金屬材料短流程、近終形的生產(chǎn)工藝_第1頁(yè)
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金屬材料短流程、近終形的生產(chǎn)工藝多個(gè)進(jìn)程(如凝固與成形)的綜合化,稱短流程化,如噴射成形技術(shù)、半固態(tài)加工技術(shù)和持續(xù)鑄軋技術(shù)等。打破傳統(tǒng)的材料成形與加工模式,縮短生產(chǎn)工藝流程,簡(jiǎn)化工藝環(huán)節(jié),實(shí)現(xiàn)近終形、短流程的持續(xù)化生產(chǎn),提高生產(chǎn)效率。近終型、短流程的成形加工技術(shù)具有高效、節(jié)能等特點(diǎn),在技術(shù)上突出的特點(diǎn)是縮短加工周期,盡可能減少變形量或后續(xù)加工環(huán)節(jié),由金屬熔體直接取得所需的制品或近似的制品,同時(shí),這些制品還具有現(xiàn)有加工方式所生產(chǎn)制品的性能和組織,這可大大減少后續(xù)擠壓、軋制和壓鑄等耗能大、投資大、用工多的加工進(jìn)程。例如,半固態(tài)成形、持續(xù)鑄軋和持續(xù)鑄擠等是將凝固與成形兩個(gè)進(jìn)程合而為一,實(shí)行精準(zhǔn)控制,形成以節(jié)能、降耗、高效和優(yōu)質(zhì)為主要特征的新技術(shù)和新工藝。1半固態(tài)成型金屬材料的半固態(tài)成型是在半液半固的兩相狀態(tài)下進(jìn)行的,所以與全液體成型或全固體成型相較,具有許多長(zhǎng)處。首先,在凝固進(jìn)程中有固液兩相,同時(shí)存在的合金系都可進(jìn)行半固態(tài)成型。半固態(tài)材料漿的粘度比熔融金屬的粘度高得多,因此成型時(shí)可形成層流,也能更均勻地填充模型。金屬漿的成型溫度較低,與常規(guī)鑄造工藝相較:可節(jié)約35%左右的能源;可以延長(zhǎng)模型壽命;凝固時(shí)間較短;可縮短生產(chǎn)周期;由于有固體存在和溫度較低,零件在模內(nèi)的收縮較小。用金屬漿生產(chǎn)的零件內(nèi)的宏觀氣孔與顯微疏松比常規(guī)鑄件中的少得多。半固態(tài)材料填充模型時(shí),材料前端呈層流充滿型腔,比熔融金屬的流動(dòng)平穩(wěn)得多,不會(huì)卷入氣體。半固態(tài)成型零件的尺寸可與成品零件的相等或幾乎相等,極大地減少了機(jī)械加工量與切削量,既節(jié)約了材料,又可以生產(chǎn)形狀復(fù)雜的零件或難于加工的薄壁零件。半固態(tài)模鍛件與壓鑄件表面平整滑膩,內(nèi)部組織致密,晶粒細(xì)小,力學(xué)性能高。2近終形軋制技術(shù)熱連軋技術(shù)熱連軋技術(shù)是將均熱后的坯錠同時(shí)在幾個(gè)機(jī)架中產(chǎn)生塑形變形的持續(xù)軋制進(jìn)程。與單機(jī)架軋制相較較,熱連軋技術(shù)具有工藝流程短,生產(chǎn)率高,產(chǎn)品質(zhì)量高和生產(chǎn)本錢低等長(zhǎng)處。熱連軋工藝雖然取得了較為普遍的應(yīng)用,可是該工藝將熔體的熔鑄和成形加工分為兩個(gè)獨(dú)立的環(huán)節(jié),金屬熔體往往先制備成大的坯錠,然后再進(jìn)行均熱后進(jìn)行熱軋成形,能耗增加。而且需要鋸頭、銑面、預(yù)熱或均勻化,工藝流程較長(zhǎng),原始投資本錢也較高。在熱連軋技術(shù)中,熱軋坯錠的質(zhì)量對(duì)產(chǎn)品的工藝性能和最終質(zhì)量影響很大。