材料成型概論 第四章 擠壓成型培訓(xùn)

1、材料成型概論 第四章 擠壓成型 4.1 擠壓成型的特點和基本方法 擠壓就是采用擠壓軸（凸模）將放在密閉的擠壓筒（凹模）內(nèi)的坯料壓出模孔而成型的塑性加工方法。擠壓時金屬坯料受到三向壓應(yīng)力，有利于低塑性金屬變形（脆性材料變形）。擠壓多用于生產(chǎn)有色金屬及合金的棒材、薄壁和超厚壁復(fù)雜斷面型材和管材，高合金鋼材及低塑性合金鋼材。冷擠壓也用于生產(chǎn)機(jī)械零件。定義4.1 擠壓成型的特點和基本方法 7.金屬損失大,成材率低,且工具消耗大,生產(chǎn)成本高;8.金屬與工模具間摩擦系數(shù)大,金屬在變形區(qū)內(nèi)流動不均勻,產(chǎn)品組織性能沿長度和斷面上不均勻；9.與軋制成型相比生產(chǎn)率低。 4.1.1 擠壓成型的特點缺點按金屬流動方向

2、及變形特征：正擠壓、反擠壓、側(cè)向擠壓、連續(xù)擠壓、復(fù)合擠壓及特殊擠壓（靜液擠壓等）按擠壓溫度：熱擠壓-（在冶金工業(yè)應(yīng)用） 溫擠壓、冷擠壓-（在機(jī)械工業(yè)應(yīng)用）按潤滑狀態(tài)：玻璃潤滑擠壓、靜液擠壓按制品種類：管材擠壓、棒材擠壓、型材擠壓 4.1.2 擠壓成型的基本方法圖4-2 工業(yè)上常用的擠壓方法（a）正擠壓；（b）反擠壓；（c）側(cè)向擠壓；（d）玻璃潤滑擠壓； （e）靜液擠壓；（f）連續(xù)擠壓 反擠壓特點：反擠壓時金屬坯料與擠壓筒壁之間無相對滑動；擠壓力小，一般比正擠降低3040，能耗低；金屬流動主要集中在模孔附近的領(lǐng)域，制品的組織性能沿長度是均勻的；操作較為復(fù)雜，間隙時間較正擠壓長，且制品質(zhì)量的穩(wěn)定性

3、不足。 4.1.2 擠壓成型的基本方法 反擠壓金屬流動方向與擠壓軸運(yùn)動方向相反。 金屬流動方向與擠壓軸運(yùn)動方向垂直，又稱橫向擠壓。 側(cè)擠壓特點：擠壓模與坯料軸線成90角,將使制品縱向力學(xué)性能差異最小；變形程度較大，擠壓比可達(dá)100；制品強(qiáng)度高；要求模具和工具具有高的強(qiáng)度及剛度。 側(cè)向擠壓在電纜包鉛套和鋁套上應(yīng)用最廣泛。 4.1.2 擠壓成型的基本方法 側(cè)向擠壓4.2.1 擠壓成型過程 包括開始擠壓、基本擠壓和終了擠壓三個階段開始擠壓階段 擠壓初始錠坯與擠壓筒存在間隙，錠坯在擠壓軸的壓力作用下發(fā)生鼓形變形而形成封閉空間，隨后金屬向間隙處流動充滿擠壓筒，同時部分金屬流入?？祝@一階段為開始擠壓階段

4、，又稱充填擠壓階段。 4.2 擠壓過程的基本概念基本擠壓階段 開始擠壓階段完成后，錠坯在擠壓軸的壓力作用下，由?？琢鞒鲂纬芍破?，直至筒內(nèi)錠坯長度接近變形區(qū)壓縮錐高度，這一階段為基本擠壓階段，又稱平流擠壓階段。 擠壓過程中，錠坯任一橫截面上的金屬質(zhì)點皆以相同速度或一定的速度差流入變形區(qū)壓縮錐。 4.2.1 擠壓成型過程終了擠壓階段 筒內(nèi)錠坯長度接近變形區(qū)壓縮錐高度的擠壓階段，這一階段錠坯的外層金屬向中心劇烈流動，兩個難變形區(qū)中的金屬向模孔流動，形成擠壓所特有的“擠壓縮尾”。 有：中心縮尾、環(huán)形縮尾和皮下縮尾三種類型。 采取“壓余”措施：留一部分金屬在擠壓筒內(nèi)不全部擠出，使縮尾不流入制品中。 4.

