总是沿长度上前端晶粒粗大后端细小,沿断面径向上中心晶粒粗大外层细小。
挤压制品的组织在断面上和长度上的不均匀性主要是由于变形不均匀引起的。
导致挤压制品的组织在断面上和长度上的不均匀的另一个因素是挤压温度和速度的变化。
2.2挤压制品的粗大晶粒组织
许多具有实用价值,通常成分复杂的合金在热变形后的热处理中,经常会形成异常大的晶粒,其尺寸超过原始晶粒尺寸的(10~100)倍,比临界变形后热处理所形成的再结晶晶粒大的多,晶粒这种异常长大过程称为粗化,这种组织称为粗晶粒。
晶粒粗化一般只在局部出现,这样的制品组织具有明显的不均匀晶粒尺寸而被称为晶粒不均匀或组织不均匀。
某些铝合金挤压的棒材和低碳钢镦压块,在淬火加热过程中出现制品周边的粗晶区(称为粗晶环),便是粗晶不均匀的典型例子。
(1)粗晶环的分布规律
单孔模挤压的铝合金帮在淬火后形成的周边粗晶环。
由于模孔距挤压筒壁的距离相等,故粗晶环均匀的分布在周边上。
多孔模挤压圆棒经淬火后,粗晶环出现在局部周边上,呈月牙形。
局部周边上的月牙形粗晶环依模孔数不同略有差别。
模孔数少,月牙形粗晶环较长,模孔数多则月牙粗晶环短。
型材或异性棒材断面上的粗晶环分布不均匀。
在型材角部或转角区,粗晶环的厚度较大、晶粒较粗。
(2)粗晶环的形成机理粗晶环产生的部位会形成粗晶环的金属材料及其出现时间。
(3)形成粗晶环的影响因素:
合金元素
铸锭均匀化
挤压温度
应力状态
2.3挤压制品的层状组织
层状组织也叫片状组织,其特征是折断后的制品断口呈现出与木质相似的形貌。
分层的断口凹凸不平并带有裂纹,各层分界面近似平行于轴线。
继续压力加工或热处理均无法消除这种层状组织。
它对制品纵向力学性能影响不大而使横向机械性能有所降低。
层状组织的产生,主要归因于铸造组织不均匀,其次,由于挤压时,在强烈的两压一拉的主变形状态下,铸造组织内所存在的这些缺陷在周向上压薄、轴向上延伸,而呈层状。
挤压制品的质量控制
当挤压工艺、模具与挤压机的各参数控制不当时,这些行为的综合作用致使制品出现种种缺陷,降低质量,增加工艺废品量,降低成品率。
挤压制品的质量包括:
横断面上和长度上的形状与尺寸,表面质量,以及其组织和性能等。
3生产工艺流程的确定及各工序的说明
3.1生产流程的确定
(1)根据成品拉拔坯料直径确定挤压坯料的尺寸规格;
(2)确定挤压温度、挤压比及挤压筒直径;
(3)挤制获得拉拔坯料;
(4)根据成品直径确定拉拔规格;
(5)计算总延伸系数,确定拉拔道次和中间退火次数;
(6)确定各道次拉拔后线材直径;
(7)计算各道次延伸系数。
校核它们是否符合要求,并进行必要的调整。
3.2生产工艺流程图(图3-1)
3.3各工序说明
中间退火
中间退火的目的是为了消除坯料在冷加工时产生的加工硬化现象。
降低变形抗力,恢复塑性。
使坯料能继续顺利的进行拉伸,而不发生断裂现象。
因此,中间退货的温度要高于合金再结晶温度。
在退火过程中一方面要使金属能充分发生再结晶。
另一方面要注意控制再结晶后的晶粒度,防止晶粒粗大,确保坯料在退火后的组织与性能。
成品退火
制品的交货状态有硬状态、软状态或半硬状态之分。
不同交货状态的制品,其内部组织与性能要求不同。
故成品退火的目的,是使产品达到所需要求的性能指标。
在条件允许时,最好采用无氧化退火,这样可以免除酸洗,保持金属光泽。
酸洗
热加工及每次退火后,铜及其合金的表面上形成氧化铜和氧化亚铜。
酸洗的目的就是利用一种酸或几种酸的水溶液附在金属表面上的氧化物起化学反应,去除氧化物后使金属显出本色。
H62黄铜的酸洗规程
酸洗的成分及浓度%
酸洗温度℃
酸洗时间min
+
5~12
20~40
1~15
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