而目前的軋制供坯中,鑄錠內(nèi)部的質(zhì)量仍然較差,成份、組織不均勻,仍然存在偏析、晶粒粗大、縮孔、裂紋和夾渣等鑄造缺點(diǎn),這些缺點(diǎn)的存在對(duì)加工進(jìn)程和產(chǎn)品的質(zhì)量影響極大,造成了大量廢品。造成鋁材成品率不高。因此,提高熱軋鑄坯的質(zhì)量是軋制控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一,這客觀上對(duì)坯錠的熔鑄進(jìn)程提出了更高的要求,如采用新型的熔處置技術(shù)、處置工藝和鑄造技術(shù)等。雙輥式持續(xù)鑄軋工藝雙輥式持續(xù)鑄軋工藝是指液態(tài)金屬直接在兩旋轉(zhuǎn)輥間結(jié)晶,并經(jīng)受必然的熱變形而取得板帶坯料的生產(chǎn)方式。與熱連軋不同,該方式在鑄軋的同時(shí)直接完成鑄造和熱軋進(jìn)程,將坯錠的制備和成形進(jìn)程合而為一,不需要鑄錠鋸切、銑面、加熱等工序,縮短了工藝流程,幾何損失和工藝廢品少、成品率高,設(shè)備減少,占地面積少,投資本錢低,且易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)進(jìn)程的自動(dòng)化和科學(xué)管理,因此在軋制生產(chǎn)中占有很重要的地位。鑄軋生產(chǎn)線具有建設(shè)周期短、投資少、能源低、材料利用率高、保護(hù)費(fèi)用低、技術(shù)門坎低、成品率高達(dá)97%、環(huán)境友好等長(zhǎng)處。可是產(chǎn)品的合金品種和規(guī)格較為局限,鑄軋后產(chǎn)品為鑄造結(jié)構(gòu),須經(jīng)冷軋才能達(dá)到l~2mm厚度??墒请p輥式持續(xù)鑄軋生產(chǎn)的合金品種少,往往只適合于純鋁加工,應(yīng)用范圍受到很大限制。為了克服之一不足,國(guó)內(nèi)夕卜也開展了必然的研究。如發(fā)展了半固態(tài)鑄軋技術(shù),該技術(shù)將高效、節(jié)能、短流程的持續(xù)鑄軋技術(shù)與半同態(tài)加工技術(shù)相結(jié)合,取得半同態(tài)持續(xù)鑄軋成形技術(shù),可以兼具這兩種先進(jìn)技術(shù)的長(zhǎng)處,將是一種全方位高效、節(jié)能、短流程、近終形的加工方式,而且這種技術(shù)可生產(chǎn)的合金品種顯著擴(kuò)大,成份偏析小,是一種很有發(fā)展前途的新型軋制技術(shù)。帶式連鑄連軋法連鑄連軋法是指金屬在一條作業(yè)線上持續(xù)通過熔化、鑄造、軋制、剪切、卷取等工序而取得板帶坯料的生產(chǎn)方式。與熱連軋技術(shù)和雙輥式持續(xù)鑄軋工藝相較,帶式連鑄連軋法直接將金屬的熔化到成品加工于一路,其生產(chǎn)流程更短,在節(jié)能降耗、生產(chǎn)近終形板帶材方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。按照連鑄機(jī)的機(jī)構(gòu)類型,連鑄連軋法有多種類型,可是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最多的是雙帶式連鑄連軋法,如哈茲利特法和亨特一道格拉斯法和3C法。帶式連鑄連軋法直接將金屬的熔化到成品加工于一路,在節(jié)能降耗方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),將是實(shí)現(xiàn)軋制技術(shù)短流程、近終形的主要方向之一。