金屬塑性加工技術(shù)-擠壓

1、第一章 擠壓成形技術(shù),第一節(jié) 引言 第二節(jié) 擠壓基本理論 第三節(jié) 擠壓力與擠壓工藝 第四節(jié) 擠壓裝備與工模具第五節(jié) 擠壓制品組織與性能控制,第一節(jié) 引言,§1.1 產(chǎn)品品種 棒材：斷面為實(shí)心圓形的條材。 簡(jiǎn)單型材：方形、矩形、六角形 型材：非圓斷面的條材。 異形型材：角形、丁形、槽形、工形 變斷面型材：斷面沿長(zhǎng)度方向不相同

2、 大管 外徑：小管 毛細(xì)管：0.3~3mm

3、 薄壁管：0.1~5mm 管材：中空的斷面長(zhǎng)條。 壁厚：厚壁管：5~50mm 根：10m左右 長(zhǎng)度：盤：幾百米,,,,,,

4、7;1.2 成形方法 1.2.1 棒材和實(shí)心型材的成形方法一、軋制、或軋制——拉伸法： 錠坯加熱→孔型軋機(jī)上熱軋→冷拉成形。 優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)率高、設(shè)備投資少； 缺點(diǎn)：表面質(zhì)量和尺寸精度差、設(shè)備和生產(chǎn)占地面積大。 二、擠壓一次成形(或再輔以矯直性的微量拉伸)： 適于有色棒型材品種規(guī)格多和斷面復(fù)雜的特點(diǎn)，產(chǎn)品表面質(zhì)量高、生產(chǎn)流程短，但成品率較低、設(shè)備和工具費(fèi)用較大。 

5、三、帶材冷彎法： 可制造斷面上壁厚相等的型材，如角、槽、Z等形狀的型材，生產(chǎn)率高，機(jī)動(dòng)靈活。,1.2.2 管材的成形方法一、實(shí)心錠—穿孔擠壓—冷軋—拉伸法：（無縫管） 用擠壓法制得管坯，再用冷軋法將其外徑、壁厚進(jìn)一步減小到接近成品的尺寸時(shí)，再拉伸而出成品。二、實(shí)心錠—穿孔擠壓一次成形：（無縫管） 對(duì)于異形管、厚壁管和大直徑管材，采用擠壓法一次成形，但尺寸精度稍差。 三、擠壓

6、—拉伸：（無縫管） 對(duì)于無冷軋管設(shè)備的工廠，需將擠壓出的管坯，進(jìn)行反復(fù)多次的拉伸，最后制得成品。四、實(shí)心錠—分流擠壓—拉伸法：（有縫管）五、空心錠—行星軋制—拉伸法（奧特昆普，Outkumpp）：（無縫管） 六、斜軋穿生產(chǎn)管坯：（無縫管） 用斜軋穿孔機(jī)生產(chǎn)簡(jiǎn)便，生產(chǎn)率和成品率較高，但對(duì)粘性較大的金屬，其穿孔質(zhì)量差，另外，穿孔規(guī)格單調(diào)，可調(diào)整幅度很小，不能適應(yīng)有色管材品種多

7、、規(guī)格雜而產(chǎn)量小的特點(diǎn)，也使后續(xù)變形工作量大。,第二節(jié) 擠壓基本理論,§2.1 擠壓的基本方法、品種與流程 2.1.1 擠壓的基本方法一、擠壓的概念 對(duì)放在容器中（擠壓筒）的材料一端施加壓力，使其通過?？壮尚偷募庸し椒?。,二、根據(jù)特征分類 1、根據(jù)制品特征 實(shí)心擠壓：如棒；空心擠壓：如管；型材擠壓：如型材2、根據(jù)材料流出?？椎姆较蚺c擠壓桿運(yùn)動(dòng)方向 正向擠壓：相同,,

8、,,反向擠壓：相反 3、根據(jù)擠壓力的傳輸介質(zhì) 油壓（傳力平穩(wěn)） 水壓（傳力不平穩(wěn)） 4、根據(jù)材料的受力情況 普通擠壓 靜液擠壓,,,,,金屬流動(dòng)方向分類,,正向擠壓：金屬流動(dòng)方向與擠壓軸運(yùn)動(dòng)方向相同,反向擠壓：金屬錠坯與擠壓筒之間無相對(duì)運(yùn)動(dòng),擠壓溫度分類,,擠壓,冷擠壓,溫?cái)D壓,熱擠壓,制品形狀分類,,棒材擠壓,管材擠壓,板、排、型材擠壓,線材擠壓,擠壓工藝分類,,連續(xù)擠壓,靜

9、液擠壓,潤(rùn)滑擠壓,擠壓方法分類,三、擠壓的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn) 1、優(yōu)點(diǎn) (1) 強(qiáng)烈的三向壓應(yīng)力狀態(tài)； (2) 斷面形狀復(fù)雜； (3) 靈活性，多品種、多規(guī)格； (4) 尺寸精度、表面質(zhì)量好于熱軋； (5) 易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化和封閉化。 2、缺點(diǎn) (1) 廢料損失大 10-15%； (2) 加工速度低；(摩擦大，溫度升高，易產(chǎn)生廢品) (3) 長(zhǎng)度

10、與斷面上組織和性能不均勻； (4) 工具消耗大。,2.1.2 擠壓的品種 棒 (六角棒) (圓棒) (方棒),,管 (鋁管) (防銹鋁管) (散熱器管) (方管) (方管) (方管),,,,,型 (開瓶器型材) (鋁管型材) (鋁型材)

