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文檔簡介
1、重有色金屬及其合金板帶材生產 適用班級:12材料高職班 2014年2月 學期課時計劃安排本期共有16周每周6課時總共84課時作業(yè):每周一次作業(yè),周五下課前上交。一、課程設置(一)課程定位: 1、課程性質:本課程是高職材料成型與控制技術專業(yè)的核心專業(yè)課程之一,是一門實踐性很強的課程。本書詳細介紹了重有色金屬及其合金板帶材生產工藝、技術和主要設備等,內容與生產實際緊密結合,同時又包括了板帶材生產的新技術新工藝。對學生職業(yè)崗位能力培養(yǎng)和職業(yè)素質養(yǎng)成起到一個重要的支撐作用。專業(yè)課板帶箔材生產金屬壓力加工基礎鑄錠生產圖1課程體系結構2、課程體系結構:如圖1所示,該課程在專業(yè)的課程設置中起承上啟下的重要作
2、用,前續(xù)課程金屬壓力加工基礎鑄錠生產的學習為基礎,為后續(xù)課程管棒型線材生產銅盤生產等作準備。(二)課程目標: 根據教學大綱的要求和我們學生的實際情況,制定了以下教學目標。1 、知識目標: 要知道 軋制概念、軋制原理及產品品種分類;會制訂 典型生產工藝流程;能區(qū)分 熱軋與冷軋的工藝特點及產生的缺陷;會計算 軋制時的剪切量;能掌握 軋制設備的結構及使用調整。2 、能力目標:培養(yǎng)學生正確區(qū)分銅及其合金產品種類的能力;培養(yǎng)學生正確選擇合理軋制方法的能力;培養(yǎng)學生計算分析的能力;培養(yǎng)學生實踐操作動手的能力;二、教材和參考教材 主要特點:內容精煉,通俗易懂,可為項目化教學提供必需、夠用的知識點。主要特點:
3、理論講解細致,具有一定的深度和廣度,可作為參考書三、教學手段教學手段板書多媒體課件實驗器材四、學情及指導學生方法1.學情喜動手不善學理論思維活躍但缺韌性排斥傳統(tǒng)教學模式渴望成功但缺乏耐心自信不足易于放棄四、學情及指導學生方法指導學生方法:學生為主體、教師為主導,是輔導者、管理者、咨詢者四、學情及指導學生方法實訓條件: 采用現代化教學實訓設備,銅加工模擬實驗室五、課程內容設計 課程內容的設計主要是強調知識、技能、職業(yè)素養(yǎng)的有機結合,淡化理論,夠用為度,加強應用技能、專業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)。該課程采用項目教學的方法,將整個課程分為8個教學項目,每個項目包含講授、實驗或制作三部分,總學時84學時。 五、課程
4、內容設計-1項目任務項目名稱知識目標學時分配任務1、軋制原理掌握軋制過程和軋制的三個變形參數,理解軋制過程的三階段及咬入條件 18任務2、產品品種及典型生產工藝流程掌握制定生產工藝流程的原則 6任務3、熱軋生產工藝掌握熱軋時加熱時間的控制,加熱爐工作原理,掌握熱軋的特點及溫度的確定 12任務4、冷軋生產工藝掌握冷軋的概念、分類及特點,理解影響實際輥型的因素、掌握輥型的選擇與配置、輥型控制的方法 18任務5、熱處理制度及設備使用掌握均勻化退火、退火、淬火-時效的溫度控制及操作,熟悉各種熱處理設備 6五、課程內容設計-1項目任務項目名稱知識目標學時分配任務6、 精整掌握表面清理的幾種方法及操作要點
