擠壓教學的資料

擠壓教學的資料第1頁/共98頁一、概述1

簡介

壓力加工：借助外力使金屬產(chǎn)生塑性變形進而形成各種尺寸、形狀和用途的零件和半成品。（不同于機加工）工業(yè)中廣泛使用的零件一般通過下列方法獲得：鑄造，如軋機牌坊；鑄造——機加工，如軋輥；鑄造——壓力加工，如鋼軌；鑄造——壓力加工——機加工，如螺栓等。重要用途的零件一般均需通過壓力加工。第2頁/共98頁壓力加工的主要方法有：軋制；擠壓與拉拔；鍛造與沖壓主要產(chǎn)品有：板、帶、條、箔；軋制管、棒、型、線；擠壓與拉拔各種零件如車軸、飯盒、洗衣機筒等；鍛造與沖壓第3頁/共98頁1）擠壓與拉拔產(chǎn)品簡介A

管材按截面形狀分：圓管、型管如方、六角形管等；按合金種類分：鋁管、銅管、鋼管等；按生產(chǎn)方法分：擠制管、拉制管、焊管、鑄管、盤管、無縫管等；按用途分：空調管、壓力表管、波導管、鍋爐管、輸油管、冷凝管、天線管等；

按性能分：M（退火態(tài)）、R（熱態(tài)）、Y（硬態(tài)）、Y2（半硬態(tài)）、C（淬火態(tài)）、CZ（淬火自然時效態(tài)）、CS（淬火人工時效態(tài)）等；此外：翅片管、蚊香管等。第4頁/共98頁B

棒、線材棒材：D>6mm；分類與管材類似；大多是半成品，進一步加工成各種零件，如彈簧，螺栓、螺母等；線材：D<6mm；多以盤狀供貨，廣泛應用于儀器儀表、電子電力部門，如電線電纜等。C

型材非圓截面材，又稱經(jīng)濟斷面材（可提高材料的利用率）；鋁、鋼型材較多；許多型材只能用壓力加工法生產(chǎn)，如鋼軌、變斷面型材第5頁/共98頁2）產(chǎn)品的生產(chǎn)方法產(chǎn)品的生產(chǎn)一般可分兩步;

坯料制?。ㄩ_坯）：充分利用金屬在高溫時的塑性對其進行大變形量加工，如熱擠、熱軋、熱鍛。

制品的獲得：進行目的在于控制形狀、尺寸精度、提高綜合性能的各種冷加工，如冷軋、拉拔、沖壓。目前研究：近終形成形技術、短流程生產(chǎn)技術A

管材管材無縫管有縫管擠壓斜軋穿孔鑄造軋制帶彎形焊接拉拔軋管拉拔成品第6頁/共98頁

擠壓：生產(chǎn)靈活、產(chǎn)品質量好，適用于品種、規(guī)格多、產(chǎn)量?。ㄓ猩饘伲┑膱龊?，但成本高、成品率低；

斜軋穿孔：生產(chǎn)率、成品率高；成本低；但制品形狀尺寸精度差；尺寸規(guī)格受限制；多用于產(chǎn)量大的鋼坯生產(chǎn)，有色金屬廠基本沒有；

鑄造：產(chǎn)品的尺寸規(guī)格少、質量差、性能低；主要用于生產(chǎn)大尺寸、性能要求不高的產(chǎn)品如下水管；

軋管：道次變形量大，幾何損失少，適于難變形合金，能縮短工藝流程，也是提供長管坯的主要方法（使盤管生產(chǎn)得以實現(xiàn)），但形狀、尺寸精度差；

拉拔：是獲得精確尺寸、優(yōu)質表面和性能的主要方法；

焊管：效率高、成本低，但性能、質量差。先進工藝：擠壓——軋管——（圓盤）拉拔——聯(lián)合拉拔水平連鑄管坯——行星軋制——拉拔第7頁/共98頁B

棒、型、線材棒、型、線擠壓連鑄連軋型軋拉拔成品

擠壓：適用于多品種、多規(guī)格、復雜斷面；

連鑄連軋：生產(chǎn)率、成品率高、能耗低（利用余熱直接軋制）；但品種、規(guī)格單一；型軋：適于單一品種、大批量產(chǎn)品的生產(chǎn)。發(fā)展方向：中小棒材：擠壓（軋制）圓盤坯料后聯(lián)合拉拔出成品；線材：多模、高速方向發(fā)展。第8頁/共98頁2

基本概念

擠壓：對放在容器（擠壓筒）內的坯料一端施以壓力，使之從特定的空隙（?？祝┲辛鞒龆尚偷乃苄约庸し椒?。））軸筒墊片坯料制品模模座鎖鍵欲完成擠壓需有：1）產(chǎn)生動力的裝置：擠壓機2）傳遞動力、容納坯料控制制品尺寸和形狀的工具：軸、筒、模、穿孔針、墊片、模座、鎖鍵穿孔針

過程：清理筒、裝模、落鎖鍵、送錠、放墊片、擠壓、抬鎖鍵、切壓余、冷卻（潤滑）工具、重復下一次。第9頁/共98頁1）正向擠壓特點：1）存在較大的外摩擦（高溫、高壓），導致能耗大、變形不均勻（組織性能不均）,制品表面質量好；2）操作方便、適用范圍廣，是目前最廣泛應用的方法。3

基本方法

根據(jù)變形溫度分：熱擠壓、冷擠壓和溫擠壓；根據(jù)變形特征分：正（向）擠壓、反（向）擠壓、連續(xù)方法有很多，但最基本的方法有以下兩種：擠壓等。制品流出的方向與擠壓桿的運動方向相同。第10頁/共98頁2）反向擠壓制品流出的方向與擠壓桿的運動方向相反。））））固定））空心錠第11頁/共98頁特點：

