塑性加工工艺与设备

（4）摩擦↑，挤压力↑。 （5）模角 （6）锭坯长度↑， 挤压力↑ （7）反挤压力比 正挤压力低 20～30％。
挤压机主体结构
后置式穿孔缸
•
挤压机的主要零部件： 挤压机的主要零部件：
• • • • • 模座 机架 压余分离装置 调整装置 挤压牵引机构
纵动式模座
（
横动式模座
回转式模座
角钢
槽钢
工字钢
孔型系统示例
六、线材轧制
• 特点： （1）总的延伸率大，轧件温降快，头尾温差大，轧制速度高。 （2）机架多、分工细，产品比较单一、轧机专业程度高。 （3）高速无扭转轧机具有特殊的孔型节 挤压
一、挤压原理、基本方法 及特点
1. 挤压定义：对放在挤压筒内的金属坯料 施加压力，使之从特定的模孔中流出， 获得所需断面形状和尺寸的一种塑性加 工方法。 2. 挤压方法： 可按挤压方向、变形特征、 润滑状态、挤压温度、挤压速度、模具 种类或结构、坯料形状或数目、制品形 状或数目分类。
二、挤压基本理论
1. 正挤压时金属的流动
挤 压 力 P
正挤压
反挤压 Ⅰ Ⅱ 挤压轴位移 Ⅲ
（1）填充挤压阶段： 锭筒间隙，填充系数 Rt=Ft/F0 坯锭的长度与直径之比
（2）基本挤压阶段 挤压比λ＝锭坯断面积/制品断面积
圆棒正挤压时子午面上网格变化示意图
锥模挤压 平模挤压
• 纵向线两次弯曲，弯曲角度由外向内逐渐缩小。 压缩锥（变形区）。 • 横向线弯曲。 • 外层网格变形为平行四边形，说明承受了剪切变 形，外层金属的主延伸变形比内层的大，沿纵向 制品后端的主延伸变形比前端的大。 • 使用平模或大模角锥模挤压时，都存在死区。模 角增大、摩擦加大、挤压比减小、挤压速度降低， 死区增大。死区的存在对提高制品表面质量极为 有利。 • 棒材前端横向线弯曲很小，制品头部晶粒粗大， 机械性能低劣，应切除。
3. 咬入条件
α
φ
θ
a R N N
Nx
T T
Tx
P
T
咬入时
咬入后
α≤β
β ≥ϕ = α +θ
2
改善咬入条件的途径： （1）降低α角： （2）提高β角：
4. 轧制压力 （1）轧制压力的基本概念 轧制压力是轧制时轧辊施加于轧件使之变形 的力。但通常把轧件施加于轧辊总压力的垂 直分量称为轧制压力。
R α
(σ x + dσ x )(h + dh) − hσ x + 2( Pr dx dx ) sin θ ± 2 µ ( Pr ) cosθ = 0 cosθ cosθ
dθ
θ
pr
h1
h+Δh
h0
σx+dσx
σx prcosθ pr
α
μpr μpr μprsinθ μprcosθ
h
prsinθ Rdθ
hdσ x + σ x dh + 2 Pr tgθdx ± 2 µPr dx = 0
单孔模设计
模角 工作带长度 模孔尺寸 入口圆角半径 模孔出口处直径 模子外形尺寸
挤压模具的设计
多孔模设计
模孔数目 模孔排列原则 型材模孔设计
重心布置 模孔布置 工作带长度设计
挤压模具的设计
分流组合模设计
挤压比 分流比 分流孔 分流桥 模芯 焊合室
挤压模具的制造
模具材料的选择 模具的加工
机械加工 热处理
挤压工艺设计
锭坯尺寸的选择
选择原则 挤压比的确定 锭坯长度的确定
•温度的选择 温度的选择 •速度的选择 速度的选择 •润滑剂的选择 润滑剂的选择
第四节 拉拔加工
一、拉拔原理、方法、特点
1.拉拔定义： 在外加拉力的作用下，迫使金属通过模孔 产生塑性变形，以获得与模孔形状、尺寸相 同的制品的加工方法，称之为拉拔（或称为 拉伸）。是生产管材、棒材、型材及线材的 主要方法之一。
θ
H
tθ
dx l
x
h
a γ dx dx dx P = B∫ p cosθ + B ∫ t sin θ − B ∫ t sin θ γ cos θ 0 0 cos θ cosθ a
一般通称的轧制压力或实测的轧制总压 力，并非为轧制单位压力之合力，而是轧制 单位压力、单位摩擦力的垂直分量之和。
(2)轧制力的理论计算
二、拉拔基本原理
1. 圆棒拉拔时的应力与变形
dN dR
β
dT
α
D1
D2
拉拔制品内部的周期性裂纹示意 图
D2
D1
2. 管材拉拔时的应力与变形 （1）空拉 σ
σl
r
σr
σl
α1 α
σr σl σr σl
εr εθ εr εθ
减壁厚
εl
增壁厚
εl
• 空拉时的主应力： σ1—轴向应力σl σ2—径向应力σr σ3—切向应力σθ 空拉时的壁厚变化取决于σr－ σm σm＝（ σ1+ σ2+σ3）/3 σr－ σm >0，管壁增厚 σr－ σm =0，管壁不变 σr－ σm<0，管壁变薄 空拉能起到自动纠正管坯偏心的作用。