11、 (鋁型材) (型管),,,,2.1.3 擠壓的流程 加熱→擠壓→矯直一、加熱的方式 1、燃?xì)饧訜?2、電阻爐加熱 3、感應(yīng)加二、矯直 1、輥式矯直 2、拉伸矯直,§2.2 擠壓時(shí)金屬的變形規(guī)律 2.2.1 正向擠壓的變形特點(diǎn) ◆按流動(dòng)特征與擠壓力的變化規(guī)律分成三個(gè)階段 填充擠壓階段：即開始擠壓階段，金屬充

12、滿擠壓筒和?？?，擠壓力急劇上升； 基本擠壓階段：即穩(wěn)定擠壓階段，擠壓力隨錠坯長(zhǎng)度縮短、表面摩擦力總量減小； 終了擠壓階段：即紊流擠壓階段，工具對(duì)金屬的冷卻，強(qiáng)烈的摩擦，使擠壓力上升。,,◆用網(wǎng)格法研究的結(jié)果,,1 、變形區(qū)（壓縮錐）：縱向線在進(jìn)出壓縮錐時(shí)，發(fā)生方向相反的兩次彎曲，其彎曲的角度由外層向內(nèi)逐漸減小，擠壓中心線上的縱向線不發(fā)生彎曲。 當(dāng)金屬進(jìn)入壓縮錐后，徑向和周向承受壓縮變形，軸向延伸變形。

13、 2、橫向線彎曲，中心超前，越接近出口面其彎曲越大(中心金屬流速>邊部)。 a. 邊部非矩形，中部近矩形 b. 邊部剪切變形>中心剪切變形 c. 邊部總延伸>中部總延伸(或外層金屬的主延伸變形>內(nèi)層) d. 縱向上總延伸：前端后端,,3、存在兩個(gè)難變形區(qū)，前死區(qū)，后死區(qū)。一般指前死區(qū)，用高度來衡量（hs）。 死區(qū)的作用：對(duì)提高制品表面質(zhì)量有利。原因：

14、死區(qū)的頂部能阻礙錠坯表面的雜質(zhì)與缺陷進(jìn)入變形區(qū)壓縮錐，而流入制品表面。4、劇烈剪切帶：處于快速流動(dòng)區(qū)與死區(qū)之間。 5、頭部未變形區(qū)：棒材前端,,,一、填充擠壓階段1、填充系數(shù) λ c λc= F0/Fp F0：擠壓筒內(nèi)孔橫截面積 Fp：錠坯的橫截面積2、鐓粗 封閉空間壓力高→氣泡、起皮措施： (1)控制長(zhǎng)徑比 3~4； (2)梯溫?cái)D壓（前高后低

15、）； (3)充填系數(shù)盡可能小些，以錠 坯能順利推入擠壓筒中為原則。,,二、基本擠壓階段 1、擠壓比 λ= F0/∑F1 制品的斷面積為F1 2、變形區(qū)內(nèi)的應(yīng)力與變形狀態(tài) σr≈σθ |σr |>|σθ|(由中心到邊部) 3、主應(yīng)力分布的不均勻性 軸向 ： |變形區(qū)入口|>

16、|變形區(qū)出口| |變形區(qū)邊部|>|變形區(qū)中心| 徑向 ： |變形區(qū)入口|>|變形區(qū)出口| |變形區(qū)邊部|>|變形區(qū)中心|,,三、擠壓終了階段 1、死區(qū)引起的縮尾中心流動(dòng)快，體積供應(yīng)不足,邊部金屬向中部轉(zhuǎn)移，形成擠壓縮尾。 中心縮尾：后死區(qū)小(氧化皮等缺陷帶入中心，彼此不能焊合) 環(huán)形縮

17、尾：后死區(qū)大(擠壓墊和擠壓筒交界角落處金屬沿后端 難變形區(qū)流向中間層) 皮下縮尾：劇烈剪切帶與死區(qū)發(fā)生斷裂或形成滯流 區(qū)，死區(qū)金屬參與流動(dòng)。 中心縮尾 環(huán)形縮尾 皮下縮尾,,2、克服縮尾的措施 a.用適當(dāng)?shù)墓に嚕?/p>

18、確保流動(dòng)均勻，減少錠尾徑向流動(dòng)； b.進(jìn)行不完全擠壓(可能出現(xiàn)縮尾時(shí)，中止擠壓，存在壓余，約為錠坯直徑的10~30%)； c.脫皮擠壓； e.車皮擠壓； f.改善鑄錠表面質(zhì)量 g.錠接錠擠壓,,2.2.2 反向擠壓的變形特點(diǎn) 與正向擠壓比較而言，主要是摩擦狀況不同，導(dǎo)致變形區(qū)不同。死區(qū)分布不同。 一、網(wǎng)格變化情況： 在變形錐內(nèi)橫線與擠壓筒壁垂直，在進(jìn)入模孔后才發(fā)生

19、劇烈彎曲，縱線在進(jìn)入塑性變形區(qū)時(shí)的彎曲程度要較正擠壓時(shí)大的多。 正擠壓 反擠壓,,二、受力情況 三向等壓應(yīng)力狀態(tài)：未擠部分與筒壁間無摩擦，也不參與變形。 三、延伸系數(shù)沿軸向的分布 反擠壓制品沿長(zhǎng)度方向上的變形 是均勻的，性能也比較均勻。 a— λ=10，棒材Φ40mm； b—λ=4.0，棒材Φ62mm 1—反擠壓； 2—正擠壓

