郑州大学-金属挤压及拉拔工艺教材(PPT 64页).ppt

(5) 填充系数。为保证操作顺利进行，在挤压筒与铸锭之间，空心锭坯的 内径与穿孔针之间都应留有一定的间隙。在确定这一间隙时，应考虑锭 坯热膨胀的影响。△外为挤压筒内径与锭坯外径间的间隙；△内为锭坯 （空心的）内径与穿孔针外径间的间隙，根据经验可按表10-2选取。 （计算公式）
表10-源自文库 △外与△内之值
按拉拔制品的断面形状，可将拉拔分为实心材拉拔和空心材拉拔。实心 材拉拔主要包括棒材、型材及线材的拉拔。空心材拉拔主要用于圆管和 异型管材的拉拔。
按拉拔过程中金属同时通过的模子数分，只通过一个模子的拉拔是单道 次拉拔，依次连续通过若干(2~25)个模子的拉拔是多道次连续拉拔。
2)拉拔的特点
与其他塑性加工方法相比较，拉拔工艺法有以下特点：
合金种类 铝及其合金 重有色金属 稀有金属
挤压机类型
卧式 立式
卧式 立式
卧式 立式
△外/mm
6~10 2~3
5~10 1~2
2~4 1~2
△内/mm 4~8 3~4 1~5
3~5 1~1.5
2.挤压比λ的选择
挤压比为制品横断面积与坯料横断面积的比。选择挤压比λ时应考虑合金 塑性、产品性能以及设备能力等因素。实际生产中主要考虑挤压工具的 强度和挤压机允许的最大压力。
挤压温度 /℃
720~820 750~800 750~850 650~700 900~1000 1000~1200 200~250 250~350 200~320
2.挤压速度和金属流出速度的选择
挤压时的速度一般可分为三种表示方法： ①挤压速度V挤 ，所谓挤压速度系指挤压机主柱塞运行速度，也就是挤压 杆与垫片前进的速度； ②流出速度V流，是指金属流出模孔的速度； ③变形速度，是指最大主变形与变形时间之比，也称应变速度。 一般在工厂中大多采用流出速度，因为它对不同的金属或合金都有一定 的数值范围，该值取决于金属或合金的塑性。
(1) 拉拔制品尺寸精确、表面质量高。由于拉拔一般在冷状态 下进行，与热轧材相比，拉拔制品有较高的尺寸精度和表面光 洁度。
(2) 拉拔制品力学性能高。在拉拔过程中，会产生加工硬化， 从而使材料的强度提高。
(3) 拉拔生产的工具和设备简单，维修方便。在一台拉拔设备 上只需要更换模具即可生产多种规格和品种的制品。拉拔方法 也很适合用于连续高速生产断面尺寸很小而长度很长的制品， 生产效率高。
图10.41 挤压法生产管棒型材的工艺流程示意
10.3.2 锭坯尺寸的选择
1.锭坯尺寸选择的原则 锭坯尺寸选择的原则具体包括以下几点： (1) 锭坯质量。对锭坯质量的要求，根据合金、制品的技术要求和生产的 工艺而定。 (2) 变形程度。根据合金塑性图确定适当变形量，一般为保证挤压制品断 面组织和性能均匀，应使挤压时的变形程度大于80%，可取90%以上。 (计算公式) (3) 挤压压余。在挤压定尺和倍尺产品时，应考虑压余的大小及切头尾所 需的金属量。 (4) 设备能力。在确定铸锭尺寸时，必须考虑设备的能力和挤压工具的强 度。
总之，确定金属流出速度时应对各种因素进行综合分析，不可死套以上原 则。表10-4是常见金属挤压流出模孔的速度范围。
表10-4 常见金属挤压流出模孔的速度
金属牌号
纯铝 防锈铝 锻铝 硬铝 超硬铝 镁合金 紫铜 H62、H68
流出模孔速度/ m·min-1 金属牌号
流出模孔速度/m·min-
1
40~250 25~100 3~90 1~3.5 1~2 0.5~5 18~300 12~60
1.拉拔工艺概述 1)拉拔的分类 在拉力的作用下，使金属坯料通过模孔，从而获得相应形状和尺寸制品 的塑性加工方法称之为拉拔，如图10.42所示。 拉拔是金属管材、棒材、型材及线材的主要加工方法之一。
图10.42 拉拔工艺示意
按拉拔时金属的温度分，在再结晶温度以下的拉拔是冷拔，在再结晶温 度以上的拉拔是热拔，在高于室温低于再结晶温度的拉拔是温拔。冷拔 是金属丝、线生产中应用最普遍的拉拔方式。热拔主要用于高熔点金属 如钨、钼等金属丝的拉拔。温拔主要用于难变形的合金如高速钢丝、轴 承钢丝的拉拔。
