挤压拉拔

25.主要挤压工具:挤压模—用于生产所需要的形状、尺寸的制品。穿孔针（芯棒）—对实心 锭进行穿孔或用空心锭生产管材。挤压垫—防止高温金属与挤压杆直接接触，并防止金属倒 流。挤压杆—用于传递主柱塞压力。挤压筒—用于容纳高温锭坯。 26.★ 挤压模设计:挤压模的结构类型:挤压模可按模孔压缩区的断面形状、 挤压产品的品种、 模孔的数目、挤压方法及工艺特点、模具结构等不同形式进行分类。归纳起来可分为四大类： 整体模；拆卸模；组合模；专用模具。A）整体模：模子是由一块钢材加工制造成。广泛用于 挤压普通型材、棒材、管材。整体模按模孔压缩区的断面形状可分为 7 种：平模、锥模、平 锥模、双锥模、流线模、平流线模、碗形模。最常用的是平模和锥模。平模：挤压铝合金型 材、棒材，镍合金，铜合金管、棒材。 锥模：挤压铝合金管材，高温合金钨、钼、锆等。B） 组合模：生产内径较小的管材，各种形状的空心型材。舌形模：所需的挤压力较小，焊合室 中延伸系数大，主要用于挤压硬合金空心型材。但挤压残料较多。平面分流模：多用于挤压 变形抗力低、焊合性能好的软合金空心型材。残料较少。 27.单孔模设计：1）模角α ：平模：α =90°。锥模：当 α =45°~60°时，挤压力最小；当 α =45°~50°时，死区很小，甚至消失。挤压有色金属时通常选择 α =60°~65°。2）工作 带（定径带）长度 hg：工作带长度的确定原则： 最小长度应按照挤压时能保证制品断面尺 寸的稳定性和工作带的耐磨性来确定，一般最短 1.5~3mm。最大长度应按照挤压时金属与工 作带的最大有效接触长度来确定。铝合金一般最长不超过 15~20mm。通常情况下：挤压轻合 金工作带长度为 2~8mm，常用 3~5mm。黄铜、紫铜、青铜为 8~12mm。白铜、镍合金为 3~5mm。 稀有难熔金属为 4~8mm。3）工作带直径 dg； 确定时应考虑标准允许的尺寸偏差、冷却收缩 量、 模孔尺寸的变化、 张力矫直时的断面收缩率等因素影响。 对于只考虑直径负偏差时： dg= （1+k）d0；式中：d0—棒材名义尺寸（六角棒为内切圆直径，方棒为边长） ，mm； k—综合 系数。黄铜、镁合金、纯铝及软铝合金，取 k=1~1.2%；硬铝合金取 0.7%；紫铜取 1.5%；青 铜取 1.7%。4）模孔出口端直径 dch：为防止划伤制品表面，一般 dch= dg+3~5mm5）模孔入 口圆角半径 r：r 的作用：防止低塑性合金挤压时产生表面裂纹；减轻金属在进入工作带时 产生的非接触变形；减轻高温挤压时模子入口棱角被压秃而很快改变模孔尺寸。r 的取值与 合金的强度、挤压温度及制品尺寸有关。 r 的取值：一般紫铜和黄铜取 r=2~5mm ；白铜取 4~8mm； 蒙耐尔合金取 10~15mm； 钢与钛合金取 3~8mm； 镁合金取 1~3mm； 铝合金取 0.2~0.5mm。 6）模子外圆尺寸 D：模子的外圆直径主要是依据挤压机的吨位大小来确定，并考虑模具外形 尺寸的系列化，便于更换、管理，一般在一台挤压机上最好只有 1~2 种规格。对于棒材、管 材、外接圆直径不大的型材和排材，一般取 D=(0.8~0.85)D0 (D0 挤压筒直径)。对外接圆直 径较大、形状较复杂的型材及排材，取 D=（1.15~1.3)D0。7）模子厚度尺寸 H：模子厚度主 要根据强度要求及挤压机吨位来确定，一般 H=25~70mm，万吨挤压机取 90~110mm。同样，模 子厚度也应系列化。8）模子的外形结构：正锥模—操作时顺着挤压方向装入模支承内，其锥 角一般为 1°30´~4°。倒锥模—操作时逆着挤压方向装入模支承内，其锥角一般取 6°。 28.多孔模设计应用范围：挤压直径较小的棒材、简单断面的小规格型材、线坯等时，为提高 挤压机生产效率，避免挤压比过大引起挤压力过高或挤不动等，造成锭坯过短，成品率太低