3近終型壓鑄技術(shù)傳統(tǒng)壓鑄鋁合金件不宜進(jìn)行熱處置,這制約了壓鑄鋁合金力學(xué)性能的提高。壓鑄新工藝(真空壓鑄、充氧壓鑄、擠壓鑄造、半同態(tài)壓鑄和超低速壓鑄等)的開發(fā)應(yīng)用,改善了壓鑄進(jìn)程的成形條件,顯著提高壓鑄件內(nèi)在質(zhì)量,大大提高了壓鑄件力學(xué)性能、物理性能和耐蝕性能,尤其是氣密性、可熱處置性和可焊性。目前,制備高性能零件的壓鑄新藝受到愈來愈普遍的重視,尤其是流變壓鑄其基礎(chǔ)性研究和應(yīng)用工作也不斷深切。另外,將不同壓鑄技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用,也成為此刻壓鑄技術(shù)研究的重點(diǎn)。超低速壓鑄與一般壓鑄方式有所不同,它是以極低的壓射速度,使金屬液以極低的速度(>0.15m/s)順序充填型腔'減小卷氣偏向,降低鑄件氣體含量,以取得表面光潔、輪廓清楚、內(nèi)部組織致密的壓鑄件(氣體量控制在~/l00g,一般壓鑄氣體量在25ml/100g)。可是該方式生產(chǎn)效率較低,且在生產(chǎn)中由于壓射速度太低,往往會(huì)造成壓鑄件產(chǎn)生冷隔、澆不足、壓鑄件輪廓不完整清楚等鑄造缺點(diǎn),而且壓射速度的控制較為復(fù)雜,操作也不方便。真空壓鑄法是將型腔中的氣體抽暇或部份抽暇,降低型腔中的氣壓,以利于充型和合金熔體中氣體的排除,使合金熔體在壓力的作用下充填型腔,并在壓力下凝同而取得致密的壓鑄件。真空壓鑄法與普通壓鑄法相較具有以下特點(diǎn):(1)氣孔率大大降低;(2)真空壓鑄的鑄件的硬度高,微觀組織細(xì)??;(3)真空壓鑄件的力學(xué)性能較高。該技術(shù)操作方便,不降低生產(chǎn)效率,所以真空壓鑄法自出現(xiàn)以來取得了必然規(guī)模的發(fā)展應(yīng)用,可是該方式中涉及到復(fù)雜的真空處置系統(tǒng),系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜龐大,購(gòu)買本錢高,致使壓鑄件的本錢較高,因此限制了該技術(shù)應(yīng)用范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大。充氧壓鑄是在壓鑄前將氧氣充人型腔,取代其中的空氣。當(dāng)金屬液進(jìn)入型腔時(shí),一部份氧氣從排氣槽排出,殘留的氧與金屬液發(fā)生反映,生成彌散狀的氧化物微粒,在鑄型內(nèi)形成瞬間真空,從而取得無(wú)氣孔的壓鑄件的方式,由于充氧壓鑄需要附加充氧控制裝置,且消耗大量氧氣,增大床鑄循環(huán)時(shí)間,這致使了充氧壓鑄件鑄造本錢的提高,因此只用于生產(chǎn)需熱處置或組焊、要求氣密性高和在較高溫度下利用的壓鑄件。半固態(tài)壓鑄是在液態(tài)金屬凝同時(shí)進(jìn)行攪拌,在必然的冷卻速度下取得約30%乃至更高固相分?jǐn)?shù)的漿料,然后采用半固態(tài)漿料進(jìn)行壓鑄的技術(shù)。