挤压及拉拔技术概述

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 拉拔管材外径：200～0.1mm，壁厚最薄到0.01mm

典型挤压材的横截面形状
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

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.


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 确定定径带直径dd。
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 1 0 ～ 20mm
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 复合挤压 及挤压模孔两个相反方向同时流动的挤压方法。
静液挤压 利用封闭在挤压筒内坯料周围的高压液体 ,迫使
坯料产生塑性变形，并从模孔中挤出的加工方法。
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
△D＝dH-dh


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
典型拉拔异型材的横截面形状
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;
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°
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。

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＝ λ V挤 变形速度－－最大主变形与变形时间之比，也称应 变速度。

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。
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。

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。
在实际管材生产中应用最广泛。



游动芯头拉拔
在拉拔过程中，芯头依靠本身特有的外形所建立的力 平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
2.芯头/芯杆

是管材拉拔时的配套工具，拉拔中处于管材中心。
作用：与模孔形成环形空间，实现减壁和确定管材 内径尺寸，并加工整平管材内径面。
常用的型式： 固定芯头、游动芯头、芯杆（芯棒）

3.2.3 拉拔成型工艺
一般坯料需要经过几次拉拔才能获得所需要的外形
尺寸、力学性能和表面质量的优良制品。



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。

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 2)基本类型：普通拉模和圆弧拉模
3)普通拉模的结构：
1)作用：使金属产生塑性变形并获得模孔形状和尺寸。
挤压比－挤压筒与模孔断面面积的比，λ ＝F0／F
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。

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。

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。
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
得模孔形状和尺寸。 基本类型：平模和锥模
1)模角α


模子轴线与其工作端面的夹角；
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.
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。
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。
拉拔成型的基本方法
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。



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； 最小值应保证挤压轴的强度。


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。
4)出口直径dc

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
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
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；
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

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。


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。

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。
生产工艺流程——属于冷加工
坯料准备→酸洗→轧头→拉拔→退火→酸洗→精整→检验→入库

工艺参数
1.变形量λ
用延伸系数表示，即 λ ＝l／L＝F0／F，
F0、F为材料拉伸前、后的横截面积；
L、l为材料拉伸前、后的长度。
通常 λ =1.5～2.2。
1.变形量λ
对于管材可用减径量(△D)或减壁量(△S)表示：
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：