1）變形局限在?？赘浇?，大部分坯料與擠壓筒間沒有相對運動，因此外摩擦小，能耗低、變形均勻（組織性能均勻）；

2）操作不方便、制品的尺寸范圍??；

3）制品表面質量差。此外還有：臥式擠壓、立式擠壓等。注：

1）冷、熱變形應以合金的再結晶溫度界定，如Sn、Pb在室溫變形也無硬化，屬熱變形；

2）冷、熱擠壓是擠壓的兩大分支，冶金工業(yè)中主要應用熱擠壓，常稱擠壓；機械工業(yè)主要應用冷擠壓。第12頁/共98頁4

基本特點1）優(yōu)點

A

可最大限度提高材料的變形能力，因此可加工脆性材料；一次可進行大變形B

可提高材料的焊合性，因此可生產(chǎn)復合材料；粉末擠壓；舌模擠壓C

材料與工具的密合性高，因此可生產(chǎn)復雜斷面制品；選擇坯料自由度大D

生產(chǎn)靈活（只需更換筒、模即可生產(chǎn)不同的制品），制品性能高。第13頁/共98頁2）缺點

A

工具消耗大，產(chǎn)品成本高工作條件：高溫、高壓、高摩擦，工具消耗大，原料成本高，占制品成本35％以上B

生產(chǎn)率低擠壓速度低、輔助工序多C

成品率低固有的幾何損失多（壓余、實心頭、切頭尾），不能通過增大錠重來減少D

制品組織性能不均勻。第14頁/共98頁二、擠壓時金屬流動的規(guī)律

擠壓時金屬的流動規(guī)律，即筒內各部分金屬體積的相互轉移規(guī)律對制品的組織、性能、表面質量以及工具設計有重要影響。因此研究擠壓時金屬的流動規(guī)律以及影響因素，可改善擠壓過程、提高制品的性能和質量。擠壓時金屬的流動規(guī)律十分復雜，且隨擠壓方法以及工藝條件的變化而變化，現(xiàn)以生產(chǎn)中廣泛使用的簡單擠壓（單孔模正擠圓棒）過程為例進行分析。第15頁/共98頁1、簡單擠壓時金屬流動的規(guī)律

按流動特性和擠壓力的變化規(guī)律，可將擠壓過程分為：填充擠壓階段：金屬在擠壓桿（力）的作用下首先充滿擠壓筒和模孔（金屬主要徑向流動），擠壓力急劇升高；

基本擠壓階段：又稱層流擠壓階段，金屬不發(fā)生紊亂流動，即錠外（內）層金屬出模后仍在外（內）層，擠壓力穩(wěn)中有降；終了擠壓階段：又稱紊流擠壓階段，金屬發(fā)生紊亂流動，即外層進入內層，擠壓力上升。擠壓桿行程擠壓力Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

填充階段基本階段終了階段第16頁/共98頁1）填充擠壓階段

擠壓時，為便于將錠坯放入筒中，常使錠坯的外徑小于筒內徑1－15mm，因此在擠壓力的作用下，錠坯首先徑向流動充滿擠壓筒，同時有少量金屬流入?？?。桿、墊片、錠坯開始接觸到錠坯充滿擠壓筒的階段稱為填充擠壓階段。A

必要性

a

操作要求；b

實心錠擠管，否則穿孔針彎曲導致管材偏心；c

制品要求橫向性能，如航空用型材必須有一定的鐓粗變形（25－30％）第17頁/共98頁

、，且均可看成是主應力，但由于擠壓?？椎拇嬖?，導致分布不均勻，體現(xiàn)在：徑向上：中心小，兩邊大，差異由前向后逐漸減小。軸向上：對著?？撞糠郑河汕跋蚝笤龃髮χ１诓糠郑河汕跋蚝鬁p小B

應力分析

作用于坯料上的外力：擠壓力P；

模端面反力N；摩擦力T

應力狀態(tài)類似于自由體鐓粗，為三向壓應力，即、Ⅰ

Ⅰ

Ⅱ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅲ

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

第18頁/共98頁C

變形（應變）分析Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

應變狀態(tài)：一向壓縮（軸向）、二向延伸（徑向、周向）變形過程：開始出鼓形，斷面首先充滿擠壓筒；繼續(xù)加力，斷面充滿擠壓筒；最后，斷面充滿擠壓筒。Ⅱ

Ⅰ

Ⅲ

第19頁/共98頁D

坯料端面變形分析NN

填充擠壓時，部分金屬會流入模孔，但此部分金屬并不是發(fā)生塑性變形后流入?？椎?，而是被剪出的，其組織是鑄態(tài)組織，必須切下（棒材頭）。

原因：軸向應力在徑向上的分布是不均勻的，且在?？字車畲?，這種應力突變會產(chǎn)生很大的切應力，當此切應力達到材料的剪切極限時，對著?？撞糠值慕饘俦阊啬？妆患舫?。第20頁/共98頁E

填充階段應注意的問題

a

盡量減小變形量（錠坯與擠壓筒的間隙），否則易造成：制品性能不均勻；棒材頭大，即切頭大；低塑性材料易出現(xiàn)表面裂紋。此階段的變形量用填充擠壓系數(shù)表征，定義填充擠壓系數(shù)為：一般

b

錠坯的長度與直徑比小于3－4，即L/D<3-4。否則變形不均出現(xiàn)鼓形，甚至失穩(wěn)彎曲，導致封閉在模、筒交界處的空氣壓入表面微裂紋中，出模后若焊合則形成氣泡，若未焊合則出現(xiàn)起皮缺陷。

c

錠坯梯溫加熱，即坯料獲得長度上的原始溫度梯度，變形抗力低的高溫端靠近?？?，填充擠壓時坯料由前向后依次變形，從而將空氣排除。第21頁/共98頁2）基本擠壓階段金屬從模孔中流出到錠坯長度等于變形區(qū)高度的階段，又稱平流擠壓階段。A擠壓比擠壓時的變形量常用擠壓比表征，定義擠壓比為：

