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挤压拉拔1.挤压的定义 所谓挤压，就是对放在容器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。 挤压的基本原理示意图 2.挤压生产的优缺点 § 优点： 具有最强烈的三向压应力状态； 生产范围广，产品规格、品种多； 生产灵活性大，适合小批量生产； 产品尺寸精度高，表面质量好； 设备投资少，厂房面积小； 易实现自动化生产 § 缺点： 几何废料损失大； 金属流动不均匀； 挤压速度低，辅助时间长； 工具损耗大，成本高。 3.正向挤压法 定义：金属的流动方向与挤压杆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。 反向挤压法 定义：金属的流动方向与挤压杆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.挤压时金属的变形流动 (1).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) 、基本和终了挤压三个阶段。 (2)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c 来表示： c =F0 / Fp (3)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 6.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。 7.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，s增大； c、摩擦阻力大。 从能量学角度来看，金属沿着图2-6中adc曲面流动所消耗的能量较小。 (3)影响死区大小的因素： a、模角 模角大，死区大； b、摩擦系数f 摩擦系数大，死区大； c、挤压比挤压比大，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s 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 8. 后端难变形区 产生原因：挤压垫的冷却和摩擦作用。 9.剧烈变形区 如图2-8所示，在变形区压缩锥与死区的交界处，发生强烈的剪切变形，使晶粒破碎非常严重。 这一部分金属流出模孔后位于制品的表面层，造成制品内外层晶粒大小不同，外层细小，内层粗大，从而造成机械性能不均匀。在热处理后易形成粗晶环。 10.终了挤压阶段特点： 金属的横向流动剧烈增加，并产生环流； 挤压力增加； 产生挤压缩尾。 挤压缩尾：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。 11.挤压缩尾的形式 三种：中心缩尾、环形缩尾、皮下缩尾。 A、中心缩尾 筒内剩余的锭坯高度较小，金属处于紊流状态，径向流动速度增加。 将锭坯表面的氧化物、油污等集聚到锭坯的中心部位。 进入制品内部，形成中心缩尾。 随着挤压过程进一步进行，径向流动的金属无法满足中心部位的短缺，于是在制品中心尾部出现了漏斗状的空缺，即中空缩尾。 B、环形缩尾 随着挤压过程进行，堆积在挤压垫与挤压筒角落部位中的带有各种缺陷和污物的金属会越来越多。 挤压末期，当中间金属供应不足，边部金属开始发生径向流动时，这部分金属将沿着后端难变形区的边界进入锭坯的中间部位。 流入制品中，形成环形缩尾。 挤压厚壁管材时，将形成内成层。 C、皮下缩尾 死区与塑性流动区界面因剧烈滑移使金属受到很大剪切变形而断裂。 