擠壓模具設(shè)計參數(shù)計算理論

1、型材擠壓工藝 型材擠壓工藝，包括確定擠壓工藝參數(shù)、選擇合適的潤滑條件、擠壓 比的確定及合理錠坯尺寸的計算。 它們與合金種類、 制品規(guī)格和設(shè)備 能力有關(guān)。一、擠壓工藝參數(shù)的確定確定工藝參數(shù)時， 應(yīng)綜合考慮金屬與合金加工時的可擠壓性和對制品 質(zhì)量的要求（尺寸與形狀的允許偏差，表面質(zhì)量，組織與性能等） ， 以滿足提高成品率與生產(chǎn)率的需要。 熱擠壓過程的基本參數(shù)是擠壓溫 度和擠壓速度（或金屬出口速度） ，兩者構(gòu)成了對擠壓過程控制十分 重要的溫度 -速度條件。（一）擠壓過程中的溫度變化 擠壓變形使坯料具有優(yōu)越的三向壓應(yīng)力狀態(tài)， 但由于變形不均勻性導(dǎo) 致金屬沿錠坯斷面的流速差， 會發(fā)生大的縱向拉應(yīng)力， 甚

2、至引起制品 產(chǎn)生周期性表面裂紋。 為了保持?jǐn)D壓制品的整體性， 擠壓塑性變形區(qū) 的溫度必須與金屬塑形最好的溫度范圍相匹配。 塑性變形區(qū)溫度取決于坯料和工具的加熱溫度、 變形熱以及被周圍介 質(zhì)所吸收的熱量。擠壓速度越大，被周圍介質(zhì)吸收的熱量就越小，則 塑性變形區(qū)的溫度就越高；反之亦然。在一定的變形程度下，要么選 擇合適的預(yù)熱溫度， 要么選擇合適的變形速度， 都可以使塑性變形區(qū) 的溫度保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。 當(dāng)變形速度較小時， 必須提高預(yù)熱溫度； 而變形速度較大時，則必須降低預(yù)熱溫度。在擠壓鋁合金時，擠壓溫度較低（400-500 C）,擠壓速度較慢，而 且鋁合金的導(dǎo)熱性很高， 所以在計算塑變區(qū)的溫度場

3、時必須考慮由于 擠壓金屬的熱傳導(dǎo)和金屬與擠壓工具之間的熱交換而引起的溫度變 化。(二) 擠壓時的溫度條件 確定擠壓的溫度制度時，應(yīng)考慮以下一些因素：1) 分析合金的塑性圖與狀態(tài)圖，了解合金最佳塑性溫度范圍和相 變情況，避免在多相和相變溫度下變形。2) 擠壓過程溫度條件的特點、影響溫度條件變化的因素和調(diào)節(jié)方 法以及溫升情況。3) 盡可能地降低變形抗力以減小擠壓力和作用在工具上的載荷。4) 保證最大的金屬流出速度。5) 保證溫度不超過該合金的臨界溫度，以免塑性降低產(chǎn)生裂紋。6) 保證擠壓時金屬不粘結(jié)工具，惡化制品表面質(zhì)量。7) 保證擠壓制品的溫度分布均勻、尺寸精度高、組織均勻和力學(xué) 性能最佳。在確

4、定擠壓時的最佳溫度時，還應(yīng)該考慮鑄錠的冶金學(xué)特點：如 結(jié)晶組織的特點、合金化學(xué)成分的波動、金屬間化合物的特點，以及 坯料的疏松程度、氣體和其他的非金屬與金屬雜志的含量等。常用鋁合金擠壓時錠坯的加熱溫度 (表所示)，可供制定工藝和設(shè) 計模具時參考。(三) 擠壓時的速度條件擠壓時的速度有三種：擠壓速度 vj ，表示擠壓機柱塞、擠壓桿和擠壓墊的移動速度；金屬流出速度 V1，表示金屬流出?？讜r的速度,V1= Vj ；變形速率:,即單位時間內(nèi)變形量變化的大小。擠壓時的速度與溫度是聯(lián)系在一起的。 一般來說，提高擠壓速度 會造成錠坯的溫度升高，因此要降低錠坯的加熱溫度。熱加工的目的是為了利用金屬材料在高溫下

