金屬塑性加工——擠壓篇思考題

1、擠壓篇思考題1.正擠壓棒材時(shí)，金屬流動(dòng)的過程分為那三階段？答：A.開始擠壓階段（填充擠壓階段）B.基本擠壓階段（平流/穩(wěn)定擠壓階段）C.終了擠壓階段（紊流擠壓階段）2.穩(wěn)定擠壓階段，變形區(qū)內(nèi)的應(yīng)力及變形狀態(tài)如何？答：變形區(qū)內(nèi)的金屬一般處于三向壓縮狀態(tài)，應(yīng)變?yōu)閮蓧阂焕?，軸向?yàn)槔?，徑向、周向?yàn)閴嚎s。徑向：邊部大，中心小。軸向：從墊片方向向模孔方向逐漸減小，出口處l=0。徑向：邊部大，中心小。3.簡述正擠壓圓棒時(shí)，其基本擠壓階段的金屬流動(dòng)規(guī)律。答：金屬流動(dòng)不均勻：a.外摩擦很大，錠坯外層溫度低，中心流動(dòng)快，邊部流動(dòng)慢。 b.加熱不透，內(nèi)部流動(dòng)快，外層慢（內(nèi)生外熱）。4.簡述死區(qū)的形成原因，作用及影

2、響因素。答： 1)從能量的觀點(diǎn)：金屬沿adc曲面流動(dòng)所消耗的能量小于沿工具表面abc折面或ac平面滑動(dòng)時(shí)所消耗的能量。2)從流動(dòng)的觀點(diǎn)：金屬沿adc曲面流動(dòng)以逐漸改變方向較以abc折面要容易的多。 作用：阻流金屬表面的雜質(zhì)及缺陷的能力，防止流入制品表面，提高質(zhì)量。影響因素:1)變形抗力：A.模角，死區(qū)。 B.摩擦狀態(tài)：f，死區(qū)。C.擠壓比，金屬流動(dòng)錐角，死區(qū)。2)擠壓溫度Tj：Tj，f，死區(qū)。冷擠壓，潤滑擠壓，死區(qū)越小。 E.擠壓速度Vj：Vj，流動(dòng)金屬對(duì)死區(qū)的沖刷越厲害，死區(qū)。3)金屬的強(qiáng)度特性：T，強(qiáng)度，死區(qū)。 G.模孔位置：離擠壓筒壁近的，死區(qū)。5.說明擠壓時(shí)產(chǎn)生的中心縮尾，環(huán)形和皮下縮

3、尾的形成和防治措施。答： (1)形成：中心縮尾：外層金屬向中心流動(dòng)（中空漏斗形）；環(huán)形縮尾：向中心流動(dòng)，又未到軸線；皮下縮尾：劇烈滑移區(qū)金屬和死區(qū)金屬之間斷裂。 (2)防止措施：A. 提高坯料質(zhì)量：a.提高坯料表面的光潔度。 b.擠壓筒錠坯加熱溫度均勻。 B. 選用適當(dāng)工藝條件：a.提高模子和擠壓筒的表面光潔度。 b.減小金屬和擠壓筒模子的溫差。 c.降低擠壓過程末期的擠壓速度。 d.盡可能采用大的擠壓比。 e.嚴(yán)禁在擠壓墊片上抹油。C.選擇好的擠壓方法，來控制擠壓縮尾。6.簡述擠壓時(shí)影響金屬流動(dòng)的因素有哪些，如何影響？答：1.擠壓方法的影響a.從擠壓的力學(xué)方向看： Rs(實(shí)現(xiàn)塑性變形所需力)