半固態(tài)壓鑄具有以下特點(diǎn):(1)因含有30%或更高的固相成份,合金的收縮量小,同時(shí)又具有較好的流動(dòng)性,便于補(bǔ)縮;(2)半固態(tài)合金進(jìn)入型腔不流淌,紊流程度小,大體上達(dá)到全壁厚充填,卷氣少,易取得無(wú)氣孔鑄件;(3)澆注溫度低,且在攪拌時(shí)已有30%的結(jié)晶潛熱散失,減少了對(duì)壓室、壓鑄型腔和壓鑄機(jī)部件的熱沖擊,從而提高壓鑄型的利用壽命;(4)半固態(tài)壓鑄所要求的拔模斜度小,乃至零拔模斜度,減少鑄件的脫型阻力,提高鑄件的精度;(5)半固態(tài)合金在剪切力的作用下使固態(tài)枝晶破碎,有利于細(xì)化晶粒,改善合金組織;(6)半固態(tài)壓鑄件含氣量少,可進(jìn)行熱處置和組焊,提高了力學(xué)性能,擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。因此是很有發(fā)展前途的一門新型壓鑄技術(shù),具有良好的應(yīng)用前景。4持續(xù)鑄擠技術(shù)持續(xù)鑄擠技術(shù)是持續(xù)擠壓技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,它將液態(tài)金屬持續(xù)鑄造與加工合為一體,實(shí)現(xiàn)液態(tài)金屬直接加工成形,屬短流程,高效節(jié)能的先進(jìn)工藝。在Conform持續(xù)擠壓的基礎(chǔ)上,通過大量的實(shí)驗(yàn)研究。英國(guó)霍爾頓(Holton)公司對(duì)持續(xù)擠壓機(jī)進(jìn)行了改良,采用液態(tài)金屬作坯料直接進(jìn)入主機(jī)。鑄擠輪與固定靴塊形成擠壓型腔,液態(tài)金屬在型腔內(nèi)進(jìn)行結(jié)晶與變形,然后被擠出模孔成材,形成鑄造與擠壓為一體的新型的擠壓技術(shù)。持續(xù)鑄擠技術(shù)同常規(guī)生產(chǎn)同類產(chǎn)品的塑性加工方式相較較,具有如下長(zhǎng)處:可持續(xù)生產(chǎn)很長(zhǎng)的產(chǎn)品;(2)節(jié)約能源約40%,成品率高達(dá)90%,降低本錢30%以上;(3)產(chǎn)品精度高,表面光潔平整;(4)可以實(shí)現(xiàn)液一固復(fù)合材料的生產(chǎn);(5)膜具容易改換,安裝維修方便;(6)設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊,占地面積小,投資小??墒侨秉c(diǎn)是工藝控制精度要求很高??墒悄壳霸摷夹g(shù)只應(yīng)用于冶金行業(yè)和電纜電線行業(yè)中的一些小型管、棒。線、型材的生產(chǎn),較大規(guī)模和大型加工材的應(yīng)用未見報(bào)導(dǎo)。5近終形連鑄的工藝技術(shù)是指在保證最終產(chǎn)品質(zhì)量所需壓下量的前提下,更接近于產(chǎn)品最終形狀的連鑄技術(shù)。主要包括:薄板坯連鑄技術(shù)、薄帶連鑄技術(shù)、噴霧沉積技術(shù)等。傳統(tǒng)的薄型鋼材生產(chǎn)工藝包括多道次熱軋和反復(fù)冷軋等工序,工序復(fù)雜、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、能耗大、產(chǎn)品本錢高、勞動(dòng)強(qiáng)度大。采用薄帶連鑄技術(shù),能將持續(xù)辟造、軋制,乃至熱處置融為一體,設(shè)備投資減少、生產(chǎn)工序簡(jiǎn)化、生產(chǎn)周期縮短、產(chǎn)品本錢顯著降低,且產(chǎn)品質(zhì)量不亞于傳統(tǒng)工藝。另外,利用薄帶連鑄技術(shù)的快速凝固效應(yīng),還能生產(chǎn)出軋制工藝難以生產(chǎn)的材料和具有特殊性能的新材料。