5、屈服強度下降這一 現(xiàn)象來實現(xiàn)大的變形量。但是，如果錠坯原始溫度和擠壓速度導(dǎo)致制 品出口溫度接近該合金的固相線溫度時，則表面將產(chǎn)生裂紋、粗糙， 質(zhì)量變壞。圖9-10為擠壓速度與出口溫度之間的關(guān)系曲線。圖中給 出了兩條極限曲線：一條表示設(shè)備能力的最大擠壓力曲線；另一條表 示合金制品開裂的冶金學(xué)極限。在兩條曲線之間的交點上，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)強調(diào)的是，這個最佳值 只是從擠壓速度角度出發(fā)，不一定能滿足制品的物理-冶金性能要求。在確定常規(guī)擠壓時的實際金屬流出速度時， 可在已知擠壓溫度的 基礎(chǔ)上綜合考慮材料與工藝參數(shù)（如金屬變形抗力與塑性、擠壓力、 流動不均勻的特性、工模

6、具結(jié)構(gòu)形式及預(yù)熱條件）以及設(shè)備條件等因 素。表9-3給出了常用的鋁合金擠壓各種型材的錠坯、 擠壓筒加熱溫 度和平均的流出速度。二、擠壓比擠壓比值一般在6-100范圍內(nèi)，主要受下列因素影響。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 品流出模孔的溫度與速度均升高。 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。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，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）的坯料時，擠壓比最好不小于 5。擠壓 用于二次擠壓的坯料， 一般不限制擠壓比的大小， 只根據(jù)二次

7、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， 為了使 金屬流動較為均勻， 可采用多?？讛D壓以降低擠壓比。 為了獲得表面 質(zhì)量好的制品，擠壓比一般不小于 20。使用組合模擠壓空心型材時， 應(yīng)盡可能采取較高的擠壓比值（以及較高的擠壓溫度與較長的焊合 腔），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數(shù)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） 和金屬坯料在擠壓溫度下所 承受的擠壓應(yīng)力大小， 使所確定的擠壓比值既能實現(xiàn)擠壓過程又不超 過設(shè)備的能力。三、擠壓時的潤滑1.潤滑的作用。擠壓加工一次變形量很大，金屬與模具接觸面上的單 位正壓力極高（相當(dāng)

8、于金屬變形抗力的 3-10 倍，甚至更高）。變形金 屬的表面更新作用加劇，從而使金屬粘結(jié)模具的現(xiàn)象嚴(yán)重。因此，擠 壓時潤滑劑的作用是盡可能地使表面干摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)檫吔缒Σ痢?這不僅 提高了制品表面質(zhì)量和模具的使用壽命， 而且由于降低了模具對金屬 的冷卻作用，使金屬流動不均勻性減少，擠壓能耗降低。使用平模熱擠壓型材與棒材時， 平模工作面與擠壓筒壁交接處存在一 個環(huán)形的死區(qū)， 可有效地阻止錠坯表面上的氧化物、 夾雜與灰塵進(jìn)入 制品表面，故不允許涂抹潤滑劑。但是，擠壓鈦及鈦合金材料時則必 須潤滑，這是由于新生的未經(jīng)氧化的表面金屬粘結(jié)模具很嚴(yán)重， 致使 擠出的制品表面上形成較深的劃痕與擦傷。 采用錐模擠壓

9、棒材時， 可 以進(jìn)行潤滑。此時，為防止錠坯的不良表面進(jìn)入制品表面，可機械車 削除去加熱前的錠坯表皮或冷擠錠坯表皮。 擠壓型材與棒材時， 均不 潤滑擠壓墊，以防縮尾形成。采用潤滑擠壓法時，潤滑劑涂抹部位一 般限于擠壓筒壁、平模工作面和模孔。 使用錐模擠壓管材時，穿孔針的摩擦作用可使金屬的流動較為均勻。 因此，不管是否有穿孔操作，均應(yīng)潤滑冷卻穿孔針。擠壓厚壁管時， 亦不允許潤滑擠壓墊。當(dāng)使用組合模擠壓空心型材與管材時， 為了保證接縫質(zhì)量， 絕對不允 許潤滑。2.常用的潤滑劑。在高溫高壓的熱擠壓條件下，要求潤滑劑具有足夠 的粘度與活性， 具有較高的閃點和較少的灰分， 以保證良好的表面潤 滑狀態(tài)。同時， 還要求潤滑劑具有一定的化學(xué)穩(wěn)定性，對金屬與工具 無腐蝕作用，無污染環(huán)境、有害于人體健康的作用。1）對鋁及鋁合金，多采用在粘性物油中添加各種固態(tài)填料的懸浮狀 潤滑劑、應(yīng)用最廣的是潤滑劑為 70%-80% 的72 號汽油加 20%-30% 的石墨，擠壓時，油的燃燒物和石