3.擠壓力主要內容：擠壓力的概念，擠壓力計算式介紹(jièshào)，正確選擇擠壓力計算式及有關參數，影響擠壓力的因素分析。重點：擠壓力計算。難點：擠壓力計算式中有關參數的確定。目的和要求：能夠根據擠壓方法、擠壓產品及擠壓過程金屬的變形流動特點的不同，正確選擇擠壓力計算式，并能夠正確確定有關計算參數，從而較準確的計算不同擠壓條件下的擠壓力。精品資料3.1擠壓力計算式分析擠壓力:擠壓過程中，通過擠壓桿和擠壓墊作用在金屬坯料上的外力。單位擠壓力:擠壓墊片單位面積上承受的擠壓力。目前，用于計算各種條件下擠壓力的算式有幾十個，歸納起來分為以下幾組：（1）借助塑性方程式求解(qiújiě)應力平衡微分方程式所得的計算式；（2）利用滑移線法求解(qiújiě)平衡方程式所得的計算式；精品資料（3）根據最小功原理和采用變分法所建立起來的計算式；（4）經驗式、簡化式。各計算式的計算精度除了與計算式的結構合理性有關外，在很大程度上取決于計算式中各參數選擇的合理性與準確程度。在選擇時要注意以下幾點：（1）適用條件；（2）計算式本身建立的理論基礎是否完善、合理，考慮的影響因素是否全面(quánmiàn)；（3）計算過程是否簡便；（4）有關參數的確定是否困難。精品資料3.2擠壓(jǐyā)時的受力情況擠壓(jǐyā)時的受力情況如圖3-1所示。圖3-1擠壓(jǐyā)時的受力情況精品資料擠壓力組成：P=R錐+T錐+T筒+T定+T墊+Q+IR錐—使金屬產生塑性變形所需的力；T錐—壓縮錐側表面上的摩擦力；T筒—擠壓筒壁和穿孔針表面的摩擦力；T定—模孔工作帶上的摩擦力；T墊—擠壓墊接觸表面上的摩擦力；Q—作用在制品上的反壓力或牽引力；I—擠壓速度(sùdù)變化引起的慣性力。精品資料通常，擠壓墊對金屬流動所產生的摩擦力只是在終了階段，當后端難變形區金屬進入塑性變形區壓縮錐后，沿擠壓墊端面流動時才起作用；牽引力的主要作用是防止制品偏離出料臺并可起到減少其彎曲和扭擰，遠遠小于擠壓力；在正常擠壓過程中，在擠壓溫度一定的情況下，擠壓速度的變化是比較平穩且變化不大，所引起(yǐnqǐ)的慣性力是比較小的。故后三項通常可以不用考慮。精品資料3.3影響擠壓力的主要因素（1）金屬的變形抗力擠壓力大小與金屬的變形抗力成正比。（2）錠坯狀態錠坯組織性能均勻，擠壓力較小；經過充分均勻化退火，可使不平衡共晶組織在基體中分布均勻，過飽和固溶元素從固溶體中析出(xīchū)，消除鑄造應力，提高錠坯塑性，減小變形抗力，使擠壓力降低。純鋁錠坯組織、均勻化退火時間及擠壓速度對擠壓力的影響見圖3-2。精品資料圖3-2純鋁錠坯組織、均勻化退火時間及擠壓速度(sùdù)對擠壓力的影響精品資料（3）錠坯的規格及長度錠坯的規格對擠壓力的影響是通過摩擦力產生作用的。錠坯的直徑越粗，擠壓力就越大；穿孔針直徑越粗，擠壓力也越大；錠坯越長，擠壓力也越大。（4）變形程度（或擠壓比）擠壓力大小與變形程度成正比，即隨著變形程度增大，擠壓力成正比升高。圖3-3是不同(bùtónɡ)擠壓溫度下6063鋁合金擠壓力與擠壓比之間關系曲線。精品資料圖3-3不同擠壓溫度下6063鋁合金擠壓力(yālì)與擠壓比之間關系曲線精品資料（5）變形溫度變形溫度對擠壓力的影響，是通過變形抗力的大小反映出來的。一般來說，隨著(suízhe)變形溫度的升高，金屬的變形抗力下降，擠壓力降低。（6）變形速度變形速度對擠壓力大小的影響，也是通過變形抗力的變化起作用的。如果無溫度、外摩擦條件的變化，擠壓力與擠壓速度之間成線性關系，如圖3-4所示。