常用挤压方法
3. 特点： 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，获得大变形 量。可加工用轧制或锻造加工有困难甚至 无法加工的金属材料。 ② 可生产断面极其复杂的，变断面的管材和 型材。 ③ 灵活性很大，只需更换模具，即可生产出 很多产品。 ④ 产品尺寸精确，表面质量好。
dN dT
dN
dN
dN
σr
坯料
σθ εr εθ
σl
dT
α
P
坯料
εl
坯料
拉拔成形原理示意图
2. 拉拔方法 实心材拉拔—棒材、型材、线材 空心材拉拔—管材
3. 特点 （1）拉拔制品尺寸精度高，表面光洁度好。 （2）工具与设备简单，维护方便。 （3）最适合于连续高速生产断面尺寸小的长制品。 （4）拉拔道次变形量和两次退火间的总变形量受到 限制，工艺过程长。过大的道次加工率将导致制品 尺寸、形状不合格，甚至被拉断。原因是变形区内 为两压一拉应力状态，不利于充分发挥金属的塑性。
联合式模座
挤压杆
挤压垫片
穿孔针
四、挤压模具
• 挤压模具类型 • 整体模 • 可拆卸模 • 舌模 • 分流组合模
整体模
(a) 平平
（b）平平平
(c) 双锥平
(d) 锥平
(e) 平锥平
(f) 碗圆平
可拆卸模具
挤压模具的设计
整体模的设计
单孔模设计 多孔模的设计
舌形模的设计 分流模的设计
挤压模具的设计
——冯.卡尔曼微分方程 积分，采里科夫解，求得Pr与θ（即h）的关系 式，则影响Pr的主要因素如下：
轧制力的影响：
a. 轧辊弹性压扁 任何一台给定的轧机，都有一个最小可轧制厚度值， 低于这一厚度，轧辊会产生很大变形，而被轧制的材料 无任何塑性变形。 b. 轧辊弯曲 会导致所生产的金属板中心厚边缘薄。 c. 轧机弹性或塑性 轧辊分离力使机架产生变形，辊缝增大
1.变形区主要参数 轧件在轧辊作用下产生变形的 区域 叫变形区，变形区以外两端 不 产生变 形的区域叫外区或刚端。
（1）压下量
∆h = 2 R(1 − cos α )
h0
D O a A l C B h1 b1 R
∆h = h0 − h1
∆h 2 l = R − (R − ) 2 ∆h 2 l = R∆h − ( ) ≈ R∆h 4
2 2
（2）变形区长度
tgα =
R∆h ∆h ≈ ∆h R R−( ) 2
2
∆h ≈ µ R
b0
（3）延伸系数 λ=L1/L0 （4）压下率
ε = (∆h / h0 ) ×100%
（5）宽展
∆b =b1－b0
2. 轧制过程中的金属流动 前滑区 后滑区 中性面： 轧件运动速度＝轧辊线速度的水平分量 中性角： γ = α (1 − α ) 2 2β 秒流量相等原则：单位时间内通过变形区内 任一横断面的金属体积应该为一常数。 FHvH＝Fxvx＝Fhvh＝常数
⑤ 工艺流程简单，设备投资少，实现生产过程 自动化和封闭化比较容易。 ⑥ 金属的固定废料损失较大。压余量10～15％， 轧件的切头尾损失仅为1～3％。 ⑦ 加工速度低。 ⑧ 沿长度和断面上制品的组织、性能不够均一。 ⑨ 工具消耗较大。
小结： 挤压法非常适合于生产品种、规格、批数繁多 的有色金属管、棒、型材及线坯。在生产断面复杂 的或薄壁的管材和型材，直径与壁厚之比趋近于2的 2 超厚壁管材，以及脆性的有色金属和钢铁材料方面， 挤压法是唯一可行的压力加工方法。
5. 轧制力矩
M = Pa
（b0 + b1） P= pF = p R∆h 2 ψ为力臂系数，一 a = ψ R∆h 般取ψ=0.3~0.6
(b0 + b1 ) M=p R∆hψ 2
M = pR∆hψ（b0 + b1）
二、轧制方法
1. 按轧制温度 热轧 冷轧 2. 按轧件与轧辊的相对运动关系 纵轧：轧辊的纵轴线相互平行，轧件运动方向 与延伸方向与轧辊纵轴线垂直。 斜轧：轧辊的纵轴线倾斜互成一定角度，轧件 边旋转边沿自身纵轴线方向前进，且前进 方 向与轧辊纵轴线方向成一定角度。 横轧：轧辊的纵轴线相互平行，轧件沿自己的 横轴线方向运动前进，与轧辊纵轴线垂直。
3. 按轧制生产过程 半成品轧制—开坯 成品轧制—粗轧、精轧
纵轧
斜轧
横轧
三、板带材轧制
特点：宽厚比（B/H）大 规格：中厚板（中板4~20mm，厚板20~60mm， 特厚板60mm以上） 薄板和带材（0.2~4mm） 极薄带材和箔材（0.001~0.2mm） 技术要求： 尺寸精度、板形、表面光洁度、性能