挤压拉拔

1.挤压的定义

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.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。

5.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。

6.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λc 来表示：λc =F0 / F p

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

7.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

8.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。

9.挤压变形区：分别连接各条线的两个拐点，形成两个曲面。把这两个曲面与模孔锥面或死区界面间包围的体积称为挤压变形区或变形区压缩锥。

10.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，如图2-7所示，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，σs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σs 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

11.挤压缩尾的形式

三种：中心缩尾、环形缩尾、皮下缩尾。

12.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。

13.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。

14.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。

15.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。

16.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）外摩擦条件的影响

（8）模角

（9）挤压方式的影响

17.穿孔力计算：

（1）穿孔应力

（3-8）

（2）穿孔力

（3）温度修正系数

式中dZ 为穿孔针直径，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