精品資料圖3-46063鋁合金擠壓力與擠壓速度(sùdù)的關系精品資料（7）外摩擦條件的影響（8）模角模角對擠壓力的影響如圖3-5所示。隨著模角增大，金屬進入變形區壓縮錐所產生(chǎnshēng)的附加彎曲變形增大，所需要消耗的金屬變形功增大；但模角增大又會使變形區壓縮錐縮短，降低了擠壓模錐面上的摩擦阻力，二者疊加的結果必然會出現一擠壓力最小值。這時的模角稱為最佳模角。一般情況下，當α在45°～60°范圍時擠壓力最小。精品資料圖3-5擠壓力(yālì)分量與模角的關系精品資料（9）擠壓方式的影響反向擠壓比同等條件下正向擠壓在突破階段所需要的擠壓力(yālì)低30%～40%；潤滑穿孔針擠壓時作用在穿孔針上的摩擦拉力約是同等條件下不潤滑穿孔針的四分之一；隨動針擠壓時作用在穿孔針上的摩擦拉力只出現在穿孔針運動速度與金屬流動速度不一致的部位，故比固定針擠壓時的小。精品資料3.4擠壓力計算目前，廣泛使用(shǐyòng)的計算方法有三種：經驗算式；簡化算式；借助塑性方程式求解應力平衡微分方程式所得到的計算式，如И.Л.皮爾林算式。3.4.1經驗算式（3-1）精品資料式中σS—變形(biànxíng)溫度下金屬靜態拉伸時的屈服應力，MPa；μ—摩擦系數，無潤滑熱擠壓取0.5，帶潤滑熱擠壓取0.2～0.25，冷擠壓取0.1～0.15；Dt、dz—擠壓筒、穿孔針直徑，mm；Lt—錠坯填充后的長度，mm；λ—擠壓比；精品資料a—合金材質修正系數，取1.3～1.5，其中硬合金取下限，軟合金取上限；b—制品斷面形狀修正系數，圓管材擠壓取b=1.0。此經驗(jīngyàn)算式的最大優點是簡單、計算方便。存在的最明顯問題：一是沒有考慮擠壓溫度、速度變化對金屬變形抗力的影響；二是對于只潤滑穿孔針而不潤滑擠壓筒的擠壓過程來說，正確選擇摩擦系數存在一定困難。精品資料3.4.2簡化算式P=βA0σ0lnλ+μσ0π（D+d）L（3-2）式中p—單位擠壓力，MPa；A0—擠壓筒與穿孔針之間的環形面積，cm2；σ0—與變形速度和溫度有關(yǒuguān)的變形抗力，MPa；λ—擠壓比；μ—摩擦系數；精品資料D—擠壓筒直徑，cm；d—穿孔針直徑，cm；L—填充(tiánchōng)后的錠坯長度，cm；β—修正系數，取β=1.3～1.5，其中硬合金取下限，軟合金取上限。該計算式的主要難點是如何確定不同擠壓溫度和應變速度下金屬的真實變形抗力σ0,需要通過大量的實驗來測定。精品資料在實際中，可以用一個應變速度系數CV來近似確定變形抗力(kànɡlì)：σ0=CVσS（3-3）式中的σS是變形溫度下金屬靜態拉伸時的屈服應力，Mpa。應變速度系數CV可用圖3-6所示的變形抗力(kànɡlì)的應變速度系數圖來確定，其中的橫坐標為應變速度。精品資料圖3-6變形抗力的應變(yìngbiàn)速度系數圖精品資料平均應變速度：（3-4）式中εe—擠壓真實延伸(yánshēn)應變，εe=lnλ；ts—金屬質點在變形區中停留時間，s。（3-5）精品資料Ff—擠壓制品的斷面積，mm2；Vf—制品流出模孔的速度，mm/s。（1）無潤滑熱擠壓式（3-2）中摩擦系數μ=0.577。（2）全潤滑熱擠壓式（3-2）中取摩擦系數μ=0.15～0.2。（3）只潤滑穿孔針擠壓式（3-2）可變化成如下(rúxià)形式：精品資料P=βA0σ0lnλ+σ0π（μD+μ1d）L（3-6）式中的μ、μ1分別是變形金屬與擠壓筒和穿孔針之間的摩擦系數，其取值分別按無潤滑和全潤滑擠壓的選取。