表面层带有氧化物、各种表面缺陷及污物的金属，会沿着断裂面流出。 与此同时，死区金属也逐渐流出模孔包覆在制品的表面上，形成皮下缩尾或起皮。 12. 减少挤压缩尾的措施 对锭坯表面进行机械加工车皮。 采用热剥皮挤压，如图2-14。 采用脱皮挤压，如图2-15 进行不完全挤压留压余。 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。 13. 变形区及死区 死区 死区很小，紧靠模子端面。死区的高度约为挤压筒直径的1/81/4。 变形区. 变形区 变形区紧靠模面，集中在模孔附近。变形区的高度与摩擦系数及挤压温度有关，一般小于挤压筒直径的1/3。 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。 目前，用于计算各种条件下挤压力的算式有几十个，归纳起来分为以下几组： 借助塑性方程式求解应力平衡微分方程式所得的计算式； 利用滑移线法求解平衡方程式所得的计算式； 根据最小功原理和采用变分法所建立起来的计算式； 经验式、简化式。 各计算式的精度除了与其结构合理性有关外，在很大程度上取决于式中各参数选择是否合理与准确程度 挤压力组成： P =R锥 + T锥 + T筒 + T定 + T垫 + Q + I R锥 使金属产生塑性变形所需的力； T锥 压缩锥侧表面上的摩擦力； T筒 挤压筒壁和穿孔针表面的摩擦力； T定 模孔工作带上的摩擦力； T垫 挤压垫接触表面上的摩擦力； Q作用在制品上的反压力或牵引力； I 挤压速度变化引起的惯性力。 16.影响挤压力的主要因素 金属的变形抗力 挤压力大小与金属的变形抗力成正比。 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。 图3-2是纯铝锭坯组织、均匀化退火时间及挤压速度对挤压力的影响曲线。 锭坯的规格及长度 锭坯的规格对挤压力的影响是通过摩擦力产生作用的。锭坯的越粗、越长，挤压力越大。 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。图3-3是不同挤压温度下6063铝合金挤压力与挤压比之间关系曲线。 变形温度 变形温度对挤压力的影响，是通过变形抗力的大小反映出来的。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 。 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。如果无温度、外摩擦条件的变化，挤压力与挤压速度之间成线性关系，如图3-4所示 外摩擦条件的影响 模角 模角对挤压力的影响如图3-5所示。随着模角增大，金属进入变形区压缩锥所产生的附加弯曲变形增大，所需要消耗的金属变形功增大；但模角增大又会使变形区压缩锥缩短，降低模子锥面上的摩擦阻力，二者叠加的结果必然会出现一挤压力最小值。这时的模角称为最佳模角。一般情况下，当在45° 60°范围时挤压力最小。 挤压方式的影响 反向挤压比同等条件下正向挤压在突破阶段所需要的挤压力低30% 40%；润滑穿孔针挤压时作用在穿孔针上的摩擦拉力约是同等条件下不润滑穿孔针的四分之一；随动针挤压比固定针挤压时的挤压力小。 17.穿孔力计算 穿孔应力 穿孔力 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，为金属导热率，Dt为挤压筒直径。 18.粗晶环 概念 许多合金热挤压制品，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。 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。 19.