20、 四、死區(qū)、縮尾情況 1、前死區(qū)小，在后期也出現(xiàn)皮下縮尾，無后死區(qū)； 2、同時(shí)，前死區(qū)小，難以對(duì)表面雜質(zhì)和缺陷起阻礙作用， 是不利的，對(duì)鑄錠質(zhì)量有較高的要求。,2.2.3 影響變形的因素一、摩擦的影響 1、鑄錠與擠壓筒間的摩擦作用 f大，死區(qū)hs大，流動(dòng)不均勻，外層向中心流動(dòng)形成擠壓縮尾。 2、模具工作帶的摩擦控制 工作帶的長(zhǎng)度不同，各部分金屬流動(dòng)速

21、度也不同。 3、擠管材時(shí)穿孔針與鑄錠間的摩擦的作用 中心金屬受摩擦力和冷卻作用，流動(dòng)速度降低，流動(dòng)均勻，縮尾短。 二、工具與鑄錠溫度的影響 1、鑄錠橫斷面上溫度不均勻 a. 工具的冷卻作用： b. 材料本身的導(dǎo)熱性：,2、材料相變的影響 單相好于雙相或多相 3、材料的溫度變化會(huì)改變摩擦條件 磷脫氧銅，在650-900℃，表面氧化膜的效果較好。三、材料的強(qiáng)度

22、 強(qiáng)度高的金屬比強(qiáng)度低的金屬流動(dòng)均勻，同一金屬，低溫時(shí)流動(dòng)比高溫好。 四、工具的結(jié)構(gòu)與形狀 1、擠壓模 模角： α大，均勻差,定徑帶錐角： 出現(xiàn)非接觸變形 組合模：中心阻礙作用，金屬流動(dòng)均勻，縮尾減小。 多孔模：改善幾何對(duì)稱。,,2、擠壓筒 根據(jù)制品形狀設(shè)計(jì)筒的形狀。 3、擠壓墊 凹面墊可稍微增加金屬流動(dòng)的均勻性。 五、變形

23、程度的影響 一般要求λ≥10， λ≥10，λ大，變形均勻性好 λ<10，λ小，變形均勻性差,,2.2.4 擠壓時(shí)的典型流動(dòng)類型一、材料擠壓時(shí)的流動(dòng)模式，用網(wǎng)格法研究時(shí)有四類 S：變形區(qū)與死區(qū)均很小，反擠壓 A：變形區(qū)與死區(qū)比S稍大，金屬流動(dòng)均勻, 不產(chǎn)生中心與環(huán)形縮尾。 B：變形區(qū)已擴(kuò)展到整個(gè)鑄錠體積，但在基本擠壓階段未發(fā)生邊部材料向中心流動(dòng)，縮尾在后部出

24、現(xiàn)。 C：材料幾乎不沿筒壁流動(dòng)，邊部材料流入中部，可出現(xiàn)多種情況的縮尾。 二、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 改變摩擦條件。正反擠壓。,,3.3.1 擠壓工藝對(duì)擠壓力的影響一、擠壓溫度與變形抗力 擠壓力與變形抗力成正比，隨溫度升高，變形抗力下降。二、變形程度 隨變形程度增大，擠壓力升高。,,,第三節(jié) 擠壓力與擠壓工藝,三、擠壓速度 速度高時(shí)：開始段突破壓力大；

25、隨后溫度升高，擠壓力降低。 速度低時(shí)：金屬冷卻，抗力升高，擠壓力直線上升，高過突破 壓力。四、摩擦 摩擦力是擠壓力的一部分，摩擦系數(shù)較小時(shí)所消耗的擠壓力較小。,,,五、擠壓模角 存在擠壓力最小的模角 六、錠坯長(zhǎng)度 錠坯越長(zhǎng)，擠壓力越大。七、制品的形狀 復(fù)雜度系數(shù)： 斷面周長(zhǎng)/等斷面積的圓周長(zhǎng)

26、60;八、擠壓方法 相同條件下：反擠壓力=70-80%正擠壓力,3.2.2 擠壓力的計(jì)算一、計(jì)算公式的理論背景 利用解析法和工程法的理論公式計(jì)算擠壓力比較方便，對(duì)推導(dǎo)求解方法的歸納，可以分為以下四組： 1. 借助于塑性方程求解應(yīng)力平衡微分方程，得到計(jì)算公式； 2. 利用滑移線法求解平衡微分方程，得到計(jì)算公式； 3. 根據(jù)最小功原理和采用變分法建立計(jì)算公式； 4. 經(jīng)驗(yàn)公式或簡(jiǎn)化公式。

27、 本節(jié)介紹1.皮爾林公式。,二、皮爾林公式的基本思路 作用在擠壓墊片上的力由 7 部分組成 A. Rs 實(shí)現(xiàn)塑性變形的力 B. Tt 擠壓筒上的摩擦力 C. Tzh 壓縮錐錐面上的摩擦力 D. Tg 模子工作帶上的摩擦力 E. T+制品流出的阻力 F. T-制品流出的牽引力 G. Td 擠壓墊上的摩擦力 皮爾林公式只考慮 A、B、C、D,三、皮爾林公式的基本假設(shè)與方法

28、假設(shè)： 1.主應(yīng)力面球面假設(shè) 2.平均化假設(shè)：主應(yīng)力球面上的變形抗力Kzhx、主應(yīng)力σlx，流動(dòng)速度都是均勻的，且在出口面上主應(yīng)力σl0=0 3.摩擦遵守庫(kù)侖定律：τk=f S,方法： 1.能量守衡 2.體積不變四、圓錠單?？讛D實(shí)心圓棒的皮爾林公式求解過程 1. Rs 實(shí)現(xiàn)塑性變形的力 Rs=Fpσl0 關(guān)鍵是求出σl0 A.微元體上x軸方