5、,理解矯直的目的及幾種矯直方法的工作原理6任務7、成品驗收及包裝掌握成品驗收的方法及驗收標準6任務8、軋制設備及備件簡介掌握軋輥的結構、材料選擇及損壞形式,掌握軋機的調整與使用注意事項12五、課程內容設計-2實驗項目實驗項目知識目標學時分配實驗1塑性變形對金屬性能的影響通過實驗,進一步理解金屬在冷塑性變形過程中性能的變化2實驗2塑性變形的不均勻分布通過實驗,了解塑性變形的不均勻現象軋件產生單鼓、雙鼓的原因2實驗3變形體、形狀系數(或稱變形區(qū)幾何因素)對平均單位壓力的影響在材料試驗機上壓縮樣品來確定摩擦和變形體形狀系數對平均單位壓力的影響2實驗4軋輥最大咬入角摩擦系數的測定通過實驗充分了解軋輥最
6、大咬入、摩擦系數是制定軋制生產工藝的重要參數之一,以便在生產中充分利用設備能力,提高軋制生產率。2五、課程內容設計-2實驗項目實驗項目知識目標學時分配實驗5前滑值的測定通過對前滑值測定,將有助正確掌握軋制原理,并學會合理制訂軋制工藝規(guī)程的方法。2實驗6軋制工藝參數綜合測定 利用參數測定軋制工藝 。2實驗7板料塑性成形的應變測定試驗通過測量板料液壓成形后試樣上相關形狀尺寸的變化,計算試樣上典型部位的應變大小以及零件的壁后改變;并由此理解真實應變和塑性變形體積不變條件等相關內容等。2五、課程內容設計-2實施過程教學過程項目任務明確任務討論講解 實驗指導研究制作分析總結作品展示檢驗點評六、考核方式課
7、堂出勤10%課堂表現10%作業(yè)完成10%期末成績30%70%綜合成績職業(yè)技能鑒定部門:金屬材絲拉拔工考證通過率98%。第1章軋制原理共18學時1.1簡單軋制過程及變形參數教學內容1.要求學生理解簡單軋制過程;2.掌握變形程度指數參數(三個);3.掌握加工率計算方法。重點難點 1.三個變形參數的理解,加工率的計算方法。概念軋制過程:是指軋件(金屬)在軋輥的作用下,進入旋轉的軋輥之間,受到壓縮而進行的塑性變形過程。通過軋制使金屬獲得一定的尺寸、形狀和性能。1.1.1 簡單軋制過程簡單軋制過程應具備的條件:1.兩個軋輥均為主動輥、輥徑相同、轉速相同且軋輥為剛體;(即不產生彈性變形)2.軋件性能均勻;
8、3.軋件除受軋輥作用外,不受其他任何外力作用。4.軋件的變形與金屬質點的流動速度沿斷面高度和寬度是均勻的。注意:在實際生產當中,理想的簡單軋制過程是不存在的。1.1.2變形程度指數軋件在高向上受到的壓縮后,會朝著縱向和橫向流動。因此,厚度減小,長度和寬度增加。(1)高向變形參數道次:軋制時,軋件進入軋輥至離開軋輥,承受一次塑性變形,稱為一個軋制道次。軋制前軋件厚度用H軋制后軋件厚度用h則壓下量:H=H-h加工率或壓下率:加工率分為道次加工率 總加工率總加工率指兩次退火間總加工率,它反映軋件加工硬化的情況。道次平均加工率是指軋前總加工率和軋后總加工率的平均值,這主要反映冷軋過程某一軋制道次中的加
9、工硬化情況。(2)橫向變形參數反映軋制過程中橫向變形程度,用寬展量來表示。寬展量 其中B是軋制前寬度; b是軋制后寬度。(3)縱向變形參數一般縱向變形參數可用軋件軋后長度l和軋前長度L的比值表示,稱為延伸系數 根據體積不變定律 忽略寬展 1.1.3 加工率計算1.道次加工率作業(yè)第1題復習1.什么是軋制過程?2.簡單軋制過程成立條件?3.三個變形程度參數是什么,分別怎么表示?1.2變形區(qū)及參數教學要求1.理解變形區(qū)的概念2.掌握變形區(qū)的主要參數重點難點1.變形區(qū)主要參數的掌握。1.2.1變形區(qū)軋制變形區(qū)定義:軋制時金屬在軋輥間產生塑性變形的區(qū)域稱為軋制變形區(qū)。實際軋制變形區(qū)包括:幾何變形區(qū)和非接