及表面缺陷进入变形区压缩锥而流入制品表面，提高制品表面质量。 12.后端难变形区：定义：位于塑性变形区压缩锥后面的锭坯未变形部分，在基本挤压阶段后 期变为挤压垫前的半球形区域的形状Biblioteka Baidu称为后端难变形区。形成原因：产生于挤压垫和金属 间的摩擦力的作用和冷却。 13.挤压缩尾的形式:三种：中心缩尾、环形缩尾、皮下缩尾。 14.挤压缩尾的概念：挤压快要结束时，由于金属的径向流动及环流，锭坯表面的氧化物、润 滑剂及污物、气泡、偏析榴、裂纹等缺陷进入制品内部，具有一定规律的破坏制品组织连续 性、致密性的缺陷。反挤压时,金属的变形集中在模孔附近,并不波及整个锭坯，变形区是恒 定的且随着挤压的进行由锭坯的前端逐渐向后端推移，前端的金属流出模孔，滞后的金属却 没有发生挤压变形。这种流动特征，不可能将边部带有脏物及缺陷的金属带进制品中，也就 不会形成环形缩尾。故反挤压只有中心缩尾和皮下缩尾。 15.减少挤压缩尾的措施:1）对锭坯表面进行机械加工——车皮。2）采用热剥皮挤压。3）采 用脱皮挤压 4）进行不完全挤压——留压余。5）保持挤压垫工作面的清洁，减少锭坯尾部径 向流动的可能性。 16.影响金属流动的因素：1）接触摩擦与润滑的影响；2）工具与锭坯温度的影响；3）金属 强度特性的影响；4）工具结构与形状的影响（挤压膜、挤压筒、挤压垫） ；5）变形程度的影 响。挤压时金属流动类型：流动模式 S、A、B、C 四种。 17.模角与死区:模角大，死区大，金属流动不均匀，挤压力大，制品表面质量较好。 18.挤压力：挤压过程中，通过挤压杆和挤压垫作用在金属坯料上的外力。单位挤压力：挤压 垫片单位面积上承受的挤压力。 19.影响挤压力的主要因素 1）金属的变形抗力 ：挤压力大小与金属的变形抗力成正比。2） 锭坯状态 ：锭坯组织性能均匀，挤压力较小。不同的组织形态，其挤压力也不一样。3）锭 坯的规格及长度 ：锭坯的越粗、越长，挤压力越大。 4）变形程度：挤压力大小与变形程度 成正比，即随着变形程度增大，挤压力成正比升高。5）变形温度：一般来说，随着变形温度 的升高，金属的变形抗力下降，挤压力降低 。6）变形速度：变形速度对挤压力大小的影响， 也是通过变形抗力的变化起作用的。7）摩擦：摩擦系数小时所消耗的挤压力小。8）模角： 模角α 由 0°增大，挤压力逐渐降低，α 在 45°~60°内挤压力最小。9）挤压方法：反挤压 比同一条件下正挤压所需的挤压力降低 20~30%。10）制品断面形状：只有在较复杂的情况下 对挤压力才有影响（断面复杂系数 C1 大于 1.5） 。 20.金属材料显微组织参量：晶粒平均尺寸、亚晶平均尺寸、晶粒形状、亚晶尺寸与取向差、 材料不均匀粒度的特征与程度、织构的存在与形式。 21.挤压制品组织特点：端面与长度上分布很不均匀。原因：变形不均匀；挤压温度和速度的 变化。 2 d π dz 22.穿孔力计算： （1）穿孔应力:σ Z=Z σ s{（Lt- la ） + la };（2）穿孔力:Pz=Z σ dz dz 2 d dz -7 ′ s{ （Lt- la ） + la } （3） 温度修正系数： Z=1+{(39.12×10 λ △Tt)/[Dt(1)];式中 dZ 为 dz Dt 穿孔针直径，d 为管材外径，Lt 为填充后锭坯长度， la 为穿孔力达到最大时的穿孔深度，Z 为