單孔模擠壓時，擠壓比為：

擠壓比的大小由被擠壓材料的塑性決定，可查表。第22頁/共98頁B應力分析NNNT

外力：擠壓力P

；筒、模的反力N；筒、模、墊片與坯料間的摩擦力T

。應力狀態(tài)：為三向壓應力，即、、，且可近似看成是軸對稱，即。實際上，在區(qū)有：Ⅰ

Ⅱ

Ⅰ>在區(qū)有：Ⅱ

>軸向應力分布規(guī)律：軸向上：由前向后逐漸增大；徑向上：由中心向邊部逐漸增大。第23頁/共98頁C變形（應變）分析應變狀態(tài)：二向壓縮（徑向、周向）、一向延伸（軸向）變形規(guī)律（應變分布）：可由此階段坐標網(wǎng)格變化分析。>>

a縱向網(wǎng)格在進、出?？装l(fā)生方向相反的兩次彎曲，彎曲程度由內向外逐漸增大，說明變形是不均勻的。分別連接兩次彎曲的彎折點可得兩個曲面，一般將此兩曲面與?？族F面或死區(qū)界面所圍成的區(qū)域叫變形區(qū)壓縮錐，或簡稱變形區(qū)。

第24頁/共98頁>>

b在變形區(qū)中，橫向網(wǎng)格的中心朝前，且越接近?？讖澢酱螅f明中心質點的流速大于外層質點的流速，且差異越接近模孔越大。這是因為：外摩擦影響：外層大，中心??；斷面溫度分布：一般外層低，中心高；模孔的存在使中心質點的流動阻力小于外層質點。第25頁/共98頁>>

c制品的網(wǎng)格也有畸變，表現(xiàn)在：

①橫向線的彎曲程度以及彎曲頂點的間距由前向后逐漸增大，說明變形（延伸變形和剪切變形）由前向后逐漸增大。

②中心網(wǎng)格變成近似矩形，外層網(wǎng)格變成平行四邊形，說明外層質點不僅承受了縱向延伸，還承受了附加的剪切變形，且剪切變形由中心向外層逐漸增大。第26頁/共98頁

變形規(guī)律總結：徑向上：外層大，中心小；軸向上：后端大，前端??；變形差異：由前向后逐漸增加；流動速度：中心大，外層??；總體看流動平穩(wěn)（層流）。變形前后外層中心第27頁/共98頁D擠壓筒內金屬分區(qū)死區(qū)（前端難變形區(qū)）變形區(qū)后端難變形區(qū)劇烈滑移區(qū)①前端難變形區(qū)又稱死區(qū)，位于筒、模交界處的環(huán)形區(qū)域，是由于筒、模的摩擦和冷卻，使此部分金屬不易變形形成的。死區(qū)在基本擠壓階段基本不參與流動。

死區(qū)的頂部能阻礙錠坯的表面缺陷進入變形區(qū)而流入制品，因此能提高制品的表面質量。影響死區(qū)大小的因素：模角、摩擦、擠壓溫度等，隨這些參數(shù)的增大，死區(qū)增大，如平模擠壓時死區(qū)大。第28頁/共98頁②后端難變形區(qū)位于墊片端面附近，是由于筒、墊片的摩擦和冷卻，使此部分金屬不易變形形成的，在基本擠壓末期，此區(qū)域逐漸變成一小楔形區(qū)。③在變形區(qū)中，有一個劇烈滑移區(qū)，處于死區(qū)和快速流動區(qū)之間。變形越不均勻，此區(qū)越大，因此隨擠壓過程的進行，此區(qū)不斷擴大。劇烈滑移會導致晶粒過渡破碎，易導致制品表面出現(xiàn)微裂紋和組織粗大（粗晶環(huán)），導致制品性能下降。死區(qū)（前端難變形區(qū)）變形區(qū)后端難變形區(qū)劇烈滑移區(qū)第29頁/共98頁3）終了擠壓階段：筒內錠坯長度減小到接近變形區(qū)高度時的流動階段。>>主要特征：

A擠壓力升高；（死區(qū)參與流動、溫度低）

B金屬徑向流速增加，金屬回流（紊流）（維持體積不變規(guī)律）。

實際生產(chǎn)中，在此階段停止擠壓（留壓余）。第30頁/共98頁2、正擠管材時金屬流動的特點

1）金屬流動比擠壓棒材時均勻。主要是由于穿孔針的摩擦和冷卻，使內部質點的流動阻力增大；

2）穿孔時強烈的內摩擦易導致制品內表面出現(xiàn)裂紋，因此一般潤滑穿孔針。））軸筒墊片坯料制品模模座穿孔針第31頁/共98頁3、反擠壓時金屬流動的特點

1）變形區(qū)小且集中在模孔附近，金屬流動均勻；

2）死區(qū)小，制品表面質量差；

3）擠壓力小且在基本擠壓階段不變。擠壓桿行程擠壓力Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

填充階段基本階段終了階段正擠反擠））第32頁/共98頁4、影響擠壓時金屬流動規(guī)律的因素

1）摩擦與潤滑擠壓時的摩擦有：筒、模、墊片穿孔針與坯料間的摩擦，一般主要指筒、坯料間的摩擦。潤滑時摩擦力小，金屬流動均勻；

2）金屬強度強度高流動均勻。（強度高，摩擦??；變形熱大，溫度分布均勻）；

3）溫度有坯料溫度和工具預熱溫度。坯料溫度高，流動不均勻。（溫度高，強度低，變形不均勻；溫度高，出爐后冷卻使錠溫度梯度大，變形不均勻；一般溫度高導熱性能下降，錠溫度梯度大，變形不均勻）；