4、 T (摩擦力)，比較Rs與T的大小變化分4類：Rs高，T不高，金屬流動(dòng)最均勻（帶潤滑正擠壓硬鋁合金）。 Rs高，T也高，金屬流動(dòng)較不均勻（不帶潤滑正擠壓硬鋁合金）。 Rs不高，T不高，金屬流動(dòng)較均勻（帶潤滑正擠壓軟鋁合金）。Rs不高，T高，金屬流動(dòng)最不均勻（不帶潤滑正擠壓軟鋁合金）。 b.從擠壓方法看：反擠壓比正擠壓均勻。 潤滑擠壓比非潤滑擠壓均勻。冷擠壓、潤滑劑比熱擠壓流動(dòng)均勻。 穿孔針擠壓管材比棒材擠壓均勻。2.金屬強(qiáng)度的影響：強(qiáng)度高的比強(qiáng)度低的均勻。強(qiáng)度高，熱效應(yīng)大；強(qiáng)度高，外摩擦對(duì)流動(dòng)影響小。同種金屬，低溫時(shí)流動(dòng)比高溫均勻。3.溫度的影響：a.變形抗力：溫度，s，不均勻現(xiàn)象。 b.摩

5、擦系數(shù)：溫度，f，不均勻現(xiàn)象。c.錠坯斷面溫度分布不均勻：工具冷卻作用。錠坯加熱不均勻。 d.金屬的導(dǎo)熱性：溫度，導(dǎo)熱性。e.合金相變：HPb59-1黃銅的 Tm=720，T720C，單相，f=0.15，流動(dòng)比較均勻；T720C，（+）相，f=0.24，流動(dòng)不均勻。4.擠壓工具的影響 a.擠壓模：模孔形狀：，不均勻現(xiàn)象（=90°最不均勻）。 ?？着帕校憾嗫追禽S對(duì)稱時(shí)，增加金屬流動(dòng)性。b.擠壓筒：擠壓寬厚比大的制品不宜采用圓形內(nèi)孔擠壓筒，否則不僅金屬流動(dòng)不均勻，擠壓力也很大。c.擠壓墊片：凹形擠壓墊可以稍許增加金屬的流動(dòng)均勻性。 5.變形程度的影響：變形程度在60%左右時(shí)，制品內(nèi)外層機(jī)

6、械性能差別最大； 當(dāng)變形程度逐漸增大到90%時(shí)，內(nèi)外層性能趨于一致。6.擠壓速度影響：Vj，溫度效應(yīng)，不均勻性，制品裂紋。7. 擠壓力的影響因素有哪些？答：影響擠壓力的因素主要有：金屬變形抗力，變形程度，擠壓速度，錠坯與模具接觸面的摩擦條件，擠壓模角，制品斷面形狀，錠坯長度，以及擠壓方法等。 A擠壓力大小與金屬變形抗力成正比關(guān)系。B隨著變形程度的增加，擠壓力成正比例升高。C制品斷面形狀：斷面系數(shù)C1=型材斷面周長/等斷面積圓周長，當(dāng)C11.5時(shí)，影響明顯。D錠坯長度：錠坯越長，擠壓力越大。E擠壓模角：，擠壓力；一般在當(dāng)在45°-60°范圍時(shí)擠壓力最小。F擠壓模具a.模角：同

7、上。b.?？椎姆植迹嚎讛?shù)，Tg，P。 c.工作帶的長度：Lg，Tg，P。 d.模子表面狀態(tài)：光潔度，P。 G擠壓速度：a.快速擠壓： 前期：V， P；后期：V越大，溫差越大，擠壓力下降。 b.低速擠壓： 前期：V，P； 后期：冷卻，P。 H擠壓方法：在其他相同條件下有P反=（70%-80%）P正。8.皮爾林?jǐn)D壓公式有何特點(diǎn)，推倒的規(guī)律及思路。答：皮爾林?jǐn)D壓公式：P=Rs+Tt+Tzh+Tg=Do(Lo-hs)ftSt+2iFofzh/2sin+1/cos2(/2) Szh+(D1hg)Sg特點(diǎn)：A.在結(jié)構(gòu)上由四部分組成的：為了實(shí)現(xiàn)塑性變形作用在擠壓墊上的力Rs，為了克服擠壓筒壁上的摩擦力作用在