29、向力平衡的微分方程為： (σlx+dσlx ) [π/4 (Dx+dDx)2]-σlx(π/4Dx2)- σrx(πDxdx /cosα)sinα=0,,B.塑性條件： — 塑性變形區(qū)內(nèi)的平均塑性剪切應(yīng)力 —塑性變形區(qū)內(nèi)的平均變形抗力 C.幾何條件： dx = dDx/(2tanα) Fp = F0/cos2(α/2)

30、 F0—擠壓筒內(nèi)孔的橫斷面積 D.邊界條件： Dx=D1 σlx =0 Dx=D0 σlx =σl0 最后求出： D0、D1—擠壓筒和?？椎闹睆?,,,,令： 2. Tt 擠壓筒上的摩擦力 L0— 填充后的錠長(zhǎng)； ft — 錠與筒的摩擦系數(shù)； — 擠壓筒內(nèi)金屬的平均塑

31、性剪切應(yīng)力； hs — 死區(qū)的高度 α> 60º hs = (D0-D1) (0.58-cotα)/2 α< 60º hs = 0,,,3.Tzh 壓縮錐錐面上的摩擦力 A.擠壓墊上克服 Tzh 所消耗的功率N1： N1= TzhVjB.τzh 的功率N2： 微元體的側(cè)面積： dF= πDxdl =πDxd

32、x/cosα x面上的速度： Vx=λVj,,微元體側(cè)面上的功率： dNx=τzhdFVx 邊界條件： Dx=D1 Nx= 0 Dx=D0 Nx= N2 最后求出： 由 N1=N2 得出：,,,4.Tg 模子工作帶上的摩擦力 同3.的辦法

33、： N1=TgVj N2=τgFgλVj 求出 Tg hg— 工作帶長(zhǎng)度； fg— 工作帶的摩擦系數(shù)； — 出口錐上的平均剪切應(yīng)力,,,5. 擠壓力P P = Rs + Tt + Tzh + Tg = 關(guān)于Y(α)，其物理意義和數(shù)學(xué)分析,,,,五、

34、 的確定 重申三個(gè)量的物理意義 1. Szh1與Szh0 的物理意義與確定 Szh0— 變形錐入口的塑性變形剪切應(yīng)力 Szh1— 變形錐出口的塑性變形剪切應(yīng)力 Szh0=0.5σb Szh1= CySzh0 Cy = f(程度，速度(時(shí)間)),,,ts=Vs/Vm Vm=

35、 F0Vj 2. τt或 的確定 A.由 確定 τt 已知： =Szh0 =1.25Szh0 =1.50Szh0 τt =ft,,,,B.由τt確定 已知： τt 實(shí)測(cè)擠壓力曲線 (1) τt 1 = (Pa1-Pb1)/(F0L1)

36、 τt 2 = (Pa2-Pb2)/(F0L2) (2) Aτt = (Pmax-Pmin)/(F0L) =τt /ft,,3. 、 的確定 = (Szh1 + Szh0)/2 = Szh1 六、ft、fzh 、fg 的確定 1.ft=fzh = ( 0，0.1

37、，0.25，0.50，1.0) 2.fg = (0.25，0.50 ),,,3.2.3 穿孔力 一、穿孔過程與穿孔力分布 d1 —穿孔針直徑,,,,二、穿孔力計(jì)算 f — 摩擦系數(shù) Z — 金屬的冷確系數(shù) a — 穿孔力最大時(shí)的臨界穿孔深度 三、Z與a的確定 1. Z 計(jì)算： Z=Z(ΔT，t，λ)

38、 查表： 2. a 試算，取最大值 查表：,,3.2.4 計(jì)算實(shí)例 擠壓機(jī)： D0=155mm 模子： 孔徑20mm，平模，工作帶長(zhǎng)度10mm 工藝： 擠壓速度80mm/s，擠壓溫度350℃ 坯料： 150×200，LD31 求：擠壓力,,,1. L0 2. 擠壓比及i 3. 算ts 4. 查Cy * 5.

39、查強(qiáng)度 * 6. 算SZh0，Szh1 7. 定 * 8. 定ft，fzh，fg * 9. 定hs * 10. 計(jì)算擠壓力,,,封頭封尾銅管穿孔擠壓過程數(shù)值模擬,特別關(guān)注：穿孔針和擠壓墊操作間隙縮小過程穿孔針受力及表面溫度變化擠出銅管彎曲情況點(diǎn)跟蹤結(jié)果,擠壓工藝的確定應(yīng)包括：正確選擇擠壓方法、擠壓設(shè)備及擠壓模具確定合

40、理的擠壓工藝參數(shù)選擇正確的潤(rùn)滑條件確定合適的錠坯尺寸,3.2.5 擠壓工藝,,鋁型材：鑄錠—加熱—擠壓—（在線淬火）—矯直（拉伸或輥矯）—熱處理—表面處理—檢測(cè)銅管：鑄錠—加熱—擠壓—酸洗—（冷軋）—冷拉—熱處理—剪切—檢測(cè),擠壓方法的選擇 主要根據(jù)被擠壓金屬的性能、產(chǎn)品質(zhì)量要求進(jìn)行選擇：脫皮擠壓（易縮尾材料，如H62）靜液擠壓（低塑性材料，如粉體材料）包套擠壓（易氧化材料、低塑性材料，如Ti、Zr）等溫?cái)D壓（熱塑性