粗晶环对制品性能的影响 粗晶区的纵向强度(b、0.2)比细晶区的低。 粗晶区的疲劳强度低； 淬火时易沿晶界产生应力裂纹； 锻造时易产生表面裂纹； 粗、细晶区冲击韧性值差别不大； 粗晶区的缺口敏感性比细晶区的小。 20影响粗晶环的因素 A 、合金元素的影响 铝合金的粗晶组织，与合金中过渡族元素Mn、Cr、Ti、Zr等的含量有关。不含或含少量过渡族元素的铝合金挤压制品中不形成粗晶环。 B 、 锭坯均匀化的影响 对于含有过渡族元素的铝合金挤压制品，均匀化退火温度越高，时间越长，粗晶环越深。 C 、挤压温度的影响 挤压温度影响包括锭坯加热温度和挤压筒温度的共同影响。 当二者温度相差不大时，可以获得粗晶环深度浅而晶粒细小的组织。 如果二者温差较大，且锭温高于筒温，这时如果提高锭坯的加热温度，一方面使变形的不均匀性增大；另一方面也会促使第二相的析出并聚集，有利于形成粗大晶粒。 D、 合金中的应力状态的影响 拉应力大的地方，粗晶环较深。 E 、挤压方式的影响 正挤压的粗晶环深；反挤压的浅，甚至可生产无粗晶环的制品。 润滑挤压的粗晶环浅。 F、 变形程度的影响 正向挤压时，随着变形程度的增加，金属的不均匀变形增大，使粗晶环深度增加。 21. 挤压效应 某些高合金化、并含有过渡族元素的铝合金挤压制品，经过同一热处理后，其纵向上的抗拉强度比其他加工制品的高，而伸长率较低，这种现象称为挤压效应。 A 、内因合金元素 凡是含有过渡族元素的热处理可强化铝合金，都会产生挤压效应。 在铸造结晶过程中，过渡族元素与铝形成的化合物MnAl6、CrAl7等质点从过饱和固溶体中弥散析出，分散在固溶体内树枝状晶的周围构成网状膜。防碍了再结晶过程进行，使再结晶温度提高。 过渡族元素Mn、Cr本身在铝中的扩散系数很低，在固溶体内也防碍金属自扩散的进行，阻碍了再结晶过程的进行，使金属的再结晶温度提高。 B 、外因变形与织构 在挤压过程中，变形区内金属流动平稳，网状膜不破坏。 晶粒沿挤压方向被拉长，形成了较强的111织构，即制品内大多数晶粒的111晶向按挤压方向取向，使制品的纵向抗拉强度提高。 结果，在淬火加热过程中不易发生再结晶或再结晶进行不完全。 挤压效应的本质：在淬火后的制品中仍保留着未再结晶组织。 22. 影响挤压效应的因素 A 、其他添加元素的影响 例如：在Al-Zn-Mg和Al-Zn-Mg-Cu系合金中，提高杂质Fe、Si含量，会使挤压效应减弱。 B 、锭坯均匀化的影响 均匀化退火温度越高，保温时间越长，冷却速度越慢，挤压效应的损失越大。 C 、挤压温度的影响 挤压温度的影响主要取决于合金中的Mn含量。 对于含Mn量很少的6A02合金，挤压温度对其性能影响不大。 对于Mn含量超过0.8%的硬铝合金，挤压温度的影响也不大。 在% Mn含量范围，挤压温度对制品的挤压效应有明显影响。挤压温度低，易产生再结晶，其结果使挤压效应消失或减弱。 例如：含Mn量为0.4%和0.46%的2A12合金不同挤压温度下的机械性能见下表4-4。 D 、变形程度的影响 变形程度对硬铝合金挤压效应的影响与合金中的含Mn量有关。 当不含Mn或含少量Mn时，增大变形程度使2A12合金挤压效应降低。 当2A12合金含Mn量在0.36%1.0%范围时，随含Mn量的提高，变形程度越大，挤压效应越显著。 E 、分散变形的影响 采用二次挤压，挤压效应全部消失。 F、 淬火温度与保温时间的影响 淬火加热温度越高，保温时间越长，挤压效应损失越大。 22. 挤压制品的质量控制 质量包括：横断面上和长度上的形状与尺寸，表面质量以及组织与性能。 一、制品断面形状与尺寸 1. 型材挤压时的流动不均匀性拉薄，扩口，并口 2. 工作带过短，挤压比和挤压速度过大制品外形，尺寸不规则 3. 模孔变形：断面形状与尺寸不合要求 4. 