8、擠壓墊上的力Tt，為了克服塑性變形區(qū)壓縮錐面上的摩擦力作用在擠壓墊上的Tzh，以及為了克服擠壓模工作帶壁上的摩擦力作用在擠壓墊上的力TgB忽略了以下三種力：作用在制品上的反壓力（+）和牽引力（-）Q，克服因擠壓速度變化所引起的慣性力I，以及擠壓末期克服擠壓墊上的摩擦力Td。C三條假設(shè)： a.主應(yīng)力球面假設(shè)b.平面均化假設(shè)。c.接觸表面上的摩擦力遵循庫侖摩擦定理。D公式中含有多個(gè)未知參數(shù)，需按實(shí)際擠壓情況來確定。9.穿孔擠壓的特點(diǎn)及穿孔過程中各階段的變形特點(diǎn)。答：特點(diǎn)：分流組合模；焊接性能好；穿孔針分為實(shí)心錠和空心錠。A. 開始穿孔階段：金屬的反向流動(dòng)，Pch。 B穿孔第二階段：劇烈穿孔階段，

9、Pch，逐漸達(dá)到最大值。C穿孔終了階段：穿孔變形轉(zhuǎn)為切斷未穿透料頭的剪切變形。10.擠壓管材用穿孔壓力時(shí)，穿孔力由哪兩部分組成？在穿孔過程中穿孔力終值出現(xiàn)的位置與哪些因素有關(guān)？答：穿孔力由穿孔針端面上的壓力P和穿孔針側(cè)面上的摩擦力T組成。影響因素：A.穿孔針的大小。 B.料筒的大小。C.擠壓材料的本身。11.設(shè)計(jì)穿孔針時(shí)，應(yīng)進(jìn)行哪些方面的校核？答：A.需校核穿孔針的抗拉強(qiáng)度, 前拽力:Py=d1L0zy=4d1L0z/d12=4l0b/d1bB.需校核穿孔針的抗彎強(qiáng)度穩(wěn)定性計(jì)算:PchPl/n，Pl為臨界穿孔力，n為安全系數(shù)，n=1.5-3；Pl=(/ulc)2EI（u系數(shù)，u=2，lc穿孔有

10、效長度）；12.試描述擠壓制品的組織不均勻性，說明其成因。答：擠壓制品組織的特點(diǎn)是在其斷面上與長度上分布都很不均勻。總是沿制品長度上前端晶粒粗大后端細(xì)小，沿?cái)嗝鎻较蛏现行木Я４执笸鈱蛹?xì)小。成因：主要是由于變形不均勻引起的。另一因素是擠壓溫度和速度的變化。速度小時(shí)，停留時(shí)間長，前端溫度高，晶粒再結(jié)晶變大，后端冷卻，再結(jié)晶不完全，呈纖維狀組織。13.什么是粗晶環(huán)？影響因素有哪些？如何防止？答：某些鋁合金擠壓的棒材和低碳鋼熱鐓壓塊，在淬火加熱過程中出現(xiàn)制品周邊上的粗晶區(qū)稱為粗晶環(huán)。影響因素：a.合金元素。Mn、Cr、Ti、Zr；含Mn 0.56%的合金 500時(shí)出現(xiàn)粗晶環(huán)；含Mn 1.38%的合金5

11、60才出現(xiàn)出現(xiàn)粗晶環(huán)。b.擠壓溫度。雙相區(qū)易形成粗晶環(huán)。c.鑄錠均勻化。溫度470-510；不含Mn的鋁合金，鑄錠均勻化對(duì)粗晶環(huán)影響不大；LY12不進(jìn)行均勻化處理。 d.淬火加熱時(shí)間和溫度：加熱溫度，保溫時(shí)間，粗晶環(huán)。 e.區(qū)域應(yīng)力（不均勻分布的殘余應(yīng)力）。區(qū)域應(yīng)力，粗晶環(huán)。防止措施：a.適當(dāng)提高擠壓溫度。b.采用潤滑擠壓。c.采用反擠壓。d.改變淬火制度，快速淬火加熱，且溫度不宜過高。 e.合金元素的控制，F(xiàn)e、S，Mn。14.層狀組織有何特征？是如何形成的？答：層狀組織也叫片狀組織，其特征是折斷后的制品斷口呈現(xiàn)出與木質(zhì)相似的形貌。分層的斷口凹凸不平并帶有裂紋，各層分界面近似平行于軸線。繼續(xù)