41、較差；要求性能均勻，如LY12）焊接擠壓（焊接性好，形狀復(fù)雜）液體擠壓（低熔點(diǎn)材料，如Pb) 對(duì)于鋁合金型材擠壓：一般采用無潤(rùn)滑正向擠壓,擠壓機(jī)的選擇 ①單動(dòng)擠壓機(jī)與雙動(dòng)擠壓機(jī) 單動(dòng)式擠壓機(jī)無獨(dú)立穿孔系統(tǒng)，適于擠壓實(shí)心型材與棒材；使用空心錠與隨動(dòng)針，或使用實(shí)心錠與組合模，亦可擠壓管材與空心型材。雙動(dòng)式擠壓機(jī)具有獨(dú)立穿孔系統(tǒng)，一般用于擠壓管材；更換實(shí)心的擠壓桿與擠壓墊亦可擠壓型材與棒材（浪

42、費(fèi)）。 ②正向擠壓機(jī)與反向擠壓機(jī) 正向擠壓機(jī)已使用于所有擠壓過程擠壓各種制品。在擠壓條件相同時(shí)，反向擠壓機(jī)相對(duì)于正向擠壓機(jī)可節(jié)能20~40%，制品質(zhì)量、成品率和生產(chǎn)率均較高。但是，由于制品規(guī)格受工具長(zhǎng)度限制，并對(duì)錠坯表面質(zhì)量要求高，操作較復(fù)雜，國(guó)內(nèi)外使用反向擠壓機(jī)尚不如正向擠壓機(jī)廣泛。 ③臥式擠壓機(jī)與立式擠壓 臥式擠壓機(jī)的操作、監(jiān)測(cè)和維修均較方便，普遍使用于所有規(guī)格、各種合金制品的擠壓。

43、但是臥式擠壓機(jī)容易失調(diào)，擠壓桿、穿孔針、擠壓筒、模座不對(duì)中，使管材壁厚不均或型材擠壓時(shí)流動(dòng)不均勻。中、小管材一般可在立式擠壓機(jī)上生產(chǎn)而無嚴(yán)重壁厚不均（偏心）。在立式擠壓機(jī)上甚至可擠壓外徑小于30mm的薄壁管。,擠壓工藝參數(shù)擠壓溫度 可擠壓性: 可擠壓性為金屬材料的內(nèi)在性能，即在擠壓加工過程中成材的可能性。它包括在高溫條件下金屬與合金的變形抗力與塑性這兩個(gè)指標(biāo)。 將金屬加熱進(jìn)行熱塑性變形時(shí)，加熱溫度一般是合金熔點(diǎn)絕對(duì)溫

44、度的0.75~0.95倍。因此，應(yīng)查找金屬熔點(diǎn)和該成分合金在相圖上固相點(diǎn)溫度，確定擠壓溫度的上限，以避免擠壓時(shí)的熱脆性。其次，高溫時(shí)存在相變的合金，最好在單相區(qū)熱擠壓。 塑性 : 金屬應(yīng)盡量在高溫塑性范圍的溫度條件下進(jìn)行熱擠壓，以免產(chǎn)生周期性橫向裂紋。同時(shí)，應(yīng)注意到金屬與合金在熱狀態(tài)下的表面性質(zhì)，以防止表面過燒。 變形抗力： 擠壓溫度范圍的下限，除了考慮材料的高溫塑性，還應(yīng)使其變形抗力不得太高。例如，紫銅在室溫時(shí)的抗

45、拉強(qiáng)度為170MPa，加熱到700℃時(shí)便降低到30MPa。在同一條件下，高溫條件擠壓較之低溫可增大變形程度和錠坯尺寸。 根據(jù)上述分析，可以確定各種金屬與合金的高塑性與低變形抗力的溫度范圍，從而選擇合理的擠壓溫度。,擠壓工藝參數(shù)擠壓溫度 制品質(zhì)量對(duì)擠壓溫度的要求1）制品尺寸 制品出?？讜r(shí)的溫度沿長(zhǎng)度方向上波動(dòng)，冷卻后的斷面尺寸沿長(zhǎng)度上亦存在波動(dòng)。一旦制品斷面尺寸沿長(zhǎng)度上存在波動(dòng)，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，切不可首

46、先判斷為“?？啄p”而急于換模和修模。比較實(shí)際的方法是，首先檢查與調(diào)整錠坯的原始溫度，無法及時(shí)調(diào)整時(shí)則嚴(yán)格控制擠壓速度。 2）組織與性能 錠坯原始溫度對(duì)流動(dòng)不均勻性和組織、性能起著重要的影響。一般，為了保證制品的組織、性能，對(duì)錠坯表面易產(chǎn)生過硬氧化皮或易粘結(jié)工具的金屬材料，擠壓溫度不宜過高；對(duì)有合金相變的材料，應(yīng)避開相變溫度并采用適于加工的相的溫度范圍；對(duì)具有明顯粗晶環(huán)和擠壓效應(yīng)的合金，以及利用制品出口溫度進(jìn)行立即淬火 的鋁

47、合金等，應(yīng)采用高的加熱溫度；為保 證制品性能均一性可采用等溫?cái)D壓技術(shù)， 簡(jiǎn)便的方法是，擠壓速度不變而使用梯溫 加熱的錠坯，如圖所示。,擠壓工藝參數(shù)擠壓溫度 制品質(zhì)量對(duì)擠壓溫度的要求3）表面質(zhì)量 易于粘結(jié)工具的錠坯，無論是工具表面損傷還是粘結(jié)金屬，都會(huì)使制品表面質(zhì)量惡化。因此，此類金屬材料應(yīng)在較低的溫度范圍加熱。 4）焊縫性能 使用組合模擠