工具模不对中或变形管材偏心 二、制品长度上的形状： 1.弯曲 2.扭拧 三、制品表面质量 1. 周期裂纹：金属流动不均匀所导致的局部金属内附加拉应力而引起的外形相似，距离相等呈周期分布。 裂纹产生的过程是一种能量集聚与释放过程。流速：V外 < V内，表面裂纹 V外 > V内，中心裂纹 防止周期横向裂纹措施：p60 2. 气泡与起皮： 气泡：未逸出气体分散在锭坯内形成的。 起皮、；挤压过程中，模孔内浅表皮下气泡被拉破形成起皮。 3. 异物压入 4. 划伤与摖伤 5. 挤压制品焊缝质量： 优质焊缝质量措施： P61 23. 挤压设备的结构及主要部件 模座 机架；形式：框架式和张力柱式两类。 框架式 主要在立式挤压机上采用。有整体铸造的和厚钢板焊接。 张力柱式 主要在卧式挤压机上采用。将前、后机架通过3或4个张力柱连接在一起。 导轨；导轨是用来支承挤压活动横梁和挤压筒座的。 残料分离装置 主要由液压缸和分离剪组成，用于分离压余。不同类型、结构的挤压机，残料分离装置的结构、分离压余的方式，以及安装的位置不完全相同。 挤压筒装置 主要由挤压筒衬套、挤压筒座、挤压筒盖和挤压筒移动缸组成。 挤压杆装置 主要由工作部分、过度部分和大头部分组成。挤压杆的工作部分直径较细，便于进出挤压筒；大头部分用于与活动横梁稳定连接。双动挤压机的挤压杆是空心的，便于穿孔针进出。 活动横梁装置 用于将主柱塞和挤压杆连接起来，并借助于有关缸实现主柱塞和挤压杆的返回。对挤压杆的运动起导向作用。 穿孔横梁装置 将穿孔柱塞和穿孔工具连接起来，并借助有关缸实现穿孔柱塞和穿孔针返回 缸 主缸：固定在后机架上，产生挤压力，推动主柱塞前进。 主柱塞返回缸：有2个。一般固定在后机架的两侧。在挤压结束后，带动活动横梁后退，推动主柱塞返回。在挤压时，也可以产生压力，与主柱塞一起推动活动横梁前进。 穿孔缸：根据与主缸的相对位置分为后置式、侧置式、内置式等3种类型。产生穿孔力，对实心锭进行穿孔。 穿孔返回缸：有2个。在挤压结束后，推动穿孔横梁带动穿孔针返回。 挤压筒移动缸：有2个。通常安装在前机架上。 模座移动缸：对横动式模座，一般安装在前机架的侧边；纵动式模座，安装在可移动出料台的下方。 残料分离剪缸：对横动式模座挤压机，一般安装在前机架的上方；纵动式模座挤压机，安装在前机架的前方。 锁板缸：对于有纵动式模座的挤压机，在前机架上方的窗口部位安装有锁板，由于在挤压过程中锁牢模座。 挤压垫分离剪缸：对于有些有纵动式模座的挤压机，在前机架前方残料分离剪的侧面安装有挤压垫与残料的分离剪。 24. 主要挤压工具 挤压模用于生产所需要的形状、尺寸的制品。 穿孔针对实心锭进行穿孔或用空心锭生产管材。 挤压垫防止高温金属与挤压杆直接接触，并防止金属倒流。 挤压杆用于传递主柱塞压力。 挤压筒用于容纳高温锭坯。 25. 挤压模设计 挤压模的结构类型 挤压模可按模孔压缩区的断面形状、挤压产品的品种、模孔的数目、挤压方法及工艺特点、模具结构等不同形式进行分类。归纳起来可分为四大类：整体模；拆卸模；组合模；专用模具 A）整体模 模子是由一块钢材加工制造成。广泛用于挤压普通型材、棒材、管材。 整体模按模孔压缩区的断面形状可分为7种：平模、锥模、平锥模、双锥模、流线模、平流线模、碗形模。最常用的是平模和锥模。 平模：挤压铝合金型材、棒材，镍合金，铜合金管、棒材。 锥模：挤压铝合金管材，高温合金钨、钼、锆等。 B）组合模： 生产内径较小的管材，各种形状的空心型材。 平面分流模：多用于挤压变形抗力低、焊合性能好的软合金空心型材。残料较少。 26. 单孔模设计 模角 平模：=90° 锥模：当 =4560°时，挤压力最小；当=4550°时，死区很小，甚至消失。挤压有色金属时通常选择 =6065°。 