工具預熱溫度高，流動均勻。（使錠溫度分布均勻）第33頁/共98頁模主要有平模（）和錐模（<），模角越大，流動越不均勻，平模擠壓時流動最不均勻（死區(qū)大，摩擦大；彎曲（剪切）變形大）。

4）工具結構與形狀指與坯料接觸的筒、模、墊片和穿孔針，筒、穿孔針的結構和形狀基本不變，為圓柱形，故只分析模和墊片。平模錐模墊片主要有平、凸、凹三種，凹墊片流動均勻，但僅在擠壓初期有作用，同時由于加工、切壓余困難，實際中除了在半連續(xù)擠壓中外，還是采用平墊片。平凸凹第34頁/共98頁

5）變形程度變形程度變形不均勻性60％

隨變形程度的增大，外層質點向中心流動的阻力增加，導致坯料中心質點與外層質點的流速差增加，變形不均勻。但當變形程度增加到一定程度時，剪切變形深入到內部，變形向均勻方向轉化。實踐表明：當變形程度為60％時，變形最不均勻；當變形程度>85－90％時，變形均勻，性能均勻；當變形程度<6％時，變形較均勻，但性能低。第35頁/共98頁三、擠制品的組織、性能和主要缺陷1、擠制品的組織1）擠制品組織的不均勻性

A特征一般情況，前端、中心晶粒粗大，后端、邊部晶粒細小。

頭部中心尾部第36頁/共98頁

B原因

a變形特點決定的擠壓時變形的分布規(guī)律是前端、中心變形小，后端、外層變形大，導致晶粒的破碎程度由前向后、由里向外逐漸增大；

b溫度分布規(guī)律決定的坯料的溫度分布規(guī)律一般是前端、中心高，后端、外層低，即前端、中心在高溫下變形，而后端、外層在低溫下變形；注：擠壓軟鋁合金時，坯料、筒間溫差不大，熱量不易散失，溫度分布規(guī)律與上述相反。

c合金在相變溫度下變形，會引起組織不均。如HPb59－1，在720℃以上為均勻的相，若在擠壓過程中溫度低于720℃，則會析出相，導致組織不均。第37頁/共98頁2）擠制品的層狀組織

A特征斷口呈現(xiàn)出與木質折斷后相似的形貌，分層的斷口凸凹不平并帶有裂紋；分層面近似平行于軸線；一般出現(xiàn)在前端。

B原因

a根本原因是坯料中存在有大量的氣孔、縮孔或在晶界上分布有未溶解的第二相或雜質等，在擠壓時被拉長，從而出現(xiàn)層狀組織；

b與變形特點有關擠壓初期流動平穩(wěn)，形成的雜質膜不易破壞，后期變形逐漸紊亂，雜質膜破壞，層狀組織不明顯。第38頁/共98頁

c與鑄造條件有關冷卻速度大，柱狀晶明顯，缺陷、夾雜物易集中分布，層狀組織明顯；反之不明顯。

d與合金成分有關出現(xiàn)層狀組織的合金不多，在銅合金中主要是含Al的青銅QAl10-3-1.5和QAl10-4-4以及含Pb的黃銅HPb59-1；鋁合金中主要是LD2和LD4，而LY11、LY12、LC4中較少、主要是由于這些合金中易出現(xiàn)氧化物夾雜。

C對性能的影響對縱向性能影響不大，使橫向性能顯著下降。有層狀組織的襯套，承受的內壓降低30％。

D防止措施

a主要從鑄錠著手，如降低冷卻強度以縮小柱狀晶區(qū)，分散雜質；

b增大變形程度，以增加紊流區(qū)，進而破壞雜質膜。第39頁/共98頁3）擠制品的粗晶組織

某些合金在擠壓時或在隨后的熱處理時，會形成異常粗大的晶粒組織，這種組織稱為粗晶粒或粗晶組織。易出現(xiàn)粗晶組織的主要是某些鋁合金，如純鋁、軟鋁在擠壓后即出現(xiàn)；而鍛鋁、硬鋁在擠壓后的淬火時出現(xiàn)。

A分布規(guī)律由前端外層向后端外層逐漸擴大，嚴重時可擴展至整個斷面，象帶錐度的圓管，又稱粗晶環(huán)。鑄造組織細晶組織粗晶組織死區(qū)粗晶組織細晶組織第40頁/共98頁

B形成機理出現(xiàn)粗晶組織的根本原因是在擠壓時或在擠壓后的淬火時發(fā)生了集聚再結晶，因此凡是能降低再結晶溫度、促進再結晶過程的因素均易導致粗晶環(huán)。

a與變形特點有關

擠壓時

對于純鋁、軟鋁合金而言，擠壓速度快，變形熱大，制品出模后溫度應較高，因此外層、后端優(yōu)先發(fā)生再結晶和集聚再結晶，形成粗晶組織。

b與合金成分有關

易出現(xiàn)粗晶環(huán)的合金中均含有Mn、Cr等過渡族元素，這些元素的特點是：溶入基體中能提高再結晶溫度，以第二相如MnAl6、CrAl7在晶界析出時能阻礙晶粒長大。第41頁/共98頁

擠壓時，由于中心質點流動速度快，導致邊部產(chǎn)生拉副應力，促進Mn、Cr元素的析出，降低再結晶溫度，但因析出的第二相能阻礙晶粒長大，因此含這些元素的合金在擠壓后是一次再結晶組織，不出現(xiàn)粗晶組織。擠壓后淬火時，為了得到均勻的單相固溶體組織，加熱溫度高、時間長，在這種條件下，析出的第二相重新溶入基體，阻礙晶粒長大的作用消失，因此一次再結晶后的晶粒吞并周圍的晶粒并迅速長大，形成粗晶組織。

