金属压延制品的质量控制与缺陷分析.pdf

第 1 期金属压延制品的质量控制与缺陷分析徐博林（山东盛阳金属科技股份有限公司，山东 临沂276000）冶 金 与 材 料Metallurgy and materials第 44 卷 第 1 期2024 年 1 月Vol.44 No.1Jan.2024摘要：金属压延制品在制造业中一直占据着重要地位，其广泛的应用领域包括汽车工业、建筑业、电子设备等。然而，为了确保这些制品的质量和性能达到预期，质量控制和缺陷分析变得至关重要。文章对金属压延制品的制造过程进行了论述，在此基础上，进一步探讨了金属压延制品的质量控制方法和常见的压延制品缺陷，并分析了压延过程中润滑剂的影响与选用，进而为金属压延制品的质量控制提供参考。关键词：金属压延制品；质量控制；缺陷分析作者简介：徐博林（1988），男，山东临沂人，主要研究方向：冶金工程。金属压延制品在现代工业中具有广泛的应用，涵盖了从建筑结构到汽车零部件等各个领域。这些制品的质量控制对于确保其性能、可靠性和安全性至关重要。然而，在金属压延制品的制造过程中，可能会出现各种缺陷和质量问题，进而对最终产品的质量产生不利影响。因此，进行金属压延制品的质量控制与缺陷分析，对于保障金属压延制品质量具有十分重要的现实意义。1金属压延制品的制造过程1.1厚板与薄板的区分在制造金属压延制品前，需准确区分厚板和薄板，因为这两种类型的板材在后续的加工过程中具有不同的要求和特性。通常，厚板与薄板的区分是根据其材料的厚度来进行的。厚板通常指的是板材的厚度相对较大，即 t（毛坯直径）/D（毛坯厚度）伊100，数值约大于等于1.0，而薄板指的是板材的厚度相对较薄，即 t/D伊100，数值约小于 1.0。1.2压延过程的关键步骤金属压延制品的制造过程中的关键步骤包括了材料的准备、加热、压延、冷却和切割等环节。在材料准备阶段，原材料需要进行切割和预处理，以满足产品的尺寸和形状要求。随后，材料被加热至适当的温度，使其变得更加可塑，以便于后续的压延过程。压延是整个制造过程的核心步骤，通过应用巨大的压力将材料逐渐变形成所需的形状和尺寸。冷却和切割环节用于固化和裁剪最终产品。1.3应力状态的变化制造过程中的应力状态会发生变化，这在制品的质量和性能中起着关键作用。在加热和压延过程中，材料会受到各种应力的影响，包括拉伸、压缩和剪切等。了解和控制这些应力是确保制品不会出现内部缺陷和形变的重要因素。因此，通过在制造过程中监测和管理应力状态的变化，可以有效地提高金属压延制品的质量和一致性咱1暂。2金属压延制品的质量控制方法2.1检验和检测技术2.1.1非破坏性检测方法非破坏性检测是一种用于评估金属制品内部和外部缺陷的技术，而不会对制品本身造成任何损伤。首先是超声波检测，它通过发送超声波波束穿透金属材料来检测内部缺陷，如气孔、裂纹和夹杂物。当超声波遇到这些缺陷时，会发生反射或散射，这些信号可以被捕捉和分析，从而确定缺陷的位置、大小和性质。其次是磁粉检测，它适用于检测表面和近表面的裂纹。在这种方法中，一个磁场被引入到金属制品中，然后在表面涂覆磁粉。如果有裂纹存在，磁粉将在裂纹附近聚集，形成可见的线条或斑点，从而指示出缺陷的位置和形状。最后是射线检测，它使用 X 射线或伽马射线穿透金属材料，然后在检测器上形成影像。这种方法可以用来检测更深层的缺陷，如焊缝中的问题或内部夹杂物。2.1.2破坏性检测方法破坏性检测方法需要通过对制品进行物理性试验来评估其质量和性能。这些方法在确定制品的耐用性、强度、化学成分等方面提供了关键信息。首先是拉伸试验。在拉伸试验中，从制品中取一小块样品，将其拉伸直至断裂。通过测量拉伸前后的样品尺寸和施加的拉伸力，可计算出材料的应力-应变关系。这种方法可以用来确定金属的屈服强度、抗拉强度、延伸率等重要性能指标，从而评估制品的机械性能。其次是硬度测试，它用于确定金属材料的硬度或抗压强度。常见的硬度测试包括布氏硬度测试、洛氏硬度测试和维氏硬度测试。这些测试方法通过将一个硬度针或球压入金属表面，然后测量印痕的直径或深度来确定硬度19冶金与材料第 44 卷值。再次是冲击试验，用于评估金属材料的韧性。在冲击试验中，样品受到冲击或撞击负荷，然后观察其断裂方式和能量吸收情况。这有助于确定金属在受到外部冲击或冲击负荷时的表现，如在车辆碰撞或机械设备操作中的应用。最后是化学分析，它涉及对金属样品进行化学成分分析，以确保其符合规定的合金标准和规范。