工作带长度h 工作带长度的确定原则： 最小长度应按照挤压时能保证制品断面尺寸的稳定性和工作带的耐磨性来确定，一般最短1.53mm。 最大长度应按照挤压时金属与工作带的最大有效接触长度来确定。铝合金一般最长不超过1520mm。 通常情况下：挤压轻合金工作带长度为28mm，常用35mm。黄铜、紫铜、青铜为812mm。白铜、镍合金为35mm。稀有难熔金属为48mm。 工作带直径 dg 确定时应考虑标准允许的尺寸偏差、冷却收缩量、模孔尺寸的变化、张力矫直时的断面收缩率等因素影响。 对于只考虑直径负偏差时： dg=d0 式中：d0棒材名义尺寸，mm； k综合系数。黄铜、镁合金、纯铝及软铝合金，取k=11.2%；硬铝合金取0.7%；紫铜取1.5%；青铜取1.7%。 模孔出口端直径 dch 为防止划伤制品表面，一般dch= dg+35mm 模孔入口圆角半径 r r 的作用：防止低塑性合金挤压时产生表面裂纹；减轻金属在进入工作带时产生的非接触变形；减轻高温挤压时模子入口棱角被压秃而很快改变模孔尺寸。 r 的取值与合金的强度、挤压温度及制品尺寸有关。 r 的取值：一般紫铜和黄铜取 r=25mm；白铜取48mm；蒙耐尔合金取1015mm；钢与钛合金取38mm；镁合金取13mm；铝合金取0.20.5mm。 模子外圆尺寸 D 模子的外圆直径主要是依据挤压机的吨位大小来确定，并考虑模具外形尺寸的系列化，便于更换、管理，一般在一台挤压机上最好只有12种规格。 对于棒材、管材、外接圆直径不大的型材和排材，一般取D=(0.80.85)D0 (D0挤压筒直径)。对外接圆直径较大、形状较复杂的型材及排材，取D=模子厚度尺寸 H 模子厚度主要根据强度要求及挤压机吨位来确定，一般 H=2570mm，万吨挤压机取90110mm。同样，模子厚度也应系列化。 模子的外形结构 正锥模操作时顺着挤压方向装入模支承内，其锥角一般为1°30´4°。 倒锥模操作时逆着挤压方向装入模支承内，其锥角一般取6°。 27. 采用多孔模设计 挤压直径较小的棒材、简单断面的小规格型材、线坯等时，为提高挤压机生产效率，避免挤压比过大引起挤压力过高或挤不动等，造成锭坯过短，成品率太低等，采用多孔模挤压。 28.模孔排列 a、模孔布置在距模子中心一定距离同心圆上，且各孔之间的距离相等； b、孔与孔间、模孔边部距筒壁间应保持一定距离。 同心圆直径D与挤压筒直径D0有如下关系： D=D0/a-0.1(n-2) 式中a为经验系数，一般为2.52.8，通常取2.6。 29. 模孔数目n的确定 n=F0/ 式中 F0挤压筒断面积； F1 单根制品断面积； 合理的挤压比范围。 挤压铝合金常用的挤压比范围见表5-1。 30. 模具设计中要解决的两个主要问题：金属流速不均；模具强度。 调整金属流速的主要措施 合理布置模孔 a、具有两个以上对称轴的型材，型材的重心布置在模子中心。 b、具有一个对称轴，且断面壁厚差较大的型材，型材重心相对模子中心偏移一定距离，且将金属不易流动的壁薄部位靠近模子中心。 c、壁厚差不太大，但断面较复杂的型材，将型材外接圆的圆心，布置在模子中心。 d、对于断面尺寸较小，或轴对称性很差的型材，可以采用多孔模排列。 确定合理的工作带长度 型材断面壁厚不同，可采用不等长工作带。即：型材断面壁厚处的工作带长度大于壁薄处。也就是说比周长小的部分工作带长度大于比周长大的部分。 设计阻碍角或促流角 阻碍角在型材壁厚处的模孔入口处做 一个小斜面，以增加金属的流动阻力，该斜面与模子轴线的夹角叫阻碍角，如图5-27所示。阻碍角一般取3° 12°，最大不超过15°。阻碍角的实验结果见图5-28。 促流角在型材壁较薄、金属不易流动的模孔入口端面处做一个促流斜面，该斜面与模子平面间的夹角叫促流角，如图5-29所示。促流角一般取3°10°。 