挤压与拉拔

压力加工：借助外力使金属产生塑性变形进而形成各种尺寸、形状和用途的零件和半成品。（不同于机加工）工业中广泛使用的零件一般通过下列方法获得：

铸造，如轧机牌坊；铸造——机加工，如轧辊；铸造——压力加工，如钢轨；铸造——压力加工——机加工，如螺栓等。

重要用途的零件一般均需通过压力加工。压力加工的主要方法有：轧制；挤压与拉拔；锻造与冲压主要产品有：

板、带、条、箔；轧制管、棒、型、线；挤压与拉拔各种零件如车轴、饭盒、洗衣机筒等；锻造与冲压

1）挤压与拉拔产品简介

A 管材

按截面形状分：圆管、型管如方、六角形管等；

按合金种类分：铝管、铜管、钢管等；

按生产方法分：挤制管、拉制管、焊管、铸管、盘管、无缝管等；

按用途分：空调管、压力表管、波导管、锅炉管、输油管、冷凝管、天线管等；

按性能分：M（退火态）、R（热态）、Y（硬态）、Y2（半硬态）、C（淬火态）、CZ（淬火自然时效态）、CS（淬火人工时效态）等；

此外：翅片管、蚊香管等。

B 棒、线材

棒材：D>6mm；分类与管材类似；大多是半成品，进一步加工成各种零件，如弹簧，螺栓、螺母等；

线材：D<6mm；多以盘状供货，广泛应用于仪器仪表、电子电力部门，如电线电缆等。

C 型材

非圆截面材，又称经济断面材（可提高材料的利用率）；铝、钢型材较多；

许多型材只能用压力加工法生产，如

钢轨、变断面型材

2）产品的生产方法

产品的生产一般可分两步;

坯料制取（开坯）：充分利用金属在高温时的塑性对其进行大变形量加工，如热挤、热轧、热锻。

制品的获得：进行目的在于控制形状、尺寸精度、提高综合性能的各种冷加工，如冷轧、拉拔、冲压。

目前研究：近终形成形技术、短流程生产技术

挤压：生产灵活、产品质量好，适用于品种、规格多、产量小（有色金属）的场合，但成本高、成品率低；

斜轧穿孔：生产率、成品率高；成本低；但制品形状尺寸精度差；尺寸规格受限制；多用于产量大的钢坯生产，有色金属厂基本没有；

铸造：产品的尺寸规格少、质量差、性能低；主要用于生产大尺寸、性能要求不高的产品如下水管；

轧管：道次变形量大，几何损失少，适于难变形合金，能缩短工艺流程，也是提供长管坯的主要方法（使盘管生产得以实现），但形状、尺寸精度差；

拉拔：是获得精确尺寸、优质表面和性能的主要方法；

焊管：效率高、成本低，但性能、质量差。

先进工艺：挤压——轧管——（圆盘）拉拔——联合拉拔

水平连铸管坯——行星轧制——拉拔

挤压：适用于多品种、多规格、复杂断面；

连铸连轧：生产率、成品率高、能耗低（利用余热直接轧制）；但品种、规格单一；

型轧：适于单一品种、大批量产品的生产。

发展方向：

中小棒材：挤压（轧制）圆盘坯料后联合拉拔出成品；

线材：多模、高速方向发展。

2 基本概念

挤压：对放在容器（挤压筒）内的坯料一端施以压力，使之从特定的空隙（模孔）中流出而成型的塑性加工方法。

欲完成挤压需有：

1）产生动力的装置：挤压机

2）传递动力、容纳坯料控制制品尺寸和形状的工具：

轴、筒、模、穿孔针、垫片、模座、锁键

过程：清理筒、装模、落锁键、送锭、放垫片、挤压、抬锁键、切压余、冷却（润滑）工具、重复下一次。

3 基本方法

根据变形温度分：热挤压、冷挤压和温挤压；

根据变形特征分：正（向）挤压、反（向）挤压、连续挤压等。

方法有很多，但最基本的方法有以下两种：

1）正向挤压

制品流出的方向与挤压杆的运动方向相同。

特点：

1）存在较大的外摩擦（高温、高压），导致能耗大、变形不均匀（组织性能不均）,制品表面质量好；

2）操作方便、适用范围广，是目前最广泛应用的方法。

2）反向挤压

制品流出的方向与挤压杆的运动方向相反。

特点：

1）变形局限在模孔附近，大部分坯料与挤压筒间没有相对运动，因此外摩擦小，能耗低、变形均匀（组织性能均匀）；

2）操作不方便、制品的尺寸范围小；

3）制品表面质量差。

此外还有：卧式挤压、立式挤压等。

注：

1）冷、热变形应以合金的再结晶温度界定，如Sn、Pb在室温变形也无硬化，属热变形；

2）冷、热挤压是挤压的两大分支，冶金工业中主要应用热挤压，常称挤压；机械工业主要应用冷挤压。

4 基本特点

1）优点

A 可最大限度提高材料的变形能力，因此可加工脆性材料；一次可进行大变形

B 可提高材料的焊合性，因此可生产复合材料；粉末挤压；舌模挤压

C 材料与工具的密合性高，因此可生产复杂断面制品；选择坯料自由度大

D 生产灵活（只需更换筒、模即可生产不同的制品），制品性能高。

2）缺点

A 工具消耗大，产品成本高

工作条件：高温、高压、高摩擦，工具消耗大，原料成本高，占制品成本35％以上

B 生产率低

挤压速度低、辅助工序多

C 成品率低

固有的几何损失多（压余、实心头、切头尾），不能通过增大锭重来减少

D 制品组织性能不均匀。

二、挤压时金属流动的规律

挤压时金属的流动规律，即筒内各部分金属体积的相互转移规律对制品的组织、性能、表面质量以及工具设计有重要影响。因此研究挤压时金属的流动规律以及影响因素，可改善挤压过程、提高制品的性能和质量。

挤压时金属的流动规律十分复杂，且随挤压方法以及工艺条件的变化而变化，现以生产中广泛使用的简单挤压（单孔模正挤圆棒）过程为例进行分析。

1、简单挤压时金属流动的规律

按流动特性和挤压力的变化规律，可将挤压过程分为：

填充挤压阶段：金属在挤压杆（力）的作用下首先充满挤压筒和模孔（金属主要径向流动），挤压力急剧升高；

基本挤压阶段：又称层流挤压阶段，金属不发生紊乱流动，即锭外（内）层金属出模后仍在外（内）层，挤压力稳中有降；

终了挤压阶段：又称紊流挤压阶段，金属发生紊乱流动，即外层进入内层，挤压力上升。

1）填充挤压阶段

挤压时，为便于将锭坯放入筒中，常使锭坯的外径小于筒内径1－15mm，因此在挤压力的作用下，锭坯首先径向流动充满挤压筒，同时有少量金属流入模孔。杆、垫片、锭坯开始接触到锭坯充满挤压筒的阶段称为填充挤压阶段。

A 必要性

a 操作要求；

b 实心锭挤管，否则穿孔针弯曲导致管材偏心；

c 制品要求横向性能，如航空用型材必须有一定的镦粗变形（25－30％）