材料成型概论 第四章 挤压成型

图4-2
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
4.1.2 挤压成型的基本方法
正挤压
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；

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。
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。
4.2.2 挤压变形区及应力应变状态
1.挤压变形区
挤压筒内的金属在挤压轴作用下产生塑性变形的区 域称为挤压变形区。 包括：

塑性流动区、前端难变形区、后端难变形区 前端难变形区存在于挤压筒与模子交界处abc区。 后端难变形区位于挤压垫片处。
图4-3
挤压变形区示意图
4.2.2 挤压变形区及应力应变状态
2.变形区内的应力应变状态 外力
4.2.4 挤压力
影响挤压力的主要因素有：

挤压温度； 模孔形状、制品断面形状； 锭坯长度； 外摩擦等。
金属的变形抗力、变形程度、变形速度（流出速度）
4.2.4 挤压力
挤压力P的组成：
P = Tt + Tz + Td + Rs
式中：
Tt、Tz和Td分别为挤压筒壁、压缩锥侧壁和模子定 径带的摩擦力分量； Rs为金属变形抗力分量。
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。

4.1 挤压成型的特点和基本方法
4.1.1 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。
——卧式挤压机工作部件的运动方向与地面平行。 占地面积大等，P69
——立式挤压机工作部件的运动方向与地面垂直。
有很深的地槽,或基础高,吨位小：6～10MN P70
4.3.1 挤压成型设备

卧式挤压机特点
1)挤压机本体和大部分附属设备可布置在地面上，便 于操作、维护和修理；易于实现机械化、自动化； 2)挤压机运动部件(柱塞,挤压筒等)磨损较严重. 3)占地面积大等.
金属流动方向与挤压轴的运动方向相同。
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。
⑤挤压时更换模具简单、迅速，所需辅助时间少。
4.1.2 挤压成型的基本方法
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；
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。
4.1.2 挤压成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。
复合挤压 冷挤压时金属沿挤压杆和挤压筒之间的 静液挤压 利用封闭在挤压筒内坯料周围的高压液
4.3.2 挤压成型工具
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°
4.3.2 挤压成型工具
2)定径带及定径带长度hd

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。

立式挤压机特点 有很深的地槽,或基础高,吨位小：6～10MN，主要 生产中小规格的管材。
4.3.1 挤压成型设备

卧式挤压机按挤压方法分为：正向、反向和联合挤 压机
卧式挤压机按结构分为： 单动式（不带独立穿孔，必须用空心的坯料）、 卧式挤压机按产品分为：棒型材、管材挤压机 挤压机一般由机架、缸与柱塞、挤压工具等组成。
4)出口直径dc

4.3.2 挤压成型工具
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。 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。
图4-1
典型挤压材的横截面形状
4.1.2 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

复动式挤压机 （带独立穿孔，可用空心的也可用实心坯料）

4.3.2 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
得模孔形状和尺寸。 基本类型：平模和锥模
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。
4 复习题
1.什么是挤压？挤压同其他加工方法相比较有什么优、 缺点？ 2.什么是正挤压、反挤压、侧挤压？各有什么特点？ 3.什么是挤压比、挤压变形区？ 4.挤压时金属流动分几个阶段？ 5.挤压机分几类？各有什么特点？
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.
4.1.1 挤压成型的特点
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。
⑤水淬 497～502℃.
4.4 挤压成型工艺

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 变速度。
4.4 挤压成型工艺

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”
4.4 挤压成型工艺

其工艺流程为：
坯料准备－加热①－挤压② （φ124mm）－剪切－ 取样－加热③－挤压④ －淬火⑤ －拉矫－取样－ 型辊矫直－检验－入库
①加热400～420℃，保温60’, ②筒温420℃，挤速1.5m/min ③加热380～420℃；④筒温380～400℃,挤速2～3m/min；
体,迫使坯料产生塑性变形，并从模孔中挤出的加工方 法。
空间以及挤压模孔两个相反方向同时流动的挤压方法。
4.2 挤压过程的基本概念
4.2.1 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。
通常，心部金属流动速度大于表层金属。 （坐标线弯曲较大，变形不均匀）


图4-5
挤压时金属流动
4.2.4 挤压力
挤压力P——是挤压杆通过垫片作用在被挤压锭坯 上使金属从模孔流出来的压力。
挤压力是随挤压杆的行程而变化的，所要计算的挤 压力是指曲线上的最大挤压力，它是确定挤压机吨 位和校核挤压机部件强度的依据。
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。
4.1.2 挤压成型的基本方法
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；
4.2.1 挤压成型过程

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。
4.2.1 挤压成型过程

挤压力P和单位压力σp
挤压筒壁的摩擦力Tt和单位正压力dNt
模子压缩面的摩擦力Tz和单位正压力dNz 定径带的摩擦力Td和单位正压力dNd
4.2.2 挤压变形区及应力应变状态
2.变形区内的应力应变状态 应力状态：三向压应力，即轴向压应力σl,径向压 应力σr及周向压应力σθ（轴对称σr＝σθ）
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。
例如 LY12型材 P72
4.4 挤压成型工艺

锭坯尺寸：Φ405×900mm