注：

1）有關粗晶形成機理還有待進一步研究；

2）粗晶組織降低性能，應盡量避免，生產(chǎn)中應檢查。第42頁/共98頁2、擠制品的性能1）擠制品性能的不均性

a制品前端、內部強度低、塑性高；后端、外層相反；（純鋁、軟鋁分布規(guī)律相反）

b各向異性，縱向性能高于橫向性能；

c性能差異隨變形程度不同而不同。當變形程度<20%時，性能均勻但較低；當變形程度為60％時，性能差異最大；當變形程度>80％時，性能均勻且較高。因此擠壓時變形程度應>80％。

外層內層1-外層2-內層第43頁/共98頁2）擠壓效應

某些工業(yè)用鋁合金，在經(jīng)過同一熱處理后（淬火、時效），擠制品與其它壓力加工制品相比，在縱向上具有較高的強度和較低的塑性，這一現(xiàn)象叫擠壓效應。易出現(xiàn)擠壓效應的合金：鍛鋁、硬鋁

A特征出現(xiàn)在制品內部（外部因粗晶環(huán)而消失）；組織是未再結晶的加工組織。

B形成機理

a與形成的織構有關擠壓時，金屬處于兩壓一拉的變形狀態(tài)且流動平穩(wěn)，晶粒皆沿擠壓方向被拉長，形成較強的縱向織構，即大多數(shù)晶粒的某一晶向（111）均按擠壓方向取向，導致縱向強度升高。第44頁/共98頁

b與合金成分有關出現(xiàn)擠壓效應的合金也都含Mn、Cr元素，由于擠壓時中心質點流速快，因此內部產(chǎn)生壓副應力，不利于Mn、Cr元素的析出，使再結晶溫度升高，可認為擠壓后制品內部是過飽和的、未再結晶的加工組織。在擠壓后的淬火加熱時，內部過飽和的固溶體繼續(xù)析出，析出的第二相彌散分布在晶界上，阻礙晶粒長大（阻礙再結晶過程），因此熱處理后，制品的內部仍保留著未再結晶的加工組織，導致強度升高。

c與強烈的三向壓應力狀態(tài)有關擠壓時強烈的三向壓應力狀態(tài)使晶界、晶內破壞較少，有利于缺陷的愈合，使強度升高。注要得到類似的強化效應，關鍵不在于采用什么加工方法，而在于通過什么途徑使合金在熱變形以及隨后的熱處理過程中，仍然保留有未再結晶的加工組織。第45頁/共98頁粗晶與擠壓效應總結：均出現(xiàn)在含Mn、Cr元素的鋁合金中；粗晶出現(xiàn)在外層，擠壓效應出現(xiàn)在內層；粗晶產(chǎn)生的根本原因是發(fā)生了集聚再結晶；擠壓效應產(chǎn)生的根本原因是未發(fā)生再結晶。第46頁/共98頁擠壓后淬火加熱時結果

形成機理：鑄造時冷速快導致鑄錠是過飽和組織；擠壓時第47頁/共98頁3、擠制品的主要缺陷1）擠制品裂紋

A特征

出現(xiàn)在制品表面，外形大致相同，呈周期性分布，又稱周期性裂紋。

裂紋一般出現(xiàn)在高溫塑性差的合金中，如錫磷青銅、錫黃銅、硬鋁等合金。第48頁/共98頁

B形成原因根本原因是變形不均所產(chǎn)生的軸向拉副應力作用結果擠壓時中心質點流速快，中心產(chǎn)生軸向拉副應力，當此力與基本應力疊加后的工作應力達到合金的強度極限時，就會產(chǎn)生裂紋。由于在表面的拉副應力最大，故裂紋首先在表面產(chǎn)生。

棒材直徑拉應力壓應力副應力分布流動速度裂紋軌跡裂紋加深速度第49頁/共98頁

裂紋的產(chǎn)生一方面在裂紋的尖角處產(chǎn)生應力集中，促進裂紋的擴展，另一方面也消除了此局部的拉副應力，因此當裂紋擴展到一定深度后不再向內擴展。隨著變形的進行，合金又會由于拉副應力的產(chǎn)生而形成裂紋，因而裂紋呈周期性分布。

C消除措施

a

使變形均勻，消除軸向拉副應力，如潤滑等；

b

提高基本應力，如施加反壓力、增加定徑帶長度、增加變形程度等（以能耗多為代價）；

c

保證合金的高溫強度，制訂合理的溫度－速度規(guī)程，使合金處于高溫塑性好的區(qū)域，如低溫快速、高溫慢速、等溫擠壓等。第50頁/共98頁2）擠壓縮尾又稱擠壓縮孔，是出現(xiàn)在制品尾部的一種缺陷，是指擠壓過程中，坯料表面的缺陷（氧化物、偏析瘤、雜質、油污等）進入制品內部或出現(xiàn)在制品的表明層，而形成的一種漏斗狀、環(huán)狀、半環(huán)狀的疏松組織缺陷。縮尾破壞組織的連續(xù)性和致密性，降低制品性能?？s尾依其存在的部位可分為以下三種：環(huán)形縮尾中心縮尾皮下縮尾

第51頁/共98頁

A環(huán)形縮尾

a特征分布在制品尾部中間部位，呈完整的圓環(huán)或部分圓環(huán)，一般在200－1000mm內。

b形成原因擠壓末期發(fā)生紊亂流動，即外層金屬發(fā)生回流，由于后端難變形區(qū)的存在，回流的金屬沿難變形區(qū)界面流動，分布在制品的中間層。由于外層金屬含有氧化皮、油污等臟物，流入制品內部與基體金屬不能焊合，形成環(huán)形縮尾。環(huán)形縮尾是最常見的縮尾。難變形區(qū)第52頁/共98頁

