挤压与拉拔技术概述

缺点 7.金属损失大,成材率低,且工具消耗大,生产成本高; 8.金属与工模具间摩擦系数大,金属在变形区内流动不
均匀,产品组织性能沿长度和断面上不均匀；
9.与轧制成型相比生产率低。
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典型挤压材的横截面形状
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挤压成型的基本方法
❖ 按金属流动方向及变形特征：正挤压、反挤压、侧 向挤压、连续挤压、复合挤压及特殊挤压（静液挤
❖ 一般，卧式挤压机挤压轴比挤压筒内径小4～10mm 立式挤压机挤压轴比挤压筒内径小2～3mm。
❖ 卧式挤压机挤压轴工作长度等于挤压筒长度加5mm
余量。
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3.挤压筒 ❖ 作用：使锭坯产生塑性变形，并向模孔流动。 ❖ 挤压筒内径根据制品的变形抗力、挤压比和挤压力确
定。
❖ 挤压筒内径最大值应保证单位挤压压力不小于金属的变 形抗力；
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➢ 拉拔一般在冷状态下进行，对强度高、塑性差的合 金钢和钼、铍、钨等采用温拔和热拔。
➢ 对于具有六方晶格的锌、镁合金为提高塑性也采用温 拔。
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3.2.2 拉拔成型工具
❖ 拉拔工具主要指：拉模（模子）、芯头/芯杆
1.模子
1)作用：使金属产生塑性变形并获得模孔形状和尺寸。 2)基本类型：普通拉模和圆弧拉模
3.1.2 挤压成型过程
挤压成型过程
——包括开始挤压、基本挤压和终了挤压三个阶段
❖ 开始挤压阶段
挤压初始锭坯与挤压筒存在间隙，锭坯在挤压轴的压力 作用下发生鼓形变形而形成封闭空间，随后金属向间 隙处流动充满挤压筒，同时部分金属流入模孔，这一
阶段为开始挤压阶段，又称充填挤压阶段。
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拉拔成型的特点
1)拉拔制品形状和尺寸精确、表面光洁Ra≤0.01微米; 2)投资小，生产工具和设备简单，操作维护方便; 3)制品强度较高;
4)道次变形率小，成型道次多，酸洗、退火工序多，成材
率较低; 5)适于生产小断面的长线制品，生产可实现连续化和高
速化。
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拉拔成型的基本方法
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挤压成型的特点
优点
1.挤压时金属坯料受到三向压应力,适于低塑性材料成 型加工;一次可给予金属材料大的变形。
2.品种规格多样,生产灵活,适于少批量多品种复杂管材、 棒材、型材及线坯的生产;
3.产品尺寸精度和表面质量较高; 4.设备投资少，厂房面积小; 5.易实现自动化生产.
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挤压与拉拔技术概述
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3.1.1 挤压成型的特点和基本方法
定义 挤压就是采用挤压轴（凸模）将放在密闭的挤压 筒（凹模）内的坯料压出模孔而成型的塑性加工 方法。
挤压时金属坯料受到三向压应力，有利于低塑性 金属变形（脆性材料变形）。
挤压多用于生产有色金属及合金的棒材、薄壁和 超厚壁复杂断面型材和管材，高合金钢材及低塑 性合金钢材。冷挤压也用于生产机械零件。
6)定径带
❖ 作用是保证制品获得精确的尺寸和形状。 7)出口锥 ❖ 作用是防止模子定径带剥落和划伤制品表面。
拉拔管材外径：200～0.1mm，壁厚最薄到0.01mm
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拉拔加工方法按制品种类分为实心材拉拔和空心材
拉拔。 实心材拉拔主要有棒材、型材、线材的拉拔。
空心材拉拔主要包括圆管及异型管材的拉拔。
拉拔示意图
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典型拉拔异型材的横截面形状
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空拉
管坯内无芯头或芯杆的拉拔称为空拉。 ➢ 管坯通过模孔后外径减小，壁厚一般略有变化。 ➢ 空拉适合于小直径圆管材、异型管材、盘管拉拔，以
及减径量很小的减径拉拔与整形拉拔。
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长芯杆拉拔 ❖ 拉拔时在管坯内套入长芯杆，使管坯和芯杆同时通
过模孔以实现减径和减壁。 ➢ 长芯杆拉拔主要用于薄壁管或塑性较差的钨、钼类