5、2.1 擠壓成型過程1.擠壓變形區(qū) 擠壓筒內(nèi)的金屬在擠壓軸作用下產(chǎn)生塑性變形的區(qū)域稱為擠壓變形區(qū)。 包括：塑性流動區(qū)、前端難變形區(qū)、后端難變形區(qū)前端難變形區(qū)存在于擠壓筒與模子交界處abc區(qū)。后端難變形區(qū)位于擠壓墊片處。 4.2.2 擠壓變形區(qū)及應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)2.變形區(qū)內(nèi)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)外力擠壓力P和單位壓力p擠壓筒壁的摩擦力Tt和單位正壓力dNt模子壓縮面的摩擦力Tz和單位正壓力dNz定徑帶的摩擦力Td和單位正壓力dNd 4.2.2 擠壓變形區(qū)及應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)2.變形區(qū)內(nèi)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài)：三向壓應(yīng)力，即軸向壓應(yīng)力l,徑向壓應(yīng)力r及周向壓應(yīng)力（軸對稱r）應(yīng)變狀態(tài)：兩向壓縮、一向延伸，即軸向延伸變

6、形l,徑向壓縮變形r及周向壓縮變形 （軸對稱r） 4.2.2 擠壓變形區(qū)及應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)擠壓的主應(yīng)力和主應(yīng)變狀態(tài)圖示 擠壓為三向壓應(yīng)力狀態(tài)；二向縮短,一向伸長主應(yīng)變狀態(tài)。圖4-4 擠壓時之外力、應(yīng)力及應(yīng)變狀態(tài)擠壓時金屬的流動對制品的組織性能、尺寸形狀，以及表面狀態(tài)有著重要的影響。由于外摩擦的影響和錠坯斷面溫度分布不均，擠壓時金屬流動是不均勻的。通常，心部金屬流動速度大于表層金屬。 （坐標(biāo)線彎曲較大，變形不均勻） 4.2.3 擠壓時金屬的流動 擠壓力P是擠壓桿通過墊片作用在被擠壓錠坯上使金屬從?？琢鞒鰜淼膲毫?。 擠壓力是隨擠壓桿的行程而變化的，所要計算的擠壓力是指曲線上的最大擠壓力，它是確定擠壓機(jī)

7、噸位和校核擠壓機(jī)部件強(qiáng)度的依據(jù)。 4.2.4 擠壓力 影響擠壓力的主要因素有：擠壓溫度；金屬的變形抗力、變形程度、變形速度（流出速度）?？仔螤?、制品斷面形狀；錠坯長度；外摩擦等。 4.2.4 擠壓力 擠壓力P的組成： P = Tt + Tz + Td + Rs 式中： Tt、Tz和Td分別為擠壓筒壁、壓縮錐側(cè)壁和模子定徑帶的摩擦力分量； Rs為金屬變形抗力分量。 4.2.4 擠壓力 4.3.1 擠壓成型設(shè)備擠壓機(jī)按傳動方式可分為：機(jī)械式擠壓機(jī)和液壓式擠壓機(jī)。液壓傳動擠壓機(jī)運(yùn)動平穩(wěn)，對過載的適應(yīng)性好，而且速度也較易調(diào)整，因此廣泛應(yīng)用。擠壓機(jī)由：動力部分、主體部分、控制元件、工作液體、輔助部分等組

8、成。 4.3 擠壓成型設(shè)備及工具擠壓機(jī)按運(yùn)動部件的運(yùn)動方向分為：臥式擠壓機(jī)、立式擠壓機(jī) 臥式擠壓機(jī)工作部件的運(yùn)動方向與地面平行。 占地面積大等，P69 立式擠壓機(jī)工作部件的運(yùn)動方向與地面垂直。 有很深的地槽,或基礎(chǔ)高,噸位?。?10MN P70 4.3.1 擠壓成型設(shè)備臥式擠壓機(jī)特點1)擠壓機(jī)本體和大部分附屬設(shè)備可布置在地面上，便于操作、維護(hù)和修理；易于實現(xiàn)機(jī)械化、自動化；2)擠壓機(jī)運(yùn)動部件(柱塞,擠壓筒等)磨損較嚴(yán)重.3)占地面積大等.立式擠壓機(jī)特點 有很深的地槽,或基礎(chǔ)高,噸位小：610MN，主要生產(chǎn)中小規(guī)格的管材。 4.3.1 擠壓成型設(shè)備臥式擠壓機(jī)按擠壓方法分為：正向、反向和聯(lián)合擠壓機(jī)

9、臥式擠壓機(jī)按結(jié)構(gòu)分為： 單動式（不帶獨立穿孔，必須用空心的坯料）、 復(fù)動式擠壓機(jī)（帶獨立穿孔，可用空心的也可用實心坯料）臥式擠壓機(jī)按產(chǎn)品分為：棒型材、管材擠壓機(jī) 擠壓機(jī)一般由機(jī)架、缸與柱塞、擠壓工具等組成。 4.3.1 擠壓成型設(shè)備 擠壓工具包括：模子、擠壓軸、擠壓筒、擠壓墊、穿孔針、模支撐、模墊、支撐環(huán)、沖頭、針座等1.模子擠壓模是使金屬產(chǎn)生塑性變形并獲得?？仔螤畛叽绲淖钪匾墓ぞ摺Ｗ饔茫菏菇饘佼a(chǎn)生塑性變形并獲 得?？仔螤詈统叽??；绢愋停浩侥：湾F模 4.3.2 擠壓成型工具1)模角模子軸線與其工作端面的夾角；= 90為平模；從擠壓力的角度，合理模角為45 60；從保證產(chǎn)品質(zhì)量的角度，合理模