48、壓空心型材與管材時(shí)，應(yīng)提高擠壓溫度來提高被擠材料的焊合性能，以保證制品的焊縫質(zhì)量。,擠壓工藝參數(shù)擠壓溫度擠壓時(shí)的變形熱 在確定擠壓溫度與出口溫度的關(guān)系時(shí)，一個(gè)不可忽視的因素是擠壓時(shí)的變形熱和摩擦熱。金屬在塑性變形時(shí)90~95%的變形能轉(zhuǎn)化為熱量。與其它壓力加工方法相比，擠壓法的一次變形量很大，而強(qiáng)烈的三向壓應(yīng)力狀態(tài)又使錠坯金屬的變形抗力增大。擠壓時(shí)?？缀蛿D壓筒與金屬的摩擦產(chǎn)生的熱量中，后者占有較大的比例并與

49、錠坯長(zhǎng)度與正比關(guān)系。因此，擠壓時(shí)產(chǎn)生的這種附加熱量是很大的，可使制品溫度上升幾十度，甚至300℃以上。 由變形熱引起的溫度可用下式計(jì)算： ℃ 式中 k——提高物體晶體點(diǎn)陣能所消耗的功的系數(shù)，k=0.9～1.0； V——變形物體體積；ρ——金屬密度； ——變形區(qū)內(nèi)金屬平均變

50、形抗力； i——i=lnλ，擠壓比的對(duì)數(shù)值。 6063、6061鋁合金擠壓溫度430-520 ℃；擠壓比?=30-80,,,擠壓工藝參數(shù)擠壓速度和金屬流出速度 擠壓時(shí)的速度一般可分為三種： 擠壓速度vj——擠壓機(jī)主柱塞、擠壓桿與擠壓墊的移動(dòng)速度； 金屬流出速度vl——金屬流出?？讜r(shí)的速度，vl=λ·vj； 金屬變形速度ε（亦稱變形速率）——單位時(shí)間內(nèi)變形量變

51、 化的大小， ，其平均變形速度為 。 在擠壓時(shí)，一般比較注重金屬流出速度vl。這是因?yàn)関l值范圍取決于金屬在擠壓溫度下的塑性，以使制品不產(chǎn)生裂紋。根據(jù)允許的vl范圍和擠壓比λ計(jì)算的vj，用以控制擠壓過程。變形速度一般應(yīng)用于理論分析。當(dāng)變形程度一定時(shí)，金屬流出速度越高，相應(yīng)的變形速度越高，金屬將產(chǎn)生硬化使變形抗力增高。,,,,,擠

52、壓工藝參數(shù)擠壓速度和金屬流出速度確定金屬流出速度vl時(shí)，應(yīng)當(dāng)全面考慮以下幾個(gè)因素的綜合作用：① 金屬與合金的可擠壓性： 只要允許，越快越好；與擠壓溫度的交叉作用② 制品質(zhì)量要求： 擠壓速度或變形區(qū)內(nèi)金屬流動(dòng)速度越快，金屬流動(dòng)不均勻性越嚴(yán)重。擠壓型材，特別是壁厚不均、斷面形狀無對(duì)稱軸的斷面形狀復(fù)雜的型材時(shí)，為避免充不滿?？缀途植慨a(chǎn)生較大的附加應(yīng)力，或擠制品產(chǎn)生縱向上的彎曲與扭擰，要求其金屬流出速度較圓棒擠壓低。擠制

53、管材時(shí)的金屬流出速度，可比棒材的高些。表面摩擦狀態(tài)差的，較之潤(rùn)滑條件好，且表面不粘結(jié)金屬的流出速度低。,,,,,擠壓工藝參數(shù)擠壓速度和金屬流出速度對(duì)同一合金來說，較高擠壓溫度下控制的流出速度應(yīng)比低溫時(shí)的低些。高溫時(shí)易產(chǎn)生表面粘結(jié)的一些易變形合金，進(jìn)一步提高擠壓速度將會(huì)使出口溫度升高，引起金屬與工具間的粘結(jié)，導(dǎo)致制品表面質(zhì)量惡化，同時(shí)也降低了流出?？椎闹破妨W(xué)性能。為了提高空心型材與管材的橫向力學(xué)性能，使用組合模擠壓時(shí)要求一定的

54、焊縫質(zhì)量，即焊縫強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到基體金屬?gòu)?qiáng)度的95%。為此，各股分流的金屬在組合模焊合腔內(nèi)應(yīng)有必要的接觸時(shí)間和壓力，使金屬有充分的擴(kuò)散過程，而不能任意提高組合模擠壓時(shí)的流出速度。當(dāng)需要較高的擠壓速度以提高生產(chǎn)率時(shí)，可設(shè)計(jì)較大的焊合腔體積或焊合腔高度，以保證制品焊縫強(qiáng)度。,,,,,擠壓工藝參數(shù)擠壓速度和金屬流出速度③ 設(shè)備能力限制 擠壓速度是受擠壓機(jī)能力制約的。首先，擠壓速度的提高將使變形速度升高，金屬變形抗力增大，不允許擠壓力