（4）反向擠壓式（3-2）可變化成如下(rúxià)形式：P=βA0σ1lnλ+μσ1πdL（3-7）式中的σ1為反向擠壓時金屬的變形抗力。精品資料反擠壓時金屬的變形抗力σ1與正擠壓的不同，要通過實驗來確定。對2A11、2A12兩種合金可按下式確定：σ1-2A11=126.8–0.155tσ1-2A12=121.5–0.124t（3-8）3.4.3И.Л.皮爾林算式皮爾林借助塑性方程式和力平衡方程式聯立求解(qiújiě)的方法，建立了各種條件下的擠壓力計算式。P=RS+Tt+Tzh+Tg(3-9)精品資料（1）實現塑性變形作用在擠壓墊上力RS用下式計算：RS=（3-10）（2）克服(kèfú)擠壓筒和穿孔針上的摩擦力作用在擠壓墊上力Tt用下式計算：Tt=π（D0+d1）（L0–hS）ftSt（3-11）（3）克服(kèfú)變形區壓縮錐面上摩擦力作用在擠壓墊上力Tzh用下式計算：精品資料圓柱式固定針擠壓時：Tzh=（3-12）瓶式固定針擠壓時：Tzh=（3-13）（4）克服模子(múzi)工作帶摩擦力作用在擠壓墊上力Tg用下式計算：Tg=（3-14）精品資料影響И.Л.皮爾林算式精度的主要因素是真實(zhēnshí)變形抗力選擇存在一定困難，而且計算式中未考慮溫升和加工軟化等因素的影響。（5）И.Л.皮爾林算式中的參數確定①金屬的塑性剪切應力SA變形區入口處塑性剪切應力Szh0Szh0=0.5Kzh0≈0.5σS精品資料B變形區出口處塑性剪切應力Szh1Szh1=CVSzh0=0.5CVσSC擠壓筒內金屬塑性剪切應力St全潤滑擠壓時：St=Szh0無潤滑擠壓時：St=1.5Szh0②摩擦因數f摩擦因素與擠壓溫度(wēndù)、速度條件下的金屬變形抗力有關，需要通過大量實現來確定。精品資料5A02、2A11、2A12三種鋁合金無潤滑擠壓時的摩擦因素μ與擠壓溫度、速度條件下的金屬變形抗力CVσS的關系為：μ5A02=2.1366–0.0353CVσSμ2A11=1.5380–0.0170CVσSμ2A12=1.0470–0.0061CVσS（3-15）根據(gēnjù)對2A12合金管材的擠壓實驗，潤滑穿孔針擠壓時，作用在穿孔針上的摩擦拉力大約是不潤滑擠壓時的四分之一。精品資料目前，在尚缺乏其它牌號鋁合金及其他金屬材料實驗資料的情況下，其摩擦因素可以按照下述方法近似確定(quèdìng)：A擠壓筒、穿孔針和變形區內的表面摩擦因數ft和fzh帶潤滑熱擠壓時：可取ft=fzh=0.25；無潤滑熱擠壓時：可取ft=fzh=1.0。B模孔工作帶壁摩擦因數fg帶潤滑熱擠壓時：可取fg=0.25；無潤滑熱擠壓時：可取fg=0.5。精品資料3.5穿孔(chuānkǒng)力及穿孔(chuānkǒng)針摩擦拉力計算穿孔(chuānkǒng)過程中針的受力情況如圖3-7所示。圖3-7穿孔(chuānkǒng)針受力情況精品資料3.5.1穿孔(chuānkǒng)力計算（1）穿孔(chuānkǒng)應力（3-16）（2）穿孔(chuānkǒng)力（3-17）精品資料（3）溫度修正系數（3-18）式中dZ為穿孔針直徑，d為管材外徑，Lt為填充后錠坯長度，la為穿孔力達到最大時的穿孔深度，Z為溫度修正系數，?T為錠與針的溫差，λ?為金屬導熱(dǎorè)率，Dt為擠壓筒直徑。精品資料3.5.2穿孔(chuānkǒng)針拉力計算（1）填充擠壓階段穿孔(chuānkǒng)針受力計算用空心錠擠壓管材時，在鐓粗過程中穿孔(chuānkǒng)針會受到彎曲