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挤压成型基本方法的特点
正挤压 金属流动方向与挤压轴的运动方向相同。
正挤压特点： ①挤压时坯料与挤压筒之间产生相对滑动，存在很大的有害外摩
擦（基本特征）； ②挤压力大，能耗高；
③金属流动不均匀，制品组织性能不均匀； ④强烈的摩擦发热限制了挤压速度的提高，加剧了模具的磨损，降
低了生产率和产品表面质量。
❖ 基本挤压阶段
开始挤压阶段完成后，锭坯在挤压轴的压力作用下，由 模孔流出形成制品，直至筒内锭坯长度接近变形区压
缩锥高度，这一阶段为基本挤压阶段，又称平流挤压 阶段。
挤压过程中，锭坯任一横截面上的金属质点皆以相同速 度或一定的速度差流入变形区压缩锥。
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❖ 终了挤压阶段
筒内锭坯长度接近变形区压缩锥高度的挤压阶段， 这一阶段锭坯的外层金属向中心剧烈流动，两个难 变形区中的金属向模孔流动，形成挤压所特有的 “挤压缩尾”。 有：中心缩尾、环形缩尾和皮下缩尾三种类型。
衡而被稳定在模孔中，使管坯通过模孔以实现减径和减 壁。
➢ 该法是管材拉拔中较为先进的一种方法，特别适合于长管与 盘管拉拔，对于提高拉拔生产率、成品率和管材内表面质量 均十分有利。
➢ 但与固定短芯头拉拔相比，游动芯头拉拔的工艺条件与技术水 平要求较高。
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顶管法
❖ 将芯杆套入带底的管坯中，对芯杆施加推力迫使管坯 通过模孔而实现减径、减壁。
3.2.1 拉拔成型的特点和基本方法
是将已经轧制的金属坯料（型、管、制品等）在外加拉 力的作用下，通过模孔以获得与模孔形状和尺寸相同的 实心或空心制品的塑性成型方法，称之为拉拔。
通常以轧制材、挤压材和锻压材为坯料。 多用于冷加工丝、棒和管材，可生产极细的金属丝和毛细管。
拉拔丝的直径：6～0.001mm；拉拔棒材的直径：3～80mm
❖ 模子中用于保证制品的尺寸和表面质量的工作段称为 定径带，又称工作带。
❖ 定径带长度主要影响制品的表面质量和形状精度， 通常根据材质和规格采用经验法选取。
❖ 定径带长度过短,模子易磨损,制品产生压痕和椭圆. ❖ 定径带长度过长,易粘结金属,制品产生毛刺和麻面.
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3)定径带直径dd ❖ 根据制品尺寸及偏差、模子裕量系数、模子的寿命
最小值应保证挤压轴的强度。
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❖ 挤压筒长度Lt ＝（L +l）+ t + s
L——锭坯的最大长度； l——长度为锭坯穿孔时金属向后流动增加的； t——模子进入挤压筒的深度； s——垫片厚度。
❖ 挤压比：挤压筒与模孔断面面积的比，λ＝F0／F
通常挤压比为6～100，
一次挤压的棒、型材 λ>10, 锻造用毛坯 λ>5，
按制品截面形状分为：
实心材拉拔主要有棒材、型材、线材的拉拔。 空心材拉拔主要包括管材、空心异型材拉拔。
管材拉拔的基本方法——空拉、长芯杆拉拔、固定芯头 拉拔、游动芯头拉拔、顶管法、扩径拉拔。
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空心管材拉拔的基本方法
（a）空拉；（b）长芯杆拉拔；（c）固定芯头拉拔； （d）游动芯头拉拔； （e）顶管；（f）扩径拉拔
得模孔形状和尺寸。
基本类型：平模和锥模
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1)模角α ❖ 模子轴线与其工作端面的夹角；
❖ α= 90°为平模；
❖ 从挤压力的角度，合理模角为45°～ 60°； ❖ 从保证产品质量的角度，合理模角为55°～70° ❖ 通常取60°～ 65°
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2)定径带及定径带长度hd
压等）
❖ 按挤压温度：热挤压--（在冶金工业应用）
温挤压、冷挤压--（在机械工业应用） ❖ 按润滑状态：玻璃润滑挤压、静液挤压
❖ 按制品种类：管材挤压、棒材挤压、型材挤压
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工业上常用的挤压方法
（a）正挤压；（b）反挤压；（c）侧向挤压；（d）玻璃润滑挤压； （e）
静液挤压；（f）连续挤压
❖ 常用于生产难熔金属和贵金属短管材。 ➢ 主要用于φ300～φ400mm以上大直径管材的生产。
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扩径拉拔
❖ 将管坯的一端固定，套入一端带有直径大于管坯内径 芯头的芯杆，拉拔力施加在芯杆上，拉拔时管坯直径
增大，壁厚和长度减小。
➢ 主要用于设备能力受到限制而不能生产大直径管材的 生产工序。