B中心縮尾

a特征分布在制品尾部中心部位，短而粗，呈漏斗狀，一般留在壓余內，只有在大規(guī)格制品、壓余又薄時才能觀察到。

b形成原因隨著擠壓過程的進行，后端難變形區(qū)逐漸變成一小楔形，回流的金屬沿此界面流動，分布在制品的中心。由于外層金屬含有氧化皮、油污等臟物，流入制品內部與基體金屬不能焊合，形成中心縮尾。當回流的外層金屬也不能補充中心金屬的短缺時，形成縮孔。難變形區(qū)第53頁/共98頁

C皮下縮尾

a特征分布在制品尾部周邊部位，沒有規(guī)律性。

b形成原因擠壓末期，金屬溫降大、塑性低，導致劇烈滑移區(qū)與死區(qū)界面發(fā)生斷裂（內摩擦轉變?yōu)橥饽Σ粒?，含有氧化皮、油污等臟物的外層金屬沿此界面流出，同時，死區(qū)也不是完全的剛體，也會沿?？滓稽c一點的流出，包覆在由死區(qū)界面流出的臟金屬上面，形成皮下縮尾。第54頁/共98頁

D防止措施

a使擠壓不處于末期如留壓余（壓余長度一般為錠徑的10－30％）、半連續(xù)擠壓；

b使變形均勻，金屬不產(chǎn)生回流，主要措施是制訂合理的工藝參數(shù)，如潤滑、錐模擠壓、低溫擠壓、提高工具表面光潔度等；

c提高坯料表面質量如機加工、加熱時盡量減少氧化、熱剝皮、脫皮擠壓等。制品墊片脫皮第55頁/共98頁四、擠壓力

擠壓力：軸通過墊片作用在坯料上使之從?？字辛鞒龅牧?，是指曲線上的最大力。

擠壓力是制訂工藝、選擇設備、校核工具強度的依據(jù)。影響因素：有很多，如摩擦、金屬性質、擠壓溫度、變形程度、模角等。模角逐漸增大過程中，一方面彎曲變形增大，導致擠壓力升高；另一方面摩擦面減小，導致擠壓力減小，結果存在一最佳模角，使擠壓力最小。擠壓時最佳模角為45－60°。模角應力平模擠壓時形成死區(qū)，模角取60°。第56頁/共98頁五、擠壓工具1、擠壓筒1）結構一般由二層或三層過盈熱裝組成，分別稱為內套、中套和外套，目的是：a使筒壁中的應力分布均勻（降低筒壁中的應力峰值）；b筒磨損后只需更換內套，不必更換整個擠壓筒，可節(jié)約材料。外套中套內套作用：容納金屬。第57頁/共98頁

各套之間的配合可以是圓柱形的（a）、帶一定錐度的（b、c）或帶止口的（d）。圓柱形襯加工容易，但更換困難；錐形襯加工困難，但更換容易；帶止口襯與圓柱形襯基本相同，只是熱裝時依靠止口自動找準。abcd第58頁/共98頁

內套兩端面均做成錐面，有助于擠壓時順利將坯料、墊片推入擠壓筒，更重要的是起定心作用，即使模子在模座靠近筒內襯套錐面后，能準確地位于擠壓中心線上，因此，這個錐面又叫定心錐。模座模第59頁/共98頁2）預熱目的：a減小坯料的溫降、改善坯料的溫度分布，進而使流動均勻；b避免筒受劇烈的熱沖擊，延長其使用壽命。一般預熱溫度為：350－400

°，預熱溫度過高，耐熱合金鋼強度損失太大。方法：主要采用感應加熱，即將加熱元件絕緣后插入沿擠壓筒圓周布置的軸向孔中，然后串聯(lián)起來通電，靠磁場感應產(chǎn)生的渦流加熱。加熱元件一般布置在外襯套中，在強度允許的情況下，布置在中套中較有力，可使斷面溫度分布均勻；也有用電阻元件由筒外加熱的；也可用煤氣或熱的坯料由筒內加熱的；還有將筒放在加熱爐中加熱的。第60頁/共98頁3）尺寸設計內徑：筒內徑越大，墊片上的單位壓力越小，因此，最大內徑應保證作用在墊片上的單位壓力不低于被擠金屬的變形抗力；最小內徑應保證工具（尤其是軸）的強度。不同噸位的擠壓機一般配2－4個不同內徑的筒。長度：擠壓筒長度一般為：800－1000。此外還有過盈量、層數(shù)、各層厚度，參見P89。第61頁/共98頁4）強度校核

單層時，可將筒看成是只受內壓的厚壁筒，筒壁上的應力分布如左圖。二層過盈熱裝時，內套可看成是只受外壓的厚壁筒，外套看成是只受內壓的厚壁筒，應力分布如左圖。合成應力分布如左圖。第62頁/共98頁2、擠壓軸1）種類

實心軸：用于正擠棒、型材；反擠大尺寸管材；空心錠擠管材。空心軸：用于正擠管材；反擠棒、型、管材。實心軸空心軸

為節(jié)約材料，有時也做成過盈裝配式軸，即軸身用高強度鋼，支座用一般鋼。軸身支座作用：傳遞擠壓力。第63頁/共98頁2）尺寸設計外徑：由筒內徑?jīng)Q定，一般比筒內徑小4－10mm；內徑：由環(huán)形斷面所承受的壓應力不超過材料的許用應力決定，此內徑也是該軸能通過的最大穿孔針外徑。長度：長5－10mm是為了將墊片和壓余推出擠壓筒。注：軸在高溫下工作，端部有可能鐓粗，因此外徑設計時應小些，內徑應大些。3）強度校核穩(wěn)定性校核；抗壓強度校核。第64頁/共98頁3、墊片