2.2过程控制2.2.1控制图的应用控制图的应用有助于制造商识别潜在问题、减少变异性、提高质量，并确保制品符合规定的标准和规范。在金属压延制品制造中，制程控制图通常用于跟踪关键过程参数，如温度、压力、速度、材料特性等。通过定期采集和记录这些参数的数据，制造商可以建立控制上下限，形成控制图。控制图通常分为两种类型：计数型控制图和连续型控制图。首先，计数型控制图适用于离散型数据，例如产品的缺陷数量或不合格品数量。制造商可以使用这些图来监测不合格品率的变化，及时采取措施来减少不良品的产生。一些常见的计数型控制图包括 P 图（不合格品比率图）和 C 图（不合格品计数图）。其次，连续型控制图适用于连续型数据，如温度、压力或尺寸测量。这些图通常用于监测制造过程的平均值和变异性。常见的连续型控制图包括 X 条图（平均值图）和 R 图（范围图），可以帮助制造商了解制程中的偏差和稳定性，以便及时调整参数，确保产品质量的一致性。2.2.2工艺参数监控工艺参数监控涉及跟踪和管理制造过程中的关键参数，以确保产品的质量和性能符合规定的标准。这些关键参数可以包括温度、压力、速度、润滑剂的使用量、模具的磨损情况等，它们对于制品的最终质量起着至关重要的作用。首先，工艺参数监控涉及确保制造过程中的各项参数都在可接受范围内。这需对每个参数设定上下限，并定期监测这些参数的实际值。其次，工艺参数监控还包括对参数的实时监测和数据记录。现代制造设备通常配备了传感器和监控系统，可实时监测各种参数，并将数据记录下来。这些数据可用于制造商的质量控制和分析，以便更好地了解制程的性能和稳定性。最后，工艺参数监控还可涉及持续改进的过程。通过定期分析监控数据，制造商可发现潜在问题并提出改进建议。这可能包括调整制程参数、更换磨损的模具、改进润滑剂的应用方法等。这些改进可帮助制造商提高生产效率、减少不合格品率，同时提高产品的稳定性和质量咱2暂。3常见的压延制品缺陷3.1皱纹的起因与修正方法3.1.1凸缘皱纹首先，凸缘皱纹可能由于防皱压边力不够大而产生。这种情况下，板料的外缘会在压延过程中由于受到圆周方向上的压缩力和径向拉伸力的作用而变厚，从而产生皱折。对于薄板压延，可通过添加压延筋来增加防皱压边力，从而修正这一问题。然而，在厚板的情况下，由于生产效率的考虑，通常需在一次行程内完成两道工序，因此需平衡一次压延时的压延力与二次压延时的压延力，以减小防皱压边力。其次，凹模圆角半径过大也是凸缘皱纹的一个常见原因。较大的圆角半径可降低所需的压延力，但会增加皱纹的产生风险。修正方法包括仔细磨削圆角，使其表面更光滑，以减少皱纹的形成。最后，润滑油的粘度过高也可能导致凸缘皱纹。粘度高的润滑油在板料和模具表面之间形成的润滑膜可能不够均匀，导致制品表面出现皱纹。修正方法包括选择合适粘度的润滑油，以确保润滑膜的均匀分布。3.1.2壁部皱纹壁部皱纹通常出现在容器或管道等形状异形件的壁部。壁部皱纹的主要是压边力不足，使得制品在压延时无法充分变形，尤其在形状复杂的异形件中更容易出现。为了修正这个问题，可以考虑增加压边力，确保制品能够顺利地通过凹模和凸模之间的间隙。对于同时伴有凸肚成型的异形件，壁部皱纹也常常出现。这是因为防皱压边力不足以克服制品在凹模圆角部分的变形。为了修正这个问题，可以考虑增加凹模圆角的半径或者调整模具间隙，以减少凸肚变形。在一些情况下，异形件的压延工序包括拉深部分和近似于弯曲的部分。这种组合可能会导致余料在制品的近似弯曲部分发生皱纹。为了修正这个问题，可稍微加大压延部分的间隙，缩小弯曲部分的间隙，以防止余料流入弯曲部分，同时减小弯曲部分的压延半径，以减少皱纹的产生。3.1.3杯口皱纹杯口皱纹通常出现在容器或管道等形状异形件的开口部分，这种皱纹是由于凹模圆角半径过大或模具间隙变大所致。首先是凹模圆角半径过大，导致开口部分的金属在压延过程中无法充分变形，从而形成皱纹。为了修正这个问题，可以采取减小凹模圆角半径的措施，以确保金属在开口部分得到适当的变形，从而减少皱纹的产生。其次是模具间隙过大，允许金属在压延过程中发生过度的变形，从而形成皱纹。为修正这个问题，可考虑减小模具间隙，使金属能够更紧密地填充开口部分，减少变形，从而减少皱纹的产生。最后，在一些情况下，即使增加防皱压边力，杯口皱纹仍然存在。这时需要采取返修凹模的措施，减小凹模圆角，以防止皱纹的产生。3.1.4集中皱纹集中皱纹通常出现在异形件的深压延或凸肚成型过程中。