10、觸變形區(qū)1.2.2變形區(qū)的主要參數幾何變形區(qū)的主要參數有:變形區(qū)的長度及平均寬度、咬入角、變形區(qū)形狀系數等。1.2.2.1變形區(qū)的長度及平均寬度變形區(qū)的平均長度是指接觸弧AC的水平投影長度。變形區(qū)的長度為: 近似為: 變形區(qū)的平均寬度1.2.2.2咬入角 咬入角是指軋件開始咬入時,軋件最先接觸點與兩軋輥中心連線的夾角,一般用 表示。當軋件全部進入到輥縫時,為接觸角。 因為:在 中,當咬入角比較小時 因為 所以1.2.2.3變形區(qū)形狀系數變形區(qū)形狀系數一般用變形區(qū)長度 與軋件在變形區(qū)中平均厚度 的比值表示當 時,相當于軋制薄件; 當 時,相當于軋制厚件。 作業(yè) 第9題復習1.什么是軋制變形區(qū)?它
11、包括哪兩個區(qū)域?2.變形區(qū)的主要參數有哪些,分別怎么表示?1.3軋制過程建立的條件教學要求 1.掌握軋制過程珠三階段:咬入、穩(wěn)定及軋制終了階段。 2.掌握咬入階段的咬入條件。 3.掌握穩(wěn)定軋制階段的咬入條件。重點難點 咬入條件的建立1.3.1軋制過程的三個階段在一個道次里,軋件的軋制過程可分為:咬入階段、穩(wěn)定軋制階段以及軋制終了階段。1.3.1.1咬入階段咬入:依靠回轉的軋輥與軋件間的摩擦力,軋輥將軋件拖入軋輥之間的現象稱為咬入。咬入階段是軋制開始階段,這一過程幾乎在瞬間完成,且各項參數都在發(fā)生變化,是個不穩(wěn)定狀態(tài)。1.3.1.2穩(wěn)定軋制階段穩(wěn)定軋制階段是指軋件前端從輥縫出來,到軋件后端開始進
12、入軋輥為止。該階段是軋制過程的主要階段,整個過程相對處于一個穩(wěn)定的狀態(tài),通過研究此階段的金屬流動、變形及力的狀況,從而進行有效的工藝控制、產品質量與精度控制和設備設計等,它是板帶材軋制研究的主要對象。1.3.1.3軋制終了階段軋制終了階段也稱為拋出階段,從軋件與軋輥逐漸脫離接觸,直至軋件脫離軋輥被拋出為止。該階段時間也很短,其變形和力學參數等均也發(fā)生變化。1.3.2咬入階段的咬入條件 軋制過程能否建立,首先取決于軋件能否被旋轉的軋輥咬入。 分析軋件受力情況:在簡單軋制情況下,當軋件和旋轉的軋輥相接觸時,軋件受軋輥給的徑向正壓力N和摩擦力T,摩擦力T與正壓力N垂直,與軋輥的旋轉方向一致。如下圖所
13、示:若 時,不能咬入;若 時,能夠了咬入; ,咬入的臨界條件。在圖中,根據庫侖摩擦定律:當 時,即: 其中摩擦系數可以用摩擦角 表示,即摩擦角的正切就是摩擦系數,即 ,因此,當 時,稱為自然咬入條件,表示只有軋輥對軋件的作用力,而無其他外力作用時,軋件被軋輥咬入的條件,必須使摩擦角大于咬入角,這是咬入的充分條件。當 時,是咬入的臨界條件,此時咬入角為最大1.3.3穩(wěn)定軋制階段的咬入條件軋件完全填充輥間后,繼續(xù)進行軋制的條件仍然是:水平拉入力 大于水平推出力 。即:當 時為穩(wěn)定軋制的臨界條件, 為穩(wěn)定軋制條件。從軋件被軋輥自然咬入到穩(wěn)定軋制時的條件變化,可以得出以下結論:1.穩(wěn)定軋制條件比咬入條
14、件容易實現;2.當其他條件(潤滑、壓下量等)不變時,咬入一經實現,軋件就能自然向輥縫填充,直至建立穩(wěn)定的軋制過程。注:實際測得穩(wěn)定軋制條件一般為 。復習1.軋制過程的三個階段?2.咬入的條件,穩(wěn)定軋制的條件是什么?1.4改善咬入的措施教學目的1.掌握影響咬入的因素;2.改善咬入的措施。教學重點讓學生掌握影響咬入的五個因素及改善咬入的措施。改善咬入的目的 生產中由于坯料尺寸、工藝規(guī)程、設備及潤滑條件的變化導致咬入困難。為了使操作順利,提高生產率,保證產品質量。1.4.1影響咬入的因素 由咬入條件 可看出,影響咬入的因素主要有軋輥直徑、壓下量、摩擦系數、軋制速度、水平方向的外力、軋件前端形狀等。1