(10-2) （2）断面减缩率ψ。 表示拉拔后金属材料横断面积减小量与 初始面积之比，即：
(10-3)
2)实现拉拔过程的基本条件 拉拔过程是借助于在被加工的坯料前端施以拉力实现的，
变形区的受力特点为二向压缩一向拉伸状态，如果拉应力过 大，超过材料出模口的屈服强度，则可引起制品出现细径， 甚至拉断，因此必须满足以下基本条件：
篇金属塑性成形工艺及控制 第10章金属挤压及拉拔工艺 （塑性部分9节）
10.3 金属挤压工艺
10.3.1 管棒型材挤压工艺概述
用挤压法生产管棒型材的工艺流程，如图10.41所示。 在挤压生产过程中，基本工艺参数的选择对产品的质量有着质量重要的影 响，为了获得高质量的产品，必须正确地选择工艺参数。 所谓基本工艺参数包括制品设计和锭坯尺寸、挤压温度和速度、润滑条件 等。
，一般取为1.05~1.1；
10.3.3 挤压温度与速度的选择
1.挤压温度的选择 确定挤压温度的原则是：在所选择的温度范围内，保证金属具有最好的塑性 及较低的变形抗力，同时要保证制品获得均匀良好的组织性能等。
挤压与轧制相比，由于挤压变形热效应大，所以一般来说挤压温度要比热轧 的温度低些。合理的挤压温度范围，应该是根据“三图”定温的原则：
牌号
镁合金 紫铜(棒) 紫铜(管) H96-H80 H68 H62 HPb59-1 HSn70-1 HSn62-1
挤压温度/℃
300~350 750~830 800~880 790~870 700~770 600~710 600~650 650~750 650~750
牌号
HAl77-2 QAl10-3-1.5 QA19-2,QA19-4 QSn6.5-0.1 B30 镍及其合金 铅及其合金 锌 锌合金
HSn70-1 HA177-2 QSn6.5-0.1 B30 镍及其合金 铅及其合金 锌 锌合金
2.4~6.0 2.4~6.0 1.8~9.0 18~7.2 18~220 6.0~60 2.0~23 2.0~12
10.3.4 挤压润滑
1)挤压润滑的目的 为使挤压时金属流动均匀，提高制品表面质量，延长挤压工具的使用寿 命和降低挤压力，减少能量消耗，在挤压时应对挤压筒、挤压模、穿孔 针进行润滑。 但是，为了防止和减小挤压缩孔的形成，挤压时对挤压垫片不能进行润 滑。 挤压润滑的另一目的是防止粘性较大的金属粘结挤压工具，以提高制品 质量。如挤压铝合金管材时，对穿孔针就应该进行润滑，否则管材内表 面质量就无法保证。
重金属挤压比λ一般在4~90范围内选取，对组织与性能有一定要求的挤压 制品，挤压比一般不低于4~6。（变形程度=？）
3.锭坯长度的确定 按挤压制品所要求的长度来确定锭坯的长度时，可用下式计算：
(10-1)
式中，L0—锭坯长度； D0—锭坯直径； Dt—挤压筒直径； Kt—填充系数， Lz—制品长度； LQ—切头、切尾长度； hy—压余厚度。
3) 铜合金及其他重金属的润滑
重金属大多用45号机油加20%~30%片状石墨作润滑剂； 而青铜、白铜挤压时，用45号机油30%~40%的片状石墨。在冬季为增加 润滑剂的流动性，往往加入5%~9%煤油，在夏季则加适量的松香，可使 石墨质点处于悬浮状态。
铜及铜合金在挤压时都要进行润滑，在模子和穿孔针上薄薄地涂上一层， 挤压筒在挤压后也用蘸有上述润滑剂的布简单擦一下。
由于磷化膜层本身摩擦系数并不很低，为提高润滑效果，通常磷化后再进行 皂化处理。皂化是利用硬脂酸钠或肥皂作润滑剂，与磷化层中的磷酸锌反应 生成硬脂酸锌，俗称锌肥皂或金属肥皂的过程。典型的磷化-皂化处理工艺包 括除油-酸洗-磷化-中和-皂化-干燥等工序。
10.5 拉拔理论及工艺
10.5.1拉拔的基本理论
(1) 合金的状态图。它能够初步给出加热温度范围，挤压上限低于固相线的 温度T0，为了防止铸锭加热时过热和过烧，通常热加工温度上限取 （0.85~0.90）T0，而下限对单相合金（0.65~0.70）T0。
