“金属塑性加工技术”复习思考题-教师用

《金属塑性加工技术》部分思考题（教师用）

2、力学分析：

（1）穿孔热挤压铜管的过程中，穿孔针的受力受热分析。

答：穿孔针在每一个挤压周期都要承受一次载荷和温度的剧烈交替。穿孔时其整体受强烈的压应力作用；而外表与高温铜锭直接接触，温度急剧升高；同时受到金属流动产生的摩擦力作用；稳态挤压过程中，随动穿孔针的移动速度低于铜管轴向流动速度，因此外表面受到很高的轴向摩擦力作用，使整体受拉应力；同时外表温度升高，而内壁受水冷。一个挤压道次结束后，又采用水冷方式对其外表面进行剧烈冷却。

在这种急冷急热的恶劣工作状态下，穿孔针极容易产生表面龟裂、变形、弯曲、拉毛、变细、断裂等缺陷，使用寿命很短。可以通过加强穿孔针表面润滑及内孔冷却，缩短挤压锭长度或提高挤压速度，以及采用更耐高温的穿孔针材料等措施来提高穿孔针的使用寿命。

（2）游动芯头拉拔管材时芯头稳定的力学条件。

3、简答简析：

（1）举例：复合成形技术（如铸轧、辊锻、铸挤等）

（2）举例：短流程生产新技术（如铸轧法生产铜管、连续铸轧法生产铝带坯、铜带“连铸带坯+冷轧开坯”技术等）

（3）举例：连续化生产技术（如连铸连轧、盘拉技术、联合拉拔等）

（4）简析：反向挤压的特点（变形更均匀；降低挤压力）

（11）简析：金属塑性加工的产品质量的内涵。【（1）化学成分；（2）内部组织结构；（3）材料性能（力学性能、物理性能、腐蚀性能、加工性能等）；（4）精度（尺寸精度、形状精度、表面精度）】

4、综合分析：

（1）对铝型材挤压模具的认识：（答题要点）

模具分类：实心平面模、分流组合模、舌型模、叉架模；

模具结构：模孔、工作带、分流空、分流桥、焊合室、空刀、导流孔、阻流块等；

模具材料及热处理：H13钢；淬火+2-3次回火+氮化处理；

模具技术是铝型材生产的核心技术。挤压模具的结构与尺寸直接决定铝型材的形状与尺寸精度；模具的结构设计直接决定挤压过程的实现与否；模具的使用寿命显著影响生产效率。

挤压模具设计的基本准则是：在保证模具强度和结构刚度的前提下，尽可能使挤出模口的各部分金属纵向流动速度趋于一致。不平衡的挤出速度将引起型材产生弯曲、扭曲、开裂

等问题，严重时将发生堵模，使挤压过程无法实现。

挤压模具设计要诀：孔随形走，避焊定桥，预配流量，定径微调。

挤压模具的使用寿命一直是困扰工程技术人员的重大难题；“零试模”技术受到型材生产企业的普遍关注。

基于CAE技术的铝型材挤压模具辅助设计方法是现代模具工业的重要发展方向。

（2）对塑性加工的连续化、短流程新技术的认识：（答题要点）

意义：节能降耗、环保、提高生产效率、降低生产成本等；

举例：连铸连轧、连续铸轧、连铸+连轧、T5铝型材、1+4、电解铝水+铸造、盘拉、联拉、无酸洗铜管加工等。（简要分析各例的技术要点）

（3）6063-T5和6061-T6铝型材生产工艺流程。

6063-T5:

6061-T6：

（4）试画出采用挤压法生产φ9.4mm ×0.8mm H80M 黄铜管的工艺流程图。若挤压时采用φ215mm 的实心锭，挤压筒内径为φ220mm ，挤出管坯为φ60mm ×8mm 。试计算该工序的挤压比。

工艺流程图：

挤压比计算： 1.2916644840044

60220222==-=λ （5）试分析铜管冷拉变形过程中的弹塑性共存现象及可能引起的问题。

答：铜管冷拉成形过程中的“弹塑性共存”包括三层含义：（1）在产生塑性变形的区域，总的变形量中包括弹性变形和塑性变形；（2）已拉过模具的铜管部分仍然承受拉拔力，发生弹性变形，而该拉拔力又使模具中的铜管产生塑性变形；（3）拉拔过程中铜管的塑性变形与工模具的弹性变形共存。

“弹塑性共存”的现象存在于所有塑性加工过程，对加工精度和工模具设计有重要影响。对于铜管冷拉变形，因为拉拔力由已变形部分传递给后段铜管，因此变形结束时整个铜管（弹性变形状态）卸载的瞬间，弹性变形的恢复将对设备和工模具产生很大的冲击，所以在操作时要特别注意；因为模具

中的变形体总的变形中包含了弹性变形，卸载后这部分弹性变形恢复，将引起内外径尺寸和长度的变化，所以模具设计时必须考虑这种弹性补偿；模具在工作应力下发生弹性变形，径向尺寸稍有增大，这将使铜管内外径精度产生误差，因此模具设计和工艺配模时应予以考虑。

（6）冷拉铜管的最终产品性能控制有哪两种方法？

如图所示，若H62黄铜管成品的力学性能要求为：抗拉强度σb ≥520MPa ，伸长率δ

10≥10%。

试设计成品性能控制工艺。

解：冷拉铜管的最终产品性能控制主要有成品退火和控制最终变形程度这两种方法。

通过控制退火温度、保温时间等参数，可以使产品达到不同的力学性能指标。但由于退火前的冷变形过程影响因素复杂，采用成品退火的技术方法往往不容易控制产品的最终性能。

因此，实际生产中一般建议采用控制最终变形程度的方法来达到产品的最终性能。该技术方法的操作要点是：在达到成品尺寸之前对管坯进行完全退火，退火之后再根据成品性能进行适量冷拉变形。其中预留的冷变形量需要按照相关数据图表，并结合生产经验来确定。

例如，图中显示了H62完全退火之后的的力学性能与后续冷变形量之间的关系。根据成品力学性能的要求，抗拉强度σb ≥520MPa ，因此在σb =520MPa 的位置画一条横线，交强度曲线于a 点；要求伸长率δ10≥10%，于是在δ10=10%位置画另一条横线，交塑性曲线于b 点。过a 、b 两点分别画两条与横坐标垂直的竖线，与横坐标的交点（19%和23%）就是最终冷变形率的控制范围。可见，对于题中H62黄铜管的最终性能控制，可采取的工艺方法为：完全退火之后，再施加19%-23%的冷拉变形，既达到成品尺寸，也达到成品性能要求。 a

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