采用平衡模孔 挤压某些对称性很差的型材，而模子上只能布置一个型材模孔时，为了平衡金属流速，采用平衡模孔方式。 设计附加筋条 挤压宽厚比很大的壁板型材时，如果对称性很差，可采用附加筋条或工艺余量的方式平衡金属流速。 设计导流模或导流腔 在型材模的前面，增加一个导流模或直接在型材模孔入口端加工一导流腔，迫使金属流向流动阻力大的模孔入口处。如图5-32所示。 31. 同心圆规则： a、先以整个型材断面上金属最难流出处为基准点，该处的工作带长度一般可取该处型材壁厚的1.5 2倍 。 b、与基准点相邻区段的工作带长度可为基准点的工作带长度加上1 。 c、当型材壁厚相同时，与模子中心距离相等处其工作带长度相同；由模子中心起，每相距10工作带长度的增减数值可按表5-4进行确定 。 d、当型材壁厚不相同时，模孔工作带长度的确定除应遵循上述规则外，还需依靠设计者的经验进行恰当确定。 32. 穿孔针与针座连接一般采用细牙螺纹。 33. 提高挤压工具的使用寿命的途径 一. 改进工具结构形状。 二. 制定和严格控制合理的挤压工艺参数。 三. 合理预热和冷却挤压工具。 四. 合理安装挤压工具。 五.改善挤压工具材料的制造和加工工艺。 34.挤压设备的类型 按传动类型；分液压和机械传动两大类 。 1）机械传动挤压机又分为传统机械传动挤压机和现代机械传动挤压机。 2）液压传动挤压机是当前应用最广泛的挤压设备。又分为水压机和油压机，目前应用最广泛的是油压机，但大吨位设备仍以水压机为主。 按总体结构形式；分为卧式和立式挤压机两大类。 卧式挤压机按挤压方法可分为正向、反向和联合挤压机，但其基本结构没有原则性差别。 按其用途和结构分为型棒挤压机和管棒挤压机，或者称为单动式挤压机和复动式挤压机。二者主要区别是后者有独立的穿孔系统。 35. 机架 机架的形式：框架式和张力柱式两类。 36. 挤压设备的结构及主要部件 图5-3 后置式双动挤压机工作缸布置 图5-4 侧置式双动挤压机工作缸布置 图5-5 内置式双动挤压机工作缸布置 37. 挤压筒结构 主要由挤压筒衬套、挤压筒座、挤压筒盖和挤压筒移动缸组成。 38. 挤压方法 脱皮挤压：挤压因金属流动不均形成挤压缩尾的铜合金棒材，如黄铜和铝青铜。 静液挤压：挤压低塑性金属材料、复合金属制品、粉末材料成型等。 包套挤压：挤压表面摩擦强烈、易粘结工具、易氧化或易受大气污染的金属材料，如钛及其合金、铌、铍、锆等金属材料；高脆性或热脆性金属材料等。 焊接挤压：挤压空心型材。 润滑挤压：挤压钢材、钛合金、钨、钼、镍合金等金属材料。 反向挤压：适合挤压管、棒材，特别是挤压要求组织性能均匀、粗晶环深度很浅的制品。 无润滑挤压：挤压铝、镁合金型、棒材，对于铝合金管材，常常需要对穿孔针进行润滑。 水封挤压：能够在挤压机上实现淬火的合金制品的挤压 宽展挤压：挤压宽度大于或接近挤压筒直径的制品。 多孔模挤压：在大吨位挤压机上挤压小断面制品。 等温挤压：可以获得沿长度方向尺寸、组织性能较均一的制品。 热剥皮挤压：有利于提高制品表面质量，减少缩尾。 39. 挤压温度 T 的选择 合金状态图 根据合金的相图，确定挤压温度的上、下限。 上限： T上=(0.850.9) T固 下限：单相合金 T下=(0.650.7)T固；在温度降低时会产生相变的合金 T下=T相变+5070°C。 金属的塑性图 塑性最好的温度区间作为挤压温度范围。 再结晶图 根据晶粒度加工率终了温度的关系图，选择晶粒细小的温度范围为出模孔温度。 变形抗力图 在根据上述三种图确定的挤压温度范围内，再根据金属的变形抗力图，尽可能选择变形抗力较低的温度作为挤压温度。 另外，还应根据挤压过程的特点和产品的质量要求，对挤压温度进行修正： a 、高温易氧化或易粘结工具的金属，挤压温度不宜过高。 b 、要考虑变形热的作用，当变形程度较大时，应降低挤压温度。 