材料成型及控制工程专业综合实验报告

目录

1 实验课题 (1)

2 实验目标 (1)

3 实验原理 (1)

3.1 轧制实验原理 (1)

3.1.1 轧制原理 (1)

3.1.2 轧制力测定原理 (1)

3.2 拉伸实验原理 (2)

4 实验参数设定 (3)

4.1 轧制实验参数的确定 (3)

4.1.1 试样参数的设定 (3)

4.1.2 轧制参数的设定 (3)

4.2 拉伸实验参数的确定 (3)

5 实验内容 (4)

5.1 轧制实验 (4)

5.1.1实验仪器及材料 (4)

5.1.2实验步骤 (4)

5.2 拉伸实验 (4)

5.2.1 实验仪器及材料 (4)

5.2.2实验步骤 (4)

6 实验结果与分析 (5)

6.1 轧制实验结果 (5)

6.2 分析与讨论 (8)

6.2.1 轧制实验 (8)

6.2 拉伸实验结果 (10)

7 实验小结 (15)

综合实验

1 实验课题

变形程度对金属板材冷轧变形力和机械性能的影响。 2 实验目标

通过改变压下量h ?，即改变变形程度h ε（H h H h H h //)(?=-=ε）实验参数分别进行冷轧和拉伸试验，以此来研究铝板在进行同步冷轧时轧制力随变形程度的变化规律，以及在不同压下量时钢板的机械性能（主要为屈服强度s σ和抗拉强度b σ）的影响。 3 实验原理

3.1 轧制实验原理 3.1.1 轧制原理

同步轧制是指上下两轧辊直径相等，转速相同，且均为主动辊、轧制过程对两个轧辊完全对称、轧辊为刚性、轧件除受轧辊作用外，不受其它任何外力作用、轧件在入辊处和出辊处速度均匀、轧件的机械性质均匀的轧制。在轧制过程中，同步轧制变形区金属在前滑区，后滑区上下表面摩擦力都是指向中性面，中性面附近单位下力增强，使平均单位轧制增大。同步轧制时单位轧制压力沿变形区长度方向的类似抛物线形状分布。 3.1.2 轧制力测定原理

目前测量轧制力的方法有两种：应力测量法和传感器法。而传感器测量法又有电容式、

柱作为弹性元件。圆柱体在轧制力作用下产生形变使得应变片的电阻发生变化，将这些应变片按一定的方式连接起来，在接入电桥，就可得到一个与轧制力成比例关系的输出电压，从而将力参数转变成电信号，其原理图如图2所示。

轧制实验中，将轧机的测力传感器与计算机通过电路以及相应的轧制综合参数测试仪

连接起来，在计算机中，利用杂货之测试软件来采集相关数据。在轧制实验中通过游标卡尺测量读取相关数据。在拉深实验中，通过读取万能实验机上的的数据并作必要记录。

轧制综合参数测试仪数据采集方法如图3

所示。

3.2 拉伸实验原理

金属拉伸实验是测定金属材料力学性能的一个最基本的实验，是了解材料力学性能最全面，最方便的实验。本实验主要是测定铝板在轴向静载拉伸过程中的力学性能。在试验过程中，利用实验机的自动绘图装置可绘出铝板的拉伸图。由于试件在开始受力时，其两端的夹紧部分在试验机的夹头内有一定的滑动，故绘出的拉伸图最初一段是曲线。

对于碳钢试样，在确定屈服载荷P S 时，必须注意观察试件屈服时测力度盘上主动针的转动情况，国际规定主动针停止转动时的恒定载荷或第一次回转的最小载荷值为屈服载荷P

S ，故材料的屈服极限为 s A P /s s =

σ。 试件拉伸达到最大载荷之前，在标距范围内的变形是均匀的。从最大载荷开始，试件产生颈缩，截面迅速变细，载荷也随之减小。因此，测力度盘上主动针开始回转，而从动

针则停留在最大载荷的刻度上，指示出最大载荷Pb ，则材料的强度极限为:b b

b

A P /=σ。

试件断后，将试件的断口对齐，测量出断裂后的标距l 1和断口处的直径d 1 ，则材料的延伸率δ和截面收缩率Ψ分别为:

图3 数据采集方法

式中，0l , 0A 分别为试验前的标距和横截面面积；1l , 1A 分别为试验后的标距和断口处的横截面面积。 4 实验参数设定

4.1 轧制实验参数的确定 4.1.1 试样参数的设定

先利用剪切机剪切得到尺寸为B×H×L=3×60×1000的铝板，再进行横向剪切得到尺寸为B×H×L=3×60×170五块铝板。 4.1.2 轧制参数的设定 压下量的确定：