55、超過設(shè)備能力。其次，應(yīng)檢驗(yàn)擠壓速度提高所要求的高壓泵液體流量（擠壓機(jī)主缸容積）是否能得到保證。使用水泵站集中傳動(dòng)時(shí)，一般不會(huì)為一臺(tái)擠壓機(jī)的高速擠壓而停止其余機(jī)臺(tái)的生產(chǎn)；高壓泵單獨(dú)傳動(dòng)時(shí)，高速擠壓能否實(shí)現(xiàn)與高壓泵生產(chǎn)率（l/min）有關(guān)。此外，還應(yīng)考慮到錠坯加熱爐的生產(chǎn)能力。加熱爐的加熱制度（加熱溫度、保溫時(shí)間）與錠坯個(gè)數(shù)，應(yīng)當(dāng)滿足擠壓機(jī)生產(chǎn)的要求。用一般擠壓速度所選擇的配套設(shè)備擠壓時(shí)，若不適當(dāng)?shù)靥岣邤D壓速度，會(huì)縮短錠坯加熱時(shí)間，使加熱“

56、不透”的錠坯投入生產(chǎn)。雖有可能采用較長(zhǎng)錠坯以延長(zhǎng)擠壓周期，緩和加熱工序與擠壓工序間的不平衡關(guān)系，但是設(shè)備能力、工具尺寸和金屬成品率是否允許也值得考慮。,,,,,擠壓工藝參數(shù)擠壓速度和金屬流出速度④ 最大擠壓速度 擠壓力是被擠金屬材料變形抗力的函數(shù)。熱加工的目的，是利用金屬材料在高溫時(shí)屈服應(yīng)力下降這一現(xiàn)象來實(shí)現(xiàn)大變形量加工。具有高變形抗力的合金必須加熱到高的變形溫度。但是，如果錠坯原始溫度和擠壓速度的選擇使制品出口溫度非常

57、接近該合金的固相線溫度時(shí)，制品表面將產(chǎn)生裂紋或變得粗糙，質(zhì)量變壞。 如圖所示為最大擠壓速度和出口溫度之間的 關(guān)系曲線。圖中給出兩條極限曲線：一條 表示設(shè)備能力的擠壓力極限曲線，超過它 不可能實(shí)現(xiàn)擠壓；另一條表示合金制品表 面開始撕裂的冶金學(xué)極限。兩條曲線之間 的面積提供了該合金擠壓所允許的加工工 藝參數(shù)范圍，而兩線交點(diǎn)提供了理論上最 大擠壓速度和相應(yīng)的最佳出口溫度。應(yīng)強(qiáng) 調(diào)的是，這個(gè)最佳值只是從擠壓速度角度

58、 出發(fā)的，不一定能滿足制品的物理——冶 金性能要求。 6063鋁合金擠出速度：管15-80m/min，型材8-20m/min,,,,,擠壓工藝參數(shù)擠壓比 擠壓比一般根據(jù)生產(chǎn)工藝流程確定，其值大致控制在6~100范圍內(nèi)。① 金屬與合金的可擠壓性 確定了擠壓溫度后，隨著擠壓比的增大制品流出?？椎臏囟扰c速度均升高。為避免產(chǎn)生制品表面的粗糙化與裂紋，應(yīng)選擇適當(dāng)擠壓比。② 制品質(zhì)量要求

59、 根據(jù)制品斷面上的組織與性能要求，擠壓熱加工態(tài)（R態(tài)）的制品時(shí)，擠壓比一般不得小于10~12。在擠壓需繼續(xù)加工（如軋制、拉伸、或鍛造等）的毛料時(shí)，擠壓比最好不小于5。擠壓用于二次擠壓的毛料，一般不限制擠壓比的大小，只根據(jù)二次擠壓的擠壓筒規(guī)格來推算出一次擠壓的擠壓比。擠壓小斷面型材時(shí)，為了使金屬流動(dòng)較為均勻，可采用多模孔擠壓；降低擠壓比，可獲得表面質(zhì)量較好的擠制品；使用組合模擠壓空心型材時(shí)，應(yīng)盡可能采用較高的擠壓比（以及較高的擠壓溫

60、度與較長(zhǎng)的焊合腔）值，以保證制品焊縫質(zhì)量。③ 設(shè)備能力限制 根據(jù)擠壓力與擠壓比的對(duì)數(shù)（i=lnλ）成正比的關(guān)系，綜合考慮擠壓筒直徑（擠壓墊上的單位擠壓力）和金屬材料在擠壓溫度下所需的擠壓應(yīng)力大小，使所確定的擠壓比值既能實(shí)現(xiàn)擠壓過程又不超過設(shè)備的能力。,,,,,擠壓工藝參數(shù)擠壓時(shí)的潤(rùn)滑 大多數(shù)金屬材料使用平模熱擠壓型材與棒材。平模工作面與擠壓筒壁交接處存在一個(gè)環(huán)形的死區(qū)，它可有效地阻止錠坯表面上的氧化物、夾質(zhì)與灰塵進(jìn)入

61、制品表面。因此，不允許涂抹潤(rùn)滑劑。當(dāng)使用組合模擠壓空心型材與管材時(shí)，為了保證焊縫質(zhì)量，絕對(duì)不允許潤(rùn)滑。當(dāng)使用組合模擠壓空心型材與管材時(shí)，為了保證焊縫質(zhì)量，絕對(duì)不允許潤(rùn)滑。熱擠硬鋁合金時(shí)，采用石墨潤(rùn)滑劑可以提高流出速度1.5~2倍，能防止粗晶環(huán)的形成，減少制品沿長(zhǎng)度上的組織與性能不均勻性，并可提高制品尺寸精度。大多數(shù)銅及銅合金管棒材的擠壓，可采用45號(hào)機(jī)油和0~30%鱗片狀石墨調(diào)制成的潤(rùn)滑劑；實(shí)際生產(chǎn)中多采用瀝青潤(rùn)滑。擠壓高溫高