1.挤压:所谓挤压，就是对放在容器（挤压筒）内的金属锭坯从一端施加外力，强迫其从特定 的模孔中流出，获得所需要的断面形状和尺寸的制品的一种塑性成型方法。 2.正向挤压法:定义：金属的流动方向与挤压杆（挤压轴）的运动方向相同的挤压生产方法. 特征：变形金属与挤压筒壁之间有相对运动，二者之间有很大的滑动摩擦。引起挤压力增大； 使金属变形流动不均匀，导致组织性能不均匀；限制了挤压速度提高；加速工模具的磨损。 3.反向挤压法:定义：金属的流动方向与挤压杆（或模子轴）的相对运动方向相反的挤压生产 方法.特征：变形金属与挤压筒壁之间无相对运动，二者之间无外摩擦。特点：挤压力小；金 属变形流动均匀；挤压速度快。但制品表面较正挤压差；外接圆尺寸较小；设备造价较高； 辅助时间较长。 4.挤压法优缺点：优点：1）具有比轧制更为强烈的三向压应力状态图，金属可以发挥其最大 的塑性；2）挤压法可生产形状简单的管、帮、型材以及断面极其复杂、变断面的管材和型材； 3）具有极大的灵活性；4）产品尺寸精确，表面质量高；5）实现生产过程自动化、封闭化比 较容易。缺点：1）金属固定废料损失大；2）加工速度低；3）长度和断面上制品的组织性能 不均一；4）工具消耗大。 5.研究挤压时金属流动规律方法：坐标网格法、视塑性法、组合试件法、插针法、低倍与高 倍组织法、光塑性法、云纹法、硬度法。 6.正向挤压时金属的变形流动:根据金属变形流动特征和挤压力的变化规律， 可将挤压过程分 为 开始(填充) 、基本（平流）和终了（紊流）挤压三个阶段。 7.开始挤压金属变形流动特点:金属发生横向流动，出现单鼓或双鼓变形。其变形指数——用 填充系数λ c 来表示：λ c =F0 / Fp。F0-挤压筒内孔横断面积，mm2 ；Fp-锭坯横断面积。挤压 力的变化规律：随着挤压杆的向前移动，挤压力呈直线上升 8.基本挤压金属变形流动特点:不发生横向流动。 其变形指数——用挤压比λ 来表示： λ = F0 / F1 9.终了挤压阶段特点：1）金属的横向流动剧烈增加，并产生环流；2）挤压力增加；3）产生 挤压缩尾。 10.塑性变形区压缩锥：纵向线进出变形区压缩锥时，连接纵向线两次弯曲折点，得到两个曲 面，此两曲面及模孔锥面或平模死区界面间形成的空间。简称变形区或压缩锥。 11.前端难变形区——死区:1)死区概念：在基本挤压阶段，位于挤压筒与模子端面交界处的 金属，基本上不发生塑性变形，故称为死区。死区的的大小和形状并非绝对不变化，挤压过 程中，死区界面上的金属随流动区金属会逐层流出模孔而形成制品表面，死区界面外移，高 度减小，体积变小。2)死区产生原因:a、强烈的三向压应力状态，金属不容易达到屈服条件； b、受工具冷却，σ s 增大；c、摩擦阻力大。3)影响死区大小的因素：a、模角α :模角大， 死区大；b、摩擦系数 f :摩擦系数大，死区大；c、挤压比λ :挤压比大，死区高度大，但总 体积减小；d、挤压温度:热挤压死区大，冷挤压死区小；e、挤压速度 v:挤压速度快，死区 小；f、金属的变形抗力σ s:金属变形抗力大，死区大；g、模孔位置:在多孔模挤压时，模孔 靠近挤压筒内壁，死区减小 4)死区的作用：可阻碍锭坯表面的杂质、氧化物、偏析瘤、灰尘