12、壓力加工或熱處理均無法消除這種層狀組織。它對(duì)制品縱向力學(xué)性能影響不大而使橫向機(jī)械性能有所降低。形成原因：主要?dú)w因于鑄造組織不均勻，如存在大量的氣泡、縮孔，或是晶界上分布有未溶入固溶體的第二相質(zhì)點(diǎn)或雜質(zhì)。其次，由于擠壓時(shí)，在強(qiáng)烈的兩壓一拉的主變形狀態(tài)下，鑄造組織內(nèi)所存在的這些缺陷在周向上壓薄、軸向上延伸，而呈層狀。15.什么是擠壓效應(yīng)現(xiàn)象？它的機(jī)理是什么？影響因素有哪些？答：某些工業(yè)用鋁合金經(jīng)過同一熱處理淬火與時(shí)效后，發(fā)現(xiàn)擠壓制品縱向上的抗拉強(qiáng)度要比其他壓力加工（軋制，拉伸或鍛造）制品的高，而延伸率較低的現(xiàn)象稱為擠壓效應(yīng)現(xiàn)象。 機(jī)理：A.變形與織構(gòu)（晶粒拉長）。B.合金元素（熱處理后仍保留著變形

13、織構(gòu)而未再結(jié)晶，形成亞組織強(qiáng)化效應(yīng)。）。 影響因素：A.合金成分，含Mn、Cr、Ti、Zr等合金元素有擠壓效應(yīng)。B.擠壓溫度。LY12： Mn 0.2-0.8%，溫度，b、0.2。Mn%= 0.8%-1.5%，溫度對(duì)性能基本無影響。 C.變形程度。LY12： Mn%<0.1%，增大變形程度，擠壓效應(yīng)降低，b、0.2。Mn=0.36%-1.0%， Mn%，b、0.2。 D.二次擠壓：削弱一次擠壓的擠壓效應(yīng)。 E.熱處理工藝。16. 擠壓制品的表面裂紋和中心裂紋是如何形成的？如何防止？答：（1）形成：裂紋產(chǎn)生的過程，是一種能量聚集與釋放的過程，隨著金屬流向出口，軸向主應(yīng)力下降，軸向附加拉應(yīng)力

14、增加。而金屬內(nèi)部的附加應(yīng)力和基本應(yīng)力疊加后，工作拉應(yīng)力逐漸增加，能量逐漸積累。一旦應(yīng)力值達(dá)到金屬在該溫度下的抗拉強(qiáng)度時(shí)，則產(chǎn)生裂紋。在擠壓時(shí)，如果錠坯外層金屬流速低于中心的金屬流速，則有可能出現(xiàn)表面裂紋，反之有可能出現(xiàn)中心裂紋。(基)+(附加)=（工作）b，表面裂紋出現(xiàn)，表面拉應(yīng)力。金屬里生外熟，內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力，出現(xiàn)中心裂紋。表面裂紋的產(chǎn)生是由于摩擦力，中心裂紋的產(chǎn)生是由于溫度。 (2)防止措施：A.增加變形區(qū)基本壓應(yīng)力值。B.制作與執(zhí)行合理的溫度、速度規(guī)律。C.采用擠壓新技術(shù)。如水冷壓、等靜壓、梯溫加熱。17.制定工藝流程應(yīng)從哪些方面考慮？答： A. 生產(chǎn)方案的要求。B. 金屬及合金的性質(zhì)要求。C. 產(chǎn)品的質(zhì)量