CSP技術(shù)CSP的工藝進(jìn)程為:采用立彎式連鑄機(jī)生產(chǎn)厚50~60mm的鑄坯,經(jīng)分段剪切后,送入輥底式均熱爐(120~185m)進(jìn)行加熱、均熱。薄板坯經(jīng)加熱爐入口段、加熱段和均熱段加速到20~30m/min進(jìn)入軋制工序。六機(jī)架精軋機(jī)組將厚50~60mm的鑄坯軋制成l.2~12.7mm的帶材,經(jīng)層流水簾冷卻后卷取。生產(chǎn)線全長(zhǎng)約270m。長(zhǎng)處:流程短,峰產(chǎn)穩(wěn)定,產(chǎn)品質(zhì)量好等。缺點(diǎn):對(duì)鋼水質(zhì)量要求高、難以生產(chǎn)很寬或較厚的鋼板、均熱爐設(shè)備尚未定型化等。ISP技術(shù)ISP的工藝進(jìn)程為:采用帶輕壓下扇形段的弧形連鑄機(jī)生產(chǎn)厚40mm左右的連鑄坯,通過初軋機(jī)軋至20mm左右,經(jīng)感應(yīng)加熱、克雷莫納爐加熱、均熱.送至精軋機(jī)組軋制成成品。生產(chǎn)線全長(zhǎng)約175m。長(zhǎng)處:生產(chǎn)線布置緊湊、生產(chǎn)能耗少等。缺點(diǎn):感應(yīng)加熱爐設(shè)備較復(fù)雜且維修困難、薄片形水口壽命較短等。CONROLL技術(shù)CONROLL的工藝進(jìn)程為:CONROLL連鑄機(jī)與熱軋機(jī)平行布置,鑄坯按Dynacs冷卻模型玲卻,鑄機(jī)尾部裝有一臺(tái)火焰切割裝置,將鑄坯切成所需長(zhǎng)度后進(jìn)入加熱爐,薄板坯離開加熱爐后,通過粗軋機(jī)架5個(gè)道次的可逆式軋制,軋成厚25mm后進(jìn)入帶巷箱,再次除鱗,最后在6機(jī)架精軋機(jī)上軋成厚1.7~12.7mm的熱軋帶鋼,出軋機(jī)再經(jīng)層流冷卻后,卷曲成卷。長(zhǎng)處:生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品本錢較低等。缺點(diǎn):生產(chǎn)線的緩沖能力未必足夠、鑄坯尺寸范尉較窄等。⑷FTSR技術(shù)FTSR主要技術(shù)特點(diǎn)是:H2結(jié)晶器、液芯壓下和動(dòng)態(tài)軟壓下扇形段的利用。FTSR鑄機(jī)為立彎式,它可以在7.5m/min的鑄速下在結(jié)晶器出口處取得50~90mm厚的鑄坯,經(jīng)液芯壓下后,板坯厚度為35~70mm(Sabolarie)。FTSR技術(shù)維持7CPS、IPS技術(shù)的特點(diǎn)。長(zhǎng)處:鋼種澆鑄范圍較寬、板坯尺寸范圍較大、軋制進(jìn)程操作靈活等。缺點(diǎn):生產(chǎn)本錢較高、對(duì)鋼水質(zhì)量要求較高等。(5)QSP工藝技術(shù)QSP技術(shù)是日本住友金屬開發(fā)出的生產(chǎn)中厚板坯的技術(shù),開發(fā)的目的在于提高鑄機(jī)生產(chǎn)能力的同時(shí)生產(chǎn)高質(zhì)量的冷軋薄板。其工藝生產(chǎn)流程一般為:電爐或轉(zhuǎn)爐煉鋼一鋼包精煉爐一薄板坯連鑄機(jī)一剪切機(jī)一輥底式隧道加熱爐一立棍軋邊機(jī)一粗軋機(jī)一高壓水除鱗機(jī)一精軋機(jī)一卷取機(jī)。(6)TSP傾翻帶鋼新技術(shù),簡(jiǎn)稱TSP,其工藝流程一般為:電弧^爐(AC或DC)或轉(zhuǎn)爐煉鋼

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