温度修正系数，∆T 为锭与针的温差，λ ́为金属导热率，Dt 为挤压筒直径。 18.粗晶环:1）概念:许多合金（特别是铝合金）热挤压制品，经热处理后，经常会形成异常 大的晶粒，比临界变形后热处理所形成的再结晶晶粒大得多。晶粒的这种异常长大过程称为 粗化，这种组织称为粗大晶粒组织。这种粗大晶粒在制品中的分布通常是不均匀的,多数情况 下呈环状分布在制品断面的周边上，故称为粗晶环。2）粗晶环的形成机制:如前所述，挤压 制品外层金属、尾部金属的晶粒破碎和晶格歪扭程度分别比内部和前端严重。晶粒破碎严重 部分的金属，处于能量较高的热力学不稳定状态，降低了该部位的再结晶温度。在随后的热 处理过程中易较早发生再结晶，当其他部位刚开始发生或还没有发生再结晶时，该部位发生 了晶粒长大。 20 影响粗晶环的因素：a 合金元素的影响 b 锭坯均匀化的影响 c 挤压温度的影响 d 合金中的 应力状态的影响 e 挤压方式的影响 f 变形程度的影响 4.粗晶环与粗晶芯:反挤压棒材横截面边缘只有较轻微的粗晶环，深度较正向挤压的浅得多， 晶粒尺寸也小得多。反挤压棒材纵向低倍组织上，沿中心缩尾边缘一直向前延伸，有一个特 殊的粗晶区—粗晶芯，这是正挤压所没有的组织特征。在挤压后期，在中心金属补充困难的 情况下，模孔侧面金属夹持着沿堵头表面径向流动的金属进入棒材尾部中心，这部分金属受 表面摩擦作用，在淬火后形成粗大晶粒。粗晶环分布规律：靠近挤压筒壁的部分出现较厚粗 晶环，工作带摩擦阻力较大部分具有较厚粗晶环，较厚粗晶环处的晶粒比较粗大。 21.挤压效应概念:某些高合金化、并含有过渡族元素的铝合金挤压制品，经过同一热处理后， 其纵向上的抗拉强度比其他加工（轧制、拉拔、锻造）制品的高，而伸长率较低，这种现象 称为挤压效应。产生原因：A 内因—合金元素:凡是含有过渡族元素的热处理可强化铝合金， 都会产生挤压效应。B 外因—变形与织构:结果，在淬火加热过程中不易发生再结晶或再结晶 进行不完全。 22.挤压效应的本质：在淬火后的制品中仍保留着未再结晶组织。 23.影响挤压效应的因素：A 其他添加元素的影响 B 锭坯均匀化的影响 C 挤压温度的影响 D 变形程度的影响 E 分散变形的影响 F 淬火温度与保温时间的影响 23.挤压制品的质量控制:质量包括：横断面上和长度上的形状与尺寸，表面质量以及组织与 性能。一、影响制品断面形状与尺寸的因素:1. 型材挤压时的流动不均匀性――拉薄，扩口， 并口;2. 工作带过短，挤压比和挤压速度过大――制品外形，尺寸不规则;3. 模孔变形（热 挤压高温） ：――断面形状与尺寸不合要求;4. 工具模不对中或变形――管材偏心二、制品长 度上的形状缺陷：1.弯曲;2.扭拧 6.挤压制品组织性能要求：对成品或毛坯，低倍组织不得存在偏析聚集、缩尾、裂纹、气孔、 成层、外来夹杂物，粗晶环深度不超过允许值；对成品，高倍显微组织不得过烧。 24.挤压设备的类型:1）按传动类型分液压和机械传动两大类:机械传动挤压机又分为传统机 械传动挤压机和现代机械传动挤压机。2）按总体结构形式分为卧式和立式挤压机两大类。卧 式挤压机按挤压方法可分为正向、反向和联合挤压机，但其基本结构没有原则性差别。3）按 其用途和结构分为型棒挤压机和管棒挤压机，或者称为单动式挤压机和复动式挤压机。