62、強(qiáng)合金如銅鎳合金、鎳、鈦及鋼時(shí)，目前大多采用了玻璃潤(rùn)滑劑。,,,,,擠壓工藝參數(shù)錠坯選擇：考慮擠壓摩擦力、錠坯冷卻、幾何損失 用以擠壓管、棒、型、線材的錠坯一般為實(shí)心圓錠坯。在下列條件下生產(chǎn)管材時(shí)最好使用空心錠坯：① 擠壓高溫高強(qiáng)合金材料，例如鋼管和錫磷青銅管材時(shí)；② 擠壓重要用途的薄壁管材，且應(yīng)防止穿孔過程中所產(chǎn)生的錠坯微裂紋時(shí)；③ 擠壓某些異型管材，特別是內(nèi)孔較小不宜穿孔的雙孔管材時(shí)；④ 擠壓極易粘結(jié)穿孔針的稀有金屬管材時(shí)；⑤

63、使用無獨(dú)立穿孔系統(tǒng)擠壓機(jī)與錐模擠壓管材時(shí)。,,,,,擠壓工藝參數(shù)錠坯選擇錠坯直徑：計(jì)算錠坯直徑時(shí)，應(yīng)綜合考慮擠壓筒直徑、錠坯直徑偏差量、加熱膨脹后仍能順利進(jìn)入筒內(nèi)等因素。 鋁合金熱擠壓：錠坯直徑與擠壓筒的間隙ΔD=3~10 mm 錠坯長(zhǎng)度計(jì)算圓斷面錠坯長(zhǎng)度Lp可按下式計(jì)算： 式中 λ、λc——擠壓比和填充系數(shù)； L1——要

64、求供給下工序的毛坯長(zhǎng)度（未中斷）； l1、l2——L1的長(zhǎng)度裕量和切頭尾長(zhǎng)，對(duì)穿孔料頭應(yīng)按 實(shí)心斷面計(jì)入，穿孔料頭長(zhǎng)為其直徑的1~1.5倍； m——擠壓根數(shù)； hy——壓余厚度。,,,,,,工藝計(jì)算擠壓力計(jì)算擠壓機(jī)能力校核擠壓工、模具強(qiáng)度校核編制工藝卡后續(xù)工序拉伸矯直：形成一些工藝廢料鋸切：切定尺（6m)，形成幾何廢料固溶與淬火處理：T6

65、狀態(tài)，T5狀態(tài)無此工序人工時(shí)效處理陽極氧化檢驗(yàn)、包裝,,,,,,T6：熱擠壓—固溶熱處理—淬火—時(shí)效T5：熱擠壓（在線淬火）—時(shí)效,擠壓生產(chǎn)管理工藝管理：對(duì)擠壓工藝執(zhí)行情況的管理質(zhì)量管理設(shè)備管理：包括工、模具管理經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)管理生產(chǎn)組織三種平衡：金屬平衡、設(shè)備負(fù)荷平衡、勞動(dòng)力平衡設(shè)備負(fù)荷率、成材率、投料系數(shù)效益來源于技術(shù)與管理,,,,,,,3.2.6 工藝卡的制訂方法,擠壓設(shè)備加熱爐擠壓機(jī)輔助機(jī)構(gòu)擠

66、壓工、模具基本工具：擠壓筒、擠壓軸、軸套、軸座、擠壓墊、模支撐、支撐環(huán)等等模具：模子、模墊、穿孔針輔助工具：牽引裝置、導(dǎo)路、吊鉗等,第四節(jié) 擠壓裝備與工模具,加熱爐燃料爐：油爐和煤氣爐 特點(diǎn)：加熱效率高、成本低、投資少??中小企業(yè)采用；爐溫不易控制、勞動(dòng)條件差、自動(dòng)化程度低電阻加熱爐：爐溫易于控制，加熱質(zhì)量好，占地面積少，勞動(dòng)條件好，自動(dòng)化程度較高；加熱效率較低、成本高、投資大感應(yīng)加熱爐：主要使用50Hz工頻感應(yīng)加熱

67、爐。加熱速度快，體積小，耗電少，自動(dòng)化程度高,擠壓機(jī)按結(jié)構(gòu)形式分：立式擠壓機(jī)和臥式擠壓機(jī)按傳動(dòng)方式分：機(jī)械式擠壓機(jī)、油壓機(jī)、水壓機(jī)按穿孔系統(tǒng)分：不帶穿孔系統(tǒng)的擠壓機(jī)、內(nèi)置式穿孔擠壓機(jī)、外置式穿 孔擠壓機(jī)按模具裝置分： 鎖鍵式、滑動(dòng)模座式、 回旋模座式,擠壓機(jī),擠壓機(jī)模座：用于組裝模具。 縱動(dòng)式、橫動(dòng) 式、轉(zhuǎn)動(dòng)式、

68、 聯(lián)合式供錠機(jī)構(gòu)：直線式、回轉(zhuǎn)式擠壓墊與壓余分離裝置制品牽引機(jī)構(gòu)鋸切裝置拉矯裝置,擠壓機(jī),鋸切機(jī),冷床,擠壓機(jī),拉伸矯直機(jī),在線淬火,擠壓模具a—平面模；b—平面分流組合模；c—叉架式組合模；d—舌形模（橋模）,,擠壓模具,,實(shí)心平模,分流組合模,擠壓模具,,導(dǎo)流模,擠壓模具,,擠壓模具,,空心型材擠壓模具,擠壓筒,報(bào)廢的擠壓模,擠壓設(shè)備發(fā)展動(dòng)態(tài) 擠壓設(shè)備是擠壓技術(shù)的重要組成部分，隨擠壓新