(2) 金属与合金的塑性图。塑性图是金属和合金的塑性在高温下随变形状 态以及加载方式而变化的综合曲线图，这些曲线可以是冲击韧性αK、断 面收缩率ψ、延伸率δ、扭转角θ以及镦粗出现第一个裂纹时的压缩率等。 (3) 第二类再结晶图。挤压制品的温度，对制品组织与性能影响很大，参 照第二类再结晶图，可以控制制品的晶粒度。挤压终了温度太高会发生 聚集再结晶,温度过低金属引起加工硬化和能耗大。 总之，“三图”定温是确定热加工温度的主要理论依据，同时还要考虑 挤压加工的特点，如挤压的金属与合金、挤压方法、热效应等。常用钢 种、轻金属及重金属挤压温度控制范围列于表10-3。
为了获得均匀和较高的力学性能，应尽量选用大的挤压比进行挤压，一 般要求：
一次挤压的棒、型材
λ＞10
锻造用毛坯
λ＞5
二次挤压用毛坯
λ可不限
一般轻金属挤压比λ值的范围为8~60，纯金属与软合金允许的值较大，硬 金属较小。挤压型材时λ=10~45，挤压棒材时λ=10~25。为保证焊缝质量， 使用组合模挤压时λ≥25。
2) 挤压铝合金的润滑 挤压铝合金用的润滑剂有以下几类： ①70%~80%72号汽缸油+30%~20%粉状石墨； ②60~70%250号苯甲基硅油+40%~30%粉状石墨； ③65%汽缸油+15%硬脂酸铅+10%石墨+10%滑石粉； ④65%汽缸油+10%硬脂酸铅+10%石墨+15%二硫化钼。 一般对铝合金挤压时，为了防止把锭坯表层的油污、氧化物带进制品内 部或表面，保证制品质量，一般不使用润滑剂，有时在模子上涂上极少 一点润滑剂。
确定金属流出速度应考虑以下几点： ①金属塑性变形区温度范围愈宽，则挤压金属流出速度也愈大； ②复杂断面比简单断面的金属流出速度要低，挤压大断面型材的流出速 度应低于小断面的； ③挤压时润滑条件好，则可提高挤压速度； ④当其他条件相同时，纯金属的流出速度可高于合金的，而快速冷硬的 合金应更慢些，高温的金属与合金，可用很高的流出速度，例如合金钢、 钛合金等； ⑤对同一种合金，当挤压温度愈高，则金属流出速度应愈低； ⑥挤压管材时金属流出速度应比挤压同样断面棒材时取小些。
表10-3 常用金属挤压温度控制范围
牌号
碳素钢 低合金钢 滚珠轴承钢 铬不锈钢 铬镍不锈钢 纯铝 防锈铝 锻铝 硬铝 超硬铝
挤压温度 /℃
1200±100 1200±70 1125±25 1175±25 1180±30 320~480 320~480 370~520 380~450 380~450
4) 钢、镍、钛等合金的润滑 钢、镍、钛等合金目前大多采用玻璃润滑剂，这种润滑剂在挤压时能起到润 滑与绝热作用。玻璃润滑剂的使用方法有涂层法、滚玻璃粉法以及玻璃布包 锭法等，以润滑挤压筒与锭坯的接触面。在制品表面去除玻璃润滑剂的方法， 一般采用喷砂法、急冷法及化学法等。
对低碳钢的冷挤压，广泛采用磷化-皂化处理润滑方法。 磷化处理：是将经过表面洁净处理的钢放入磷酸锰铁或磷酸二氢锌的水溶液 中，通过磷酸与铁相互作用，生成不溶于水的、牢固地粘附在钢表面的磷酸 盐膜层的过程，膜层厚度约为十几微米，主要成分为磷酸铁或磷酸锌，呈多 孔状，对其他润滑剂具有很强的吸附作用。
(4) 道次变形量和两次退火间的总变形量受到限制。拉拔时的 变形量一般较小，这使得拉拔道次一般较多。
2.拉拔的变形指数与拉拔实现条件 1)拉拔时的变形指数 拉拔时坯料发生塑性变形，其形状和尺寸发生改变。以Fq和 Lq表示拉拔前金属坯料的断面积及长度，Fh和Lh表示拉拔后 金属制品的断面积和长度，根据体积不变的条件可得到以下 的变形指数和它们之间的关系式。 （1）延伸系数λ。 表示拉拔后金属材料长度与拉拔前金属材 料长度之比，也等于拉拔前后横断面的面积之比，即：
(10-4) 式中，σl—— 作用在被拉金属出模口横断面上的拉拔应力；
P l—— 拉拔力； Fl—— 被拉金属出模口横断面积； σs—— 金属出模口后的变形抗力；
在拉拔过程中，因为变形抗力随变形的大小发生变化，确定起 来比较困难，另外金属拉拔时产生加工硬化，变形抗力与抗拉 强度σb相近，故式(10-4)也可以表示为σl<σb。 为定量表示被拉金属出模口的抗拉强度与拉拔应力之间的关系， 引入安全系数K：