15、.4.1.1軋輥直徑和壓下量對咬入的影響由式 可知,咬入角的大小與軋輥直徑和壓下量的關系:1.壓下量 一定時,軋輥直徑D越大,則咬入角越小,越容易咬入。2.軋輥直徑D一定時,壓下量 越小,則咬入角 越小,越容易咬入。 因為 當 壓下量最大根據可得壓下量與軋輥直徑和摩擦系數的關系:1.4.1.2摩擦系數當軋輥與軋件之間的摩擦系數越大時,咬入條件 越容易滿足。生產中有時可在輥面上打砂甚至刻痕等來增加摩擦系數,改善咬入條件。 1.4.1.3軋制速度軋制時降低軋制速度可使摩擦系數增加,即摩擦角增加,從而使咬入條件 更容易滿足。生產中常采用低速咬入,高速軋制,低速拋出的生產方式。1.4.1.4水平方向的
16、外力凡是順軋制方向的水平力,都有利于咬入。如軋制運動中的慣性力,加在軋件后面的推力,加于軋件前面的拉力。這些力使軋件前端于軋輥相撞,軋件前端棱角磨禿,減小咬入角,并增加接觸面積,導致摩擦增加,有助力于軋件咬入。1.4.1.5軋件前端形狀軋件小端進入軋輥時,咬入角減小;前端為圓弧形時,也使咬入角減小并使接觸面積增加;當軋件前端為錐形或圓弧形時,可使咬入角減小,使咬入順利。1.4.2改善咬入的措施1.4.2.1減小咬入角改善咬入措施1.軋件前端做成錐形或圓弧形。2.采用大輥徑軋輥。3.減小道次壓下量。4.給軋件施以順軋制方向的水平推力,實現強迫推入。5.咬入時輥縫調大,待穩(wěn)定軋制后,減小輥縫,增大
17、壓下量。1.4.2.2增加摩擦系數改善咬入措施1.在粗軋機軋輥是進行粗磨。2.低速咬入,高速軋制。3.開始咬入時不加或少加潤滑劑,或噴灑煤油等澀性油劑。4.熱軋加熱溫度要適宜。作業(yè) 第2,3題復習1.軋制過程的三個階段是什么?2.軋件能被正常咬入條件的條件是什么?3.為什么要改變咬入條件?4.影響咬入的因素有哪些?5.改善咬入的措施有哪些?1.5軋制時軋件的高向變形教學要求掌握軋件在軋制時高向流動特性。2.掌握薄軋件的高向變形3.掌握厚軋件的高向變形特點。重點難點能熟練掌握軋制時高向變形的特點。1.5.1軋件在軋制時高向流動特征在平錘塑壓時,金屬向兩個方向變形,并以其垂直對稱線作為分界線,如果
18、壓縮時,工具平面不平行,由于工具形狀的影響,金屬容易向AB方向流動,因此它的分界線(中性線或中性面)便偏向CD一側。軋制時,金屬在兩個反向旋轉的等徑軋輥之間受到連續(xù)壓縮,因此在其縱向與橫向上產生延伸和寬展。金屬的塑性流動相對軋輥表面產生滑動,或有產生滑動的趨勢。金屬向入口側流動形成后滑區(qū);向出口側流動形成前滑區(qū)。中性角是指前滑區(qū)接觸弧所對應的圓心角,通常用 表示。金屬向兩側流動形成寬展,而且根據最小阻力定律可知延伸方向流動多,橫向流動少。軋件在受軋輥的壓力作用,在高向上軋件承受的壓應力,而橫向與縱向上,因為摩擦力的作用使軋件承受 和 的壓應力。由于工具形狀沿軋制方向是圓弧面,沿寬度方向為平面工
19、具,而變形區(qū)長度一般總小于軋件寬度,因此三個方向應力絕對值的關系是:由最小阻力定律可知,金屬高向受到壓縮時,必然是延伸方向流動多,橫向流動少。當金屬進入變形區(qū)內高度逐漸減小,根據體積不變定律,則單位時間內通過變形區(qū)內任意橫斷面的金屬流量應為一個常數。即: 常數 所以實踐證明軋制時應力應變分布不均,隨幾何形狀系數 的變化呈現不同的狀態(tài)。1.5.2薄軋件的高向變形薄軋件一般指 的軋件,熱軋薄板和冷軋板一般屬于這種情況。1.5.2.1薄軋件的變形特點在 比值較大時,軋件斷面高度較小,變形容易滲透。表層金屬所受阻力比中心層大,其延伸比中心層小,變形呈單鼓形。如下圖所示:1.5.2.2金屬質點的水平運動