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侧向挤压 金属流动方向与挤压轴运动方向垂直，又称横向挤压。 侧挤压
特点： ①挤压模与坯料轴线成90°角,将使制品纵向力学性能差异最
小；变形程度较大，挤压比可达100； ②制品强度高； ③要求模具和工具具有高的强度及刚度。
侧向挤压在电缆包铅套和铝套上应用最广泛。
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变速度。
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挤压工艺参数 挤压温度－根据三图“合金状态图、塑性图、再结晶图”
使金属具有最好的塑性及较低的变形抗力，同时保 证制品获得均匀良好的组织性能等。
由于挤压变形热效应大，一般挤压温度比热轧的温度低 些。
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挤压比－挤压筒与模孔断面面积的比，λ＝F0／F
管材的加工，一般管材生产中较少采用。
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固定芯头拉拔（短芯头拉拔）
❖ 通过芯杆将芯头固定在模孔适当的位置，使管坯通过模 孔以实现减径和减壁。
➢ 固定芯头拉拔管材的内表面质量比空拉时好。
➢ 在实际管 在拉拔过程中，芯头依靠本身特有的外形所建立的力平
确定定径带直径dd。 4)出口直径dc
❖ 模子的出口段主要作用是导出制品。
❖ 出口直径不能过小，否则易划伤制品表面。 ❖ 一般dc > dd 取3～5mm，薄壁管材取10～20mm
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2.挤压轴
❖ 作用：将挤压力传递到金属体，使之产生塑性变形从模 孔中流出。
❖ 挤压轴直径根据挤压轴的抗压强度和压弯稳定性进行计 算确定。
连续挤采压用连续挤压机，在压力和摩擦力的作用下，使金属
坯料连续不断地送入挤压机，获得无限长制品的挤压方法。 冷挤压时金属沿挤压杆和挤压筒之间的空间以及挤压
模孔复两合个挤相压反方向同时流动的挤压方法。
利用封闭在挤压筒内坯料周围的高压液体,迫使坯料 产静生液塑挤性压变形，并从模孔中挤出的加工方法。
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⑤挤压时更换模具简单、迅速，所需辅助时间少。
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反挤压 金属流动方向与挤压轴运动方向相反。
反挤压特点：
①反挤压时金属坯料与挤压筒壁之间无相对滑动；
②挤压力小，一般比正挤降低30％～40％，能耗低； ③金属流动主要集中在模孔附近的领域，制品的组织性能沿
长度是均匀的；
④操作较为复杂，间隙时间较正挤压长，且制品质量的稳定性 不足。
3)普通拉模的结构：
由4个部分组成，即入口锥、工作锥、定径带、出口 锥。
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模子的结构
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4)入口锥 ❖ 作用是在拉拔时使润滑剂便于进入模孔，保证制品充分
润滑和冷却，防止制品表面划伤。 5)工作锥（压缩锥、变形区） ❖ 作用是使金属产生径向压缩和长度方向拉伸变形。
采取“压余”措施：留一部分金属在挤压筒内不全部挤出， 使缩尾不流入制品中。
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3.1.3 挤压成型工具
挤压工具包括：模子、挤压轴、挤压筒、挤压垫、穿孔针、 模支撑、模垫、支撑环、冲头、针座等
1.模子
挤压模是使金属产生塑性变形并获得模孔形状尺寸的最重要
的工具。 作用：使金属产生塑性变形并获
二次挤压用毛坯 λ可不限。
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3.1.4 挤压成型工艺
基本工艺流程 坯料准备→加热→挤压成型→精整→检验→入库
精整主要包括：热处理、矫直、剪切等。 由于材质、坯料种类、制品品种以及挤压方式的不同， 其工艺流程有所区别。
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挤压工艺参数
坯料准备－包括坯料材质、种类、规格的选择和检查， 表面处理和预先热处理（如预退火、均匀化退火等）。 挤压速度V挤－－金属流出速度V流＝ λV挤 变形速度－－最大主变形与变形时间之比，也称应
挤压润滑:
润滑目的——为了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。
挤压铝合金使用的润滑剂：汽缸油＋石墨等 挤压重金属使用的润滑剂：45号机油＋片状石墨等 挤压钢、镍、钛等合金时目前大多采用玻璃润滑剂。
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