10、角為5570通常取60 65 4.3.2 擠壓成型工具2)定徑帶及定徑帶長度hd模子中用于保證制品的尺寸和表面質(zhì)量的工作段稱為定徑帶，又稱工作帶。定徑帶長度主要影響制品的表面質(zhì)量和形狀精度，通常根據(jù)材質(zhì)和規(guī)格采用經(jīng)驗法選取。定徑帶長度過短,模子易磨損,制品產(chǎn)生壓痕和橢圓.定徑帶長度過長,易粘結(jié)金屬,制品產(chǎn)生毛刺和麻面. 4.3.2 擠壓成型工具3)定徑帶直徑dd根據(jù)制品尺寸及偏差、模子裕量系數(shù)、模子的壽命確定定徑帶直徑dd。4)出口直徑dc模子的出口段主要作用是導(dǎo)出制品。出口直徑不能過小，否則易劃傷制品表面。一般dc dd 取35mm，薄壁管材取1020mm 4.3.2 擠壓成型工具2.擠壓軸

11、作用：將擠壓力傳遞到金屬體，使之產(chǎn)生塑性變形從?？字辛鞒觥D壓軸直徑根據(jù)擠壓軸的抗壓強(qiáng)度和壓彎穩(wěn)定性進(jìn)行計算確定。一般，臥式擠壓機(jī)擠壓軸比擠壓筒內(nèi)徑小410mm 立式擠壓機(jī)擠壓軸比擠壓筒內(nèi)徑小23mm。臥式擠壓機(jī)擠壓軸工作長度等于擠壓筒長度加5mm余量。 4.3.2 擠壓成型工具3.擠壓筒作用：使錠坯產(chǎn)生塑性變形，并向模孔流動。擠壓筒內(nèi)徑根據(jù)制品的變形抗力、擠壓比和擠壓力確定。擠壓筒內(nèi)徑最大值應(yīng)保證單位擠壓壓力不小于金屬的變形抗力； 最小值應(yīng)保證擠壓軸的強(qiáng)度。 4.3.2 擠壓成型工具擠壓筒長度Lt （L +l）+ t + s L錠坯的最大長度； l長度為錠坯穿孔時金屬向后流動增加的； t模子

12、進(jìn)入擠壓筒的深度； s墊片厚度。擠壓比：擠壓筒與?？讛嗝婷娣e的比，F(xiàn)0F 通常擠壓比為6100， 一次擠壓的棒、型材 10, 鍛造用毛坯 5， 二次擠壓用毛坯 可不限。 4.3.2 擠壓成型工具基本工藝流程 坯料準(zhǔn)備加熱擠壓成型精整檢驗入庫 精整主要包括：熱處理、矯直、剪切等。 由于材質(zhì)、坯料種類、制品品種以及擠壓方式的不同，其工藝流程有所區(qū)別。 例如 LY12型材 P72 4.4 擠壓成型工藝錠坯尺寸：405900mm 成品尺寸：H25mm；B18mm S12.5mm；S23.0mm 由于錠坯外徑大、成品尺寸小，故需進(jìn)行二次擠壓 4.4 擠壓成型工藝其工藝流程為： 坯料準(zhǔn)備加熱擠壓 （124

13、mm）剪切取樣加熱擠壓 淬火 拉矯取樣型輥矯直檢驗入庫 加熱400420，保溫60, 筒溫420，擠速1.5m/min 加熱380420；筒溫380400,擠速23m/min； 水淬 497502. 4.4 擠壓成型工藝擠壓工藝參數(shù) 坯料準(zhǔn)備包括坯料材質(zhì)、種類、規(guī)格的選擇和檢查，表面處理和預(yù)先熱處理（如預(yù)退火、均勻化退火等）。 擠壓速度V擠金屬流出速度V流 V擠 變形速度最大主變形與變形時間之比，也稱應(yīng) 變速度。 4.4 擠壓成型工藝擠壓工藝參數(shù) 擠壓溫度根據(jù)三圖“合金狀態(tài)圖、塑性圖、再結(jié)晶圖” 使金屬具有最好的塑性及較低的變形抗力，同時保證制品獲得均勻良好的組織性能等。 由于擠壓變形熱效應(yīng)大，一般擠壓溫度比熱軋的溫度低些。 4.4 擠壓成型工藝 擠壓比擠壓筒與?？讛嗝婷娣e的比，F(xiàn)0F 擠壓潤滑: 潤滑目的為了使擠壓時金屬流動均勻，提高制品表面質(zhì)量，延長擠壓工具的使用壽命和降低擠壓力，減少能量消耗，在擠壓時應(yīng)對擠壓筒、擠壓模、穿孔針進(jìn)行潤滑。 擠壓鋁合金使用的潤滑劑：汽缸油石墨等 擠壓重金屬使用的潤滑劑：45號機(jī)