c 、用组合模挤压空心制品时，为提高焊缝质量，应提高挤压温度。 d 、对于某些有一定特性的合金，在挤压时应提高挤压温度。例如：有明显粗晶环的铝合金，降低挤压温度，无疑是在挤压前使合金呈过饱和固溶体状态并加剧挤压变形过程中的第二相析出，促使淬火加热时粗晶环的生成。 对于有挤压效应的合金，降低挤压温度，将使挤压效应减弱，制品的强度降低。 对于利用出模孔温度进行淬火的铝合金，为保证制品出模孔时的温度能达到规定的淬火温度，也应提高挤压温度。 40. 实心型材的形状尺寸缺陷 一.扭拧 扭拧分为麻花状扭拧和螺旋状扭拧，如图7-1所示。 麻花状扭拧 主要原因：型材一个壁的两侧摩擦状况或工作带长度不一致。 判断方法：型材端头各处流速差不明显，有一纵向对称轴线，型材扭拧好似绕此轴线进行旋转。型材平面间隙不好，流速快的一侧有凸起。 修理方法：在流速快的一侧工作带处进行阻碍或在另一侧加快。 螺旋型扭拧 产生原因：当型材一个壁的流速大于其他壁的流速时，流速快的壁愈来愈长，就会绕流速慢的壁旋转。 判断方法：型材端头不齐，流速快的壁较流速慢的先流出模孔。 修模方法：将流速快的一侧加以阻碍或将流速慢的一侧加快。 二.波浪 产生原因：当型材某个壁流速较快，且刚性较小，而其他壁流速较慢且刚性较大，形不成扭拧时，此壁受到压应力作用而产生纵向弯曲波浪。 修模方法：在流速快的部位，通过加长工作带或做阻碍角进行阻碍。 三.侧弯 型材的侧弯缺陷多出现在扁条型材中，如图7-3所示。 产生原因：模孔两侧的工作带设计不当，锭坯加热不均匀，模孔布置不合理等，造成两端流速不均。 判断方法：制品沿纵向向左或向右形成均匀的镰刀形弯曲。 修模方法：将流速快的部位加以阻碍或将流速慢的部位加快；或在流速慢的模子端面上涂润滑油；或使锭坯加热均匀；或改善模孔分布状态。 四. 扩口 型材的扩口缺陷主要出现在槽形型材中，如图7-4所示。 产生原因：型材壁的工作带两侧流速不一致，使之向外凸起。向外凸起形成并口，反之形成扩口。 判断方法：检查平面间隙，凸起侧流速快。 修模方法：一般情况下，修模时将流速快的一侧加以阻碍。但轻微时，或沿型材长度方向扩口不是连续出现时，不必修模，可通过辊矫来校正。 五. 平面间隙不合格 平面间隙包括纵向间隙和横向间隙，如图7-5所示。 纵向间隙的产生原因：挤压排材时，若上下两侧金属流速不一致，就会上、下翘曲，产生纵向间隙。挤压型材时，某一部位的金属流速略有差异时，也会产生间隙。当流速差较大时，就会产生弯曲、弯头，很严重时发生堵模。 横向间隙产生的原因：挤压“T”形型材时，当立边两侧流速不均时，就会形成横向间隙。挤压槽形型材时，由于悬臂的弹性变形，引起底面产生横向间隙。 判断方法：将直尺或刀尺沿型材平面的纵向和横向平方，用塞尺进行测量判定其间隙大小。 修模方法：间隙如果是由于工作带设计不合理引起的流速不均所致，修模时将流速快的一侧工作带加以阻碍即可。如果是由于模子弹性变形引起尺寸变小和平面间隙不合格，则可将悬臂部分的工作带作一斜角来解决。 六. 尺寸不足 金属充填不满引起尺寸不足 产生原因：一方面，图中1、2两处靠近模子边缘，且距离挤压筒边缘较近，金属流动阻力大，易造成充不满模孔现象；另一方面，型材中部较厚，流速快，使1、2两处受较大拉力，将其拉细、拉薄。 修模方法：在修模时可将1、2两处工作带减薄，或增大模孔尺寸，或采用局部润滑等方法。 流速不均引起尺寸不足 产生原因：这主要是由于中间壁厚尺寸大，又处于挤压筒中心，金属流速快，对流动较慢的立边造成很大的拉应力。 修模方法：两立边模孔尺寸在高度和壁厚方向同时扩大。 模孔弹性变形引起的尺寸不足 产生原因：模子悬臂部分发生弹性弯曲变形，造成了槽形型材底部和工字型材立边的壁厚尺寸变薄。 修模方法：在设计时可加大模具厚度，采用专用支承垫。