由于轧制时是在干摩擦条件下进行，故可取辊面摩擦系数为0.15，根据最大的咬入角为

f arctan max ==βα （1） 由式（1）可得，?=5.8max α，再根据式（2）

)cos 1(max max α-=?D h （2） 可得，mm 43.1max =?h 。故本实验可取最大压下量h ?=0.9mm 变形程度h ε的确定：

由于实验所给的铝板厚度大致一样，若要改变变形程度ε，只需改变压下量h ?。经过上述计算可知取最大压下量，实验采用单道次压下，压下量最大h ?取用0.9mm ，已知转过17个齿，即压下量为1mm ，则当7.0=?h mm 需转过12个齿。现在分配每块钢板试样的压下量，在调整好辊缝的基础上，分别转动齿轮5个齿，8个齿，10个齿，13个齿，15个齿，即h ?分别为0.3mm ，0.45mm ，0.6mm ，0.75mm ，0.9mm 。 具体理论设计数据如表1所示。

试样编号 1 2 3 4 5 轧前厚度H /mm 3 3 3 3 3 压下量h ?/mm 0.3 0.45 0.6 0.75 0.9 转过齿数/个 5 8 10 13 15 变形程度ε/%

10

15

20

25

30

注：该表格中数据仅为设计，以后面的试验中所得数据为准。 4.2 拉伸实验参数的确定

%1000

1?-=

l l l δ%1000

1

0?-=

A A A ψ

拉伸实验中参数的设定主要是对试样进行尺寸规格设定，如图4所示。

根据体积不变定律可估算冷轧后试样1的尺寸变为2.7×60×188.9（不考虑宽展的条件下），因为存在弹性回复及弹性压扁，实际厚度大于2.7mm ，实际长度小于188.9mm 。由于试样1的变形程度最小，故其轧制后长度最小。查相关资料可得，试样可按图1所示形状加工。 bh s l 3.113.110== （3）

由经验公式（3）可得在有效宽度1b 取30mm 时，根据两种不同算法可得到有效长度1l =101.7mm ，取整为102mm 。由于设计时要考虑到试样能被夹头夹紧而不至于脱离，两端夹住长度分别可取20mm 。故有效长度可取1l =102mm 为，则宽度mm 0.30=b ，查有关资料可得，圆弧倒角半径可取15mm ，则经过计算试样总长度l 可取172mm 。 5 实验内容

5.1 轧制实验

5.1.1实验仪器及材料

（1）实验仪器：φ130mm 实验轧机；压力传感器；综合分析测试仪；游标卡尺。 （2）实验材料：厚度为3mm 的钢板一块。 5.1.2实验步骤

（1）将铝板在剪切机上剪成L B ?为60×170mm 的试样五块。

（2）将五块3×60×170mm 规格的铝板试样进行编号，分别为1号，2号，3号，4号，5号；

（3）将压力传感器安装在轧机上，并将设备间的连线连连接好；

（4）检查好各通路，调节轧制综合参数测试仪至平衡状态，在开扎之前点击数据采集。

（5）进行辊缝调节，先将辊缝调整为零，缓慢转动转盘，减小辊缝直至计算机采集图样中曲线出现波动即可停止，说明辊缝已经调整为零。

（6）再将辊缝调整2.20mm ，即转过的齿数为37个即可。

（7）开启轧机，按表1调整压下量，先将转盘转过5个齿数，即将辊缝减小0.3mm ，点击“采集数据”后，再进行试样1轧制，轧完后测出其轧制后轧件厚度h ，并记录于表2中。

（8）在进行试样2、3、4、5的轧制时，在上一个试样的的基础上分别再转动3,2,3,2个齿数，相当于总的压下量调整为0.3mm ，0.45mm ，0.6mm ，0.9mm(理论上)，再进行轧制，分别测量每次轧制后轧件的厚度h ，并记录于表2中。

（9）轧制完成之后，点击“停止采集”，选择对应的数据点，点击“数据分布”生成word 报表，记录轧制力1P 、2P 、总P 与表2中。 5.2 拉伸实验

5.2.1 实验仪器及材料

（1）实验仪器：液压万能实验机、游标卡尺、划线机、錾子、锯子、锤子、砂纸、圆锉和平锉等。

（2）轧制实验后的5块试样。 5.2.2实验步骤 （1）将轧制实验后的5块铝板试样和未加工试样6设计和加工成图4所示形状及尺寸，

备用。

（2）熟悉万能试验机的操作规程，估计拉伸试验所需的最大载荷F

b ，并根据F

b

值选定

试验机的测力度盘（F

b

值在测力度盘40% -80%范围内较宜）。调整测力指针对准零点，并使从动针与之靠拢，同时调整好自动绘图装置。

（3）将5块试样按原先的1~5编号进行拉伸实验，测量出拉伸试样的中间长度

1

l和宽度b分别填入表3中。

（4）将1号铝板试样两端夹紧在夹头上，记录拉伸开始时，记录下刻度尺上的示数

2

l 填入表3中。

（5）缓慢加载，每隔一段时间记录下，加载载荷读数以及刻度尺上的读数于表3，直至断裂，停止试验，取下断裂后的试样用游标卡尺测出试样端口厚度，记录数据于表3。

（6）将万能试验机表盘上示数置零。重复步骤（4）~(5)分别对试样编号2、3、4、5进行拉伸，分别记录数据于表4、表5、表6、表7、表8中。

6 实验结果与分析

6.1 轧制实验结果

表2变形程度对轧制力的影响ε

2.