作用：保護擠壓軸，防止軸端面溫度過高和減小軸的磨損；可改善擠壓過程，如凹形可使流動均勻、表面刻花紋可增大摩擦減少縮尾形成、錐形可實現(xiàn)無壓余擠壓等。按使用方式有兩種：自由式墊片：使用時不與軸固定在一起；固定式墊片：使用時與軸固定在一起。第65頁/共98頁1）自由式墊片

A種類與結構棒型材墊片管材用墊片脫皮用墊片錐形墊片反擠用墊片

脫皮用墊片的凸緣有利于壓余、脫皮與墊片的分離，減少墊片與金屬的粘結和摩擦，也用于粘性大合金的擠壓如軟鋁合金、含鋁的青銅和黃銅等；錐形墊片與錐模配合可實現(xiàn)無壓余擠壓，主要用于無獨立穿孔系統(tǒng)的立式擠壓機上。第66頁/共98頁B尺寸設計

外徑D應比筒內徑小ΔD，ΔD太大，易形成局部脫皮擠壓，殘留在筒內的金屬在下次擠壓時可能包覆在制品上形成起皮、分層等缺陷；擠壓管材時不能有效地控制穿孔針的位置，導致管材偏心。ΔD太小，易導致墊片與筒摩擦，加速擠壓筒的磨損。ΔD值與筒的內徑和擠壓方式有關，具體見P93。

內徑d由穿孔針的外徑?jīng)Q定，一般比穿孔針的外徑大0.3－0.4，間隙太大，不能校正穿孔針在筒中的位置，還可能導致金屬回流包住穿孔針。間隙太小易劃傷穿孔針。

厚度H一般為：H＝（0.4－0.6）D。

C強度校核抗壓強度。第67頁/共98頁2）固定式墊片由內墊片和外墊片組成，用螺栓固定在軸上，內墊片比外墊片凸出1mm左右。擠壓時，內墊片受力而縮進，致使外墊片脹開而密封擠壓筒；擠壓后，內墊片凸出推動壓余，外墊片恢復原狀。

注:a墊片應潤滑以利于壓余的分離；

b一般用于擠低溫合金如鋁合金，否則墊片過熱。內墊片外墊片螺栓連桿頭連桿擠壓軸第68頁/共98頁4、穿孔針

作用：對坯料穿孔，控制制品內表面質量和尺寸精度。常用的有圓柱式針、瓶式針和浮動式針三種。

1）圓柱式針

A結構

工作部分為圓柱形，沿軸向上有稍許錐度，以有利于穿孔；減少金屬流動時作用在針上的摩擦力（引起拉應力）；擠壓后易退出。對于固定不動的針，只在針的前端一段有錐度，而隨動針在整個長度上都帶錐度。第69頁/共98頁B尺寸設計

外徑D：由制品的內徑?jīng)Q定（以正差為限）；

錐度：不易過大，否則會影響內徑的尺寸精度、易在墊片內孔與針之間充滿金屬。具體見P94

。長度：長10mm起導向作用，以防制品彎曲。2）圓柱式針

A結構由針頭和針身兩部分組成，工作時針頭部分與

針身針頭模孔配合控制制品的內徑尺寸和精度，粗的針身部分提高強度。第70頁/共98頁B特點a抗彎強度高，擠出制品的同心度好；b可防止墊片劃傷針頭（工作部分）表面，因此能提高內表面質量；c粗的針身部分承載能力高，針的使用壽命長；d主要用于擠壓內徑<20－30的管材。

C尺寸設計

針頭直徑由制品內徑?jīng)Q定；針身直徑為50－60或更粗，以提高抗彎強度；二者的過渡錐角以30－40°為宜。針頭長度：余量一般為20－30mm，太大易導致擠壓末期金屬倒流到擠壓軸中；太小則針身離模端面太近，導致擠出管材內徑過大。余量墊片模筒第71頁/共98頁3）浮動式針

A結構由針頭、連接器、浮動套和連接桿組成，其主要特點是能自動糾正管材的偏心。原理是：采用浮動針擠針體連接桿浮動套連接器壓時由于不能填充，導致穿孔針偏離擠壓中心線，結果浮動套與?？姿纬傻沫h(huán)形截面（縫隙）不均勻，縫隙小處流動阻力大，靜壓力大，迫使浮動套向流動阻力小、靜壓力小的一側移動，直至縫隙均勻。

B尺寸設計見P95

。

4）強度校核抗壓、抗拉、穩(wěn)定性穿孔中心擠壓中心第72頁/共98頁5、擠壓模

作用：控制制品的尺寸和形狀。

1）種類

A整體模由整塊鋼料制成的模。平模錐模

平模：模角為90°，擠壓時存在死區(qū)，形成自然模角，一般取60°

。平模擠壓制品表面質量好，但擠壓力大，能耗多。

錐模：模角一般為55－70°，擠壓時流動均勻，擠壓力小，但制品表面質量差，適于大規(guī)格管材和難變形合金管棒型材擠壓。第73頁/共98頁平錐模碗形模平流線模流線模雙錐模