修模时可将悬臂部分工作带修成外斜角。 模孔下塌引起尺寸不足 产生原因：由于模具材料选择不当，热处理硬度偏低，或模具设计强度不够，在挤压时易引起模孔弹性下塌，使型材尺寸超负偏差。 修模方法：将模孔工作带锉成外斜角，在挤压过程中发生弹性变形下塌后，正好使尺寸符合要求。 模具弹性变形和整体弯曲引起中间尺寸变小 产生原因：挤压宽厚比大的带筋壁板、薄壁排材、扁宽型材时，模具产生了较大弹性变形，整体发生弯曲，使得中间部位下塌，尺寸变小。 修模方法：减慢中部流速，扩大中部模孔尺寸。根据型材宽度、宽厚比及合金性能的不同，中部模孔尺寸有时比边部大1.53mm。 金属供应不足引起中部尺寸超负差 产生原因：挤压纯铝和软合金排材时，由于中部流速过快，造成金属供应不足，引起制品中间部位下凹出现超负偏差。 修正方法：扩大中部模孔尺寸，使之呈凸形。 41. 空心型材焊缝不合格 产生原因： 挤压比小。 挤压温度低。 焊合室面积小、高度低。 挤压速度过快或不均匀。 锭坯表面不干净。 挤压压余太短或清理不干净。 模腔和模桥有脏物。 采取措施： 在可能的情况下增大挤压比。 提高挤压温度。 扩大焊合室面积，增加焊合室高度。 降低挤压速度。 保持锭坯表面干净。 增大压余长度。 把模腔和模桥处清理干净。 42. 拉拔的一般概念 在外力作用下，迫使金属坯料通过模孔，以获得相应形状、尺寸的制品的塑性加工方法，如图8-1所示。 根据拉拔制品的断面形状，可将拉拔方法分为实心材拉拔和空心材拉拔。 实心材包括线材、棒材和型材；空心材包括管材和空心异形型材。 43. 管材拉拔的一般方法及适用范围 按照拉拔时管坯内部是否放置芯棒可分为：无芯棒拉拔和带芯棒拉拔。 按照拉拔时金属的变形流动特点和工艺特点可分为：空拉、固定短芯棒拉拔、游动芯头拉拔、长芯棒拉拔、顶管法和扩径拉拔等6种方法，如图8-2所示。 空拉 在拉拔时，管坯内部不放置芯棒。 变形特点：减径、不减壁。但在减径过程中，壁厚依据D/S值的不同会有所增减。当减径量比较大时，管材内表面会变得比较粗糙。 空拉分类：整径空拉、成型空拉。 整径空拉：用于生产小直径管材，控制管材的直径尺寸。 成型空拉：利用圆断面管坯生产各种简单断面异形管材。 空拉适合于小直径管材的减径，盘管拉拔，冷轧管的减、整径，异形管的成型拉拔。 长芯棒拉拔 将管坯套在表面抛光的圆柱形芯棒上，使芯棒与管坯一起从模孔中拉出，实现减径和减壁。 特点：管坯与芯棒之间摩擦力的方向与拉拔方向一致，使拉拔力减小，从而可增大道次加工率；在拉拔薄壁管材和低塑性管材时，可防止管材的失稳和拉断。 长芯棒拉拔适合于薄壁管、低塑性合金管材的拉拔。 主要缺点：要准备大量表面抛光的长芯棒；要有专门的脱芯棒机构。 44. 圆棒材拉拔时的应力；径向同压，轴向同拉 拉拔时的主要变形指标： 断面减缩率：=×100% 延伸率：=×100% 拉伸系数：=L1/L0=F0/F1 外力：拉拔力P，模壁正压力N，摩擦力T。 应力：变形区中的金属基本上处于两向压、一向拉的应力状态。由于金属的轴对称变形，其应力也呈轴对称状态，即r 。 应变：变形区中的金属基本上处于两向压缩、一向延伸的变形状态。 45. 空拉应力分布 空拉时，管材的壁厚尺寸在变形区中是变化的。受不同因素的影响，可以变薄、变厚或基本不变。 空拉时管材壁厚的变化 引起管材壁厚变化的应力是轴向拉应力 l 和周向压应力 。 在 l的作用下，管材发生延伸变形，可使其壁厚变薄；而在 的作用下，可使管材壁厚增厚，二者所起的作用是相反的。关键在于谁起主导作用。 根据塑性加工力学，应力状态可以分解为球应力分量和偏差应力分量。将空拉管材时的应力状态分解，有三种管壁变化情况。 上述分解可以看出，某一点的径向主变形 r是延伸还是压缩或为0，主要取决于rm m =/ 3 的代数值如何。