20、速度金屬質點水平速度等于質點塑性流動速度和軋輥所給水平速度的代數和。在后滑區(qū),金屬的塑性流動速度向入口方向流動,表層比中部慢,分布圖呈凹狀。在前滑區(qū),表層金屬質點水平運動速度比中心層小,分布圖呈中凸狀。在中性面上,其斷面高向金屬質點水平運動速度是均勻的,因此前后外端不發(fā)生變形。1.5.2.3副應力分布軋制時,受摩擦的影響,金屬質點在前后滑區(qū)表層金屬的塑性流動速度都比中心層小,使變形不均勻,由于金屬是一個整體,則表層金屬承受水平拉副應力,而中部金屬承受水平壓副應力。疊加的結果,使得軋件中心層承受實際水平拉應力。如下圖所示:1.5.3厚軋件的高向變形厚軋件一般指 的軋件,鑄錠熱軋開坯時,前幾道次一
21、般屬于這種情況。1.5.3.1厚軋件的變形特點軋件中心層沒有發(fā)生塑性變形或變形很小,只有表層金屬才發(fā)生變形,上、下接觸面受摩擦的影響變形也較小,因而變形后沿斷面高向呈雙彭形。1.5.3.2金屬質點的水平運動速度金屬質點水平速度等于質點塑性流動速度和軋輥所給水平速度的代數和。在后滑區(qū),質點塑性流動指向入口處,與軋輥所給水平方向相反,表層金屬受摩擦力的作用大,由于變形不深透,中心層不變形,呈中凸狀。在前滑區(qū),質點塑性流動速度方向指向出口處,與軋輥所給水平速度方向相同,表層受摩擦力作用,所以,表層金屬質點水平速度比中部小,速度分布圖中呈雙鼓形。在中性面上,軋輥與軋件無相對滑動,則軋件與軋輥速度相等,
22、此斷面高向速度分布均勻。1.5.3.3副應力分布 厚軋件軋制時,由于變形不深透,中間層幾乎不變形,塑性流動速度??;受摩擦的影響,接觸表面金屬質點在前后滑區(qū)表層金屬的塑性流動也較小,只有次表層塑性流動速度大,變形不均勻,由于金屬是一個整體,則接觸表面金屬承受水平拉副應力,而中部金屬承受水平拉副應力,次表層受水平壓副應力,如圖所示:概念張嘴:熱軋鑄錠很厚,前幾道次加工率很小,接觸表面產生黏著,變形多發(fā)生在表層金屬,產生不均勻變形,表面金屬受拉副應力作用,使得表層金屬可能承受實際水平拉應力,這將導致軋件表面產生橫向裂紋。此外軋件中部也受拉副應力,厚鑄錠若存在鑄造弱面或低塑性材料及其他雜質時,會被拉裂
23、或空洞,最后形成層裂,若潤滑冷卻條件差,黏著作用強,就會出現“張嘴”,嚴重是會纏輥。2 產品品種及典型生產工藝流程(6學時)2.1產品的技術條件教學目的1.了解產品尺寸2.了解產品供應狀態(tài)3.了解產品技術要求重點難點掌握產品的各項技術條件2.1產品的技術2.1.1產品尺寸平輥軋制生產,按截面形狀和產品尺寸,可分為板材、帶材、條材和箔材。板材:指橫截面呈矩形,厚度均一,以平直狀外形交貨。厚度大于0.20mm。帶材:指以成卷交貨的軋制產品。條材:指厚度介于板材和帶材之間,寬度較窄,長度在15002000mm的軋制產品,也用排來稱呼。箔材:指厚度小于0.05mm的成卷交貨的產品。2.1.2產品供應狀態(tài)如下表所示:2.1.3產品技術要求產品技術要求包括:化學成分、力學性能、物理性能、工藝性能、金相組織、表面質量和內部質量等。化學成分:應滿足技術標準的標,由熔鑄車間控制。力學性能:要求抗拉強度和伸長率。金相組織:要求晶粒度,第二相分布和氧含量等的金相檢驗。表面質量:要求光滑、清潔。內部質量:不允許有中心裂紋和分層。共同點:尺寸精確、板
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