雙錐模：工作面由兩段錐面組成，錐角分別為60－65°和10－15°，擠壓時流動均勻，適于銅、鎳、鋁合金管材擠壓。

平錐模：工作面由平面和錐面組成，兼有平模和錐模的優(yōu)點，適于鋼和鈦合金擠壓。

此外還有：流線模，平流線模和碗形模。第74頁/共98頁B可拆卸模?？子蓭讉€模塊組裝而成，主要用于變斷面型材擠壓。第75頁/共98頁C舌（形）模又稱橋氏模，將模與舌芯做成一體。根據(jù)舌芯形式不同，可分為突橋式、半突橋式和隱橋式三種。特點是：可用實心錠擠壓管材；產(chǎn)品尺寸精確，內表面質量好；但制品有焊縫，擠壓力比穿孔擠壓時高，壓余長。突橋式半突橋式隱橋式第76頁/共98頁D分流組合模由陽模（上模）和陰模（下模）組成，二者用螺栓連接（有定位銷）。特點與舌模相同，但結構比后者更合理、使用更方便。按結構形式可分孔道式和叉架式兩種。

孔道式組合模加工制造方便、生產(chǎn)操作簡單，能生產(chǎn)形狀復雜的空心型材，但擠壓力大，易悶車，擠壓后修模困難。實際中應用最廣泛。制品孔道下模上模擠壓方向第77頁/共98頁

叉架式組合模擠壓力小，擠壓后修模、清理壓余容易，適于生產(chǎn)大尺寸空心型材，但加工制造困難，應用較少。叉架下模制品螺孔孔道擠壓方向第78頁/共98頁2）模具設計

A單孔模設計

模角α：平模為90°

，錐模一般為45－60°

。

定徑帶直徑d：與制品名義直徑不相等，應考慮出模后冷卻收縮、模子熱膨脹和受壓變形、制品拉伸矯直等影響，一般比制品名義直徑大。設計時用裕量系數(shù)dlrc考慮，即：，c值見P100

。定徑帶長度l：過短模子易磨損、易壓傷制品表面；過長則易粘結金屬（造成表面有毛刺、劃傷等）、擠壓力大。一般按經(jīng)驗選取，見P99

。DL第79頁/共98頁

入模圓角半徑r：模子入口處常做成一定的圓角，這樣可：防止塑性差的合金產(chǎn)生裂紋；防止高溫下模子棱角處壓堆而改變?？壮叽?；減少金屬流入定徑帶時的非接觸變形。取值見P100

。dlrDL

出口帶直徑D：小易劃傷制品，大降低模子強度，一般比定徑帶直徑大4－5mm。型材擠壓時，為提高定徑帶的抗剪強度，可做成一定角度的斜面。此外，還有出口帶的長度、模子的外形尺寸如厚度、直徑等，見P100

。第80頁/共98頁B多孔模設計在擠壓小尺寸（直徑<30－40）制品時，為提高生產(chǎn)率、降低擠壓比，或受料臺長度的限制，常采用多孔模擠壓；此外，擠壓小規(guī)格復雜斷面型材時，為使金屬流動均勻，也常采用多孔模擠壓。

?？讛?shù)目確定：太多易導致制品出模后相互纏繞而劃傷制品；操作困難；模子強度降低。當僅考慮合金性能時，孔數(shù)n可按下式確定：實際中，孔數(shù)一般<4－6。

?？撞贾迷瓌t：均勻布置在同心圓上。同心圓直徑應適當，?？走^分靠近邊緣，易導致死區(qū)流動，還易導致制品外測產(chǎn)生裂紋；過分靠近中心，易導致制品內側出現(xiàn)裂紋。大小見P101

。第81頁/共98頁C型材模設計

型材擠壓時，由于坯料和制品失去了對稱性以及制品本身可能不對稱，如壁厚不同，因此流動非常不均勻，若設計不當，則由于不均勻變形會導致制品出現(xiàn)裂紋、波浪、彎曲、扭擰等缺陷。設計的基本原則是：

a型材的重心布置在模孔的中心線上

對于只有一個對稱軸且壁厚差較大的型材，型材的重心必須偏離?？字行囊欢ň嚯x，且使難流動的薄壁部分更接近中心。第82頁/共98頁b采用多孔模對稱布置（增加整體對稱性）不正確

正確

第83頁/共98頁c采用不等長的定徑帶

不易流動的薄壁部分定徑帶短，易流動的厚壁部分定徑帶長。

利用不等長定徑帶控制流速是實際中廣泛采用的方法，但有限度，定徑帶長到一定值時，金屬由于冷卻收縮不與其接觸，失去阻礙作用。第84頁/共98頁d采用阻礙角或促流斜面

在易流動的厚壁?？兹肟谔幾鲆恍泵妫诵泵媾c軸線的夾角叫阻礙角；同樣，對于難流動的薄壁部分，可做一具有角（傾斜的模子端面與水平面的夾角）的促流斜面。

阻礙角增加了摩擦面積；促流斜面對金屬反作用力的水平分力，促使金屬向薄壁處流動。第85頁/共98頁e采用平衡?？自跀D壓異形管材、大尺寸制品時，模上只能布置一個模孔，為了平衡流動，可配置平衡模孔，平衡?？鬃詈脼閳A形以便利用。平衡?？椎?6頁/共98頁D舌形模設計舌模擠壓又稱焊合擠壓，擠壓時金屬在強大的壓力作用下被分成幾股流入?？?，借助于模壁的壓力使金屬重新焊合起來形成空心制品。主要用于小尺寸、焊合性能好的合金擠壓。結構多為橋式，橋的斷面形狀主要為水滴形。舌模的制造費用高，易于損壞，分離壓余麻煩，目前已逐漸被分流組合模所取代。第87頁/共98頁E分流組合模設計

擠壓時金屬產(chǎn)生兩次激烈變形，一次是進入模腔的變形，一次是進入?？椎淖冃?，流動阻力大，因此適于強度低、易焊合合金（純鋁、軟鋁合金）的擠壓。

分流比：分流孔的面積與制品面積之比。分流比小，擠壓力大，對模具和擠壓生產(chǎn)都不利，對型材，一般取：10－30；對管材?。?