这种皱纹是由于材料在压延过程中，变形大的20第 1 期部分被集中在制品的某一部分，形成集中的皱纹或波纹。集中皱纹通常出现在同时伴有拉深部分和近似于弯曲部分的异形件制造中。在这种情况下，材料的变形部分会向近似于弯曲的部分流动，导致皱纹的形成。修正这个问题的方法包括：首先，通过稍微加大压延部分的间隙，缩小弯曲部分的间隙，以防止余料流入弯曲部分，从而减少皱纹的产生。其次，调整压延用的凹模形状，可以略微减小凹模圆角半径，以给予压延方向一个张力，防止皱纹的形成。最后，考虑台阶形的压延方法，将凸凹模制成台阶形状，使制品外侧在压延结束时受到胀形（凸肚）力的作用，有助于消除皱纹咱3暂。3.2伤痕的产生与避免伤痕通常是由于在制造过程中发生的不良事件导致的，这些事件可以在压延、冷挤压、折弯或其他加工步骤中发生。为防止伤痕的产生，需采取一些预防措施。首先，要确保在制造过程中减少或消除任何可能引发伤痕的因素。这包括定期检查和维护生产设备，以确保其正常运行，减少机械故障的发生。同时，操作员应接受专业培训，确保能够正确操作设备，避免不必要的损坏。其次，应该使用适当的工艺参数和材料选择，以降低伤痕的风险。这包括选择合适的金属材料和润滑剂，以减少摩擦和磨损，从而降低伤痕的发生率。最后，采取适当的质量控制措施，包括检验和检测技术，以及过程控制方法，以及监控制造过程中的变化。3.3裂痕与破裂的原因与预防方法裂痕和破裂的产生通常与多种因素有关，因此需要采取一系列的预防措施来减少这些缺陷的发生。首先，裂痕和破裂往往与材料的质量有关。为了预防这些问题，需要确保选用高质量的金属材料，并进行适当的材料测试和质量控制。这可以包括对材料的化学成分、物理性质和内部缺陷进行检测和验证。其次，制造过程中的温度和压力控制至关重要。不适当的温度和压力可以导致材料的过度变形和应力集中，从而引发裂痕和破裂。最后，工艺参数的选择和控制也对防止裂痕和破裂至关重要。这包括控制加工速度、减小应力集中区域、采用适当的模具和模具润滑剂等咱4暂。4润滑剂的影响与选用4.1润滑剂的作用首先，润滑剂主要用于减少金属与模具之间的摩擦和磨损。在金属压延过程中，金属材料受到强大的压力和拉伸力，容易与模具表面发生接触和摩擦，这会导致制品表面磨损、变形甚至缺陷。润滑剂的主要作用是在金属与模具之间形成一层润滑膜，降低摩擦系数，减少磨损，从而延长模具寿命和提高制品质量。其次，润滑剂还有助于冷却和散热。在金属压延过程中，金属材料受到高温和高压的影响，容易产生热变形和应力集中。润滑剂的使用可以帮助散热，降低温度，减轻热变形的风险，从而保持制品的尺寸和形状稳定性。最后，润滑剂还有助于提高制品表面的光洁度和表面质量。通过减少摩擦和磨损，润滑剂可以减少制品表面的瑕疵和痕迹，使其更光滑、均匀，提高外观质量。4.2不同材料的润滑剂选择首先，对常见的金属材料，如钢、铝、铜等，通常使用润滑油或润滑脂。这些润滑剂具有较好的润滑性能和散热性能，适用于大多数金属的压延操作。其次，对一些特殊金属材料，如不锈钢、镍合金等，润滑剂的选择可能需要更加精细。这些材料往往具有较高的硬度和耐腐蚀性，因此需选择具有高度润滑性能和抗腐蚀性能的润滑剂，以避免制品表面的损伤和质量问题。最后，金属的形状和制品的要求也会影响润滑剂的选择。对于复杂形状的制品或需要高表面质量的制品，可能需要选择具有较高粘度和附着性的润滑剂，以确保润滑膜能够均匀覆盖在整个制品表面。4.3润滑剂应用方法的优化首先，润滑剂的涂覆应均匀而适量。过少的润滑剂可能导致制品表面摩擦增加，从而引发缺陷，而过多的润滑剂则可能增加生产成本、难以清洗，或者对环境造成不良影响。其次，润滑剂的选择要考虑到制品的形状和材料特性。对于复杂形状的制品，可以采用喷雾或滚涂等方法，以确保润滑剂能够覆盖到难以到达的区域。最后，润滑剂的应用方法还应注意时间控制。在生产过程中，润滑剂的涂覆应该与制品的压延操作同步，以确保制品在受力时具有足够的润滑保护。及时的润滑剂涂覆可以减少摩擦和磨损，提高生产效率咱5暂。5结语综上所述，金属压延制品的质量控制与缺陷分析是一项综合性的系统工作，它直接关系到压延制品的质量、性能和可靠性。通过深入研究制造过程、采用有效的质量控制方法以及及时修正和预防缺陷，可以生产出更高质量的金属压延制品，满足不同应用领域的需求，推动制造业的可持续发展。参考文献1 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