有色金屬塑性加工方法及加工材的構成特點第1頁/共121頁2★穩定擠壓特點（代表擠壓變形基本特征）：a.變形金屬充滿擠壓筒，連續穩定流出模孔，金屬與筒壁摩擦大b.擠壓力隨擠壓軸行程增加而減小C.彈性變形、塑性變形、剛性（死區）三區（重點分析）d.變形不均勻（重點分析），內應力大第2頁/共121頁3Ⅰ—塑性變形區，Ⅱ—彈性變形區，Ⅲ—剛性區I1區，I2區，第3頁/共121頁4第4頁/共121頁5★紊流擠壓（擠壓終了）特點a、坯料長度接近壓縮錐高度b、擠壓力隨擠壓軸行程增加而急劇增加c、有擠壓尾縮d、徑向流動金屬比重增加，變形區金屬流動紊亂問題：管材正向擠壓、型材正向擠壓？（作業）第5頁/共121頁6反向擠壓的特點：a、塑性變形區集中在?？谆虺隹陂g隙附近b、摩擦小，變形區小，擠壓力較正擠壓力小c、變形流動較均勻，縮尾與壓余小d、A-粘滯區（剛性區）,B-塑性變形區,C-彈性區問題：復合擠壓的特點？第6頁/共121頁73）影響擠壓金屬流動的因素（1）摩擦與潤滑的影響摩擦，變形區和死區，金屬流動不均勻性高強材料擠壓由于摩擦影響因素減低比低強材料流動均勻，潤滑減小摩擦而改善變形和受力（2）溫度的影響溫度，塑性，變形抗力，金屬流動性注意：預熱模具，鋁合金對模具有粘著性第7頁/共121頁8（3）模具結構與形狀的影響a、模子模角增大，流動不均勻性增加，死區高度增加，但制品表面質量好b、擠壓筒形狀與制品形狀相似，金屬流動均勻，寬厚比大的制品不宜用圓坯c、墊篇平、凸、凹形狀的影響約有不同，一般用平墊片第8頁/共121頁9（4）變形程度的影響相同情況下，變形程度增加，變形不均勻性增加，當變形大于85%，變形趨于均勻。原因：剪切變形深入中心部。注意：如制品無二次變形，又有性能均勻性要求，需將變形大于85%。第9頁/共121頁10（5）擠壓速度的影響a、較小變形時，速度增加，熱效應可使流動性有所改善b、較小變形時，速度增加，制品產生周期性周向裂紋。原因：流動不均勻、附加應力作用大；加工硬化；高溫脆性。（6）坯料尺寸和形狀的影響a、L/d=1—1.5,L增加，變形不均勻性增加；L/d＞1.5,變形不均勻性不再增加，成品率提高；L/d＜1一般不用b、坯料斷面形狀接近?？字行模冃尾痪鶆蛐杂兴纳频?0頁/共121頁113)擠壓比擠壓比——表征擠壓變形程度，主要受模具強度和使用壽命限制（提問：其它工藝還受材料塑性、工藝參數等影響嗎？）第11頁/共121頁122．3擠壓制品的組織與性能1)組織特征：組織不均勻，有層狀組織和粗晶環（1）組織不均勻：中心部晶粒比外層粗大，前端晶粒比后端粗大（變形熱不易逸出的鋁和軟鋁合金熱擠壓相反）。為什么？（剪切變形使晶粒破碎、充分再結晶使晶粒粗大）第12頁/共121頁13（2）粗晶環：部分有色金屬擠壓制品出現外層沿主應變方向被拉長的粗大晶粒組織第13頁/共121頁14產生原因：外層金屬彎曲變形大，畸變大，勢能高，再結晶溫度降低，再結晶時晶粒急劇長大。主要解決辦法：①增加Mn、Cr等能提高再結晶溫度的“有益合金”含量；②采用低溫擠壓；③使擠壓筒溫度高于坯料溫度；④適當降低淬火加熱溫度；⑤附加拉應力使“有益合金”容易析出等……根據實際情況有針對性加以解決。第14頁/共121頁15（3）層狀組織：制品折斷面呈現分層方向與軸線平行的木質狀斷口第15頁/共121頁16產生原因：無權威解釋，鑄錠組織缺陷擠壓時拉長？主要解決辦法：使鑄造組織均勻化第16頁/共121頁172）力學性能特征：性能不均勻，有擠壓效應現象（1）性能不均勻：未熱處理狀態，制品內部前端強度低、延伸率高，制品外層后端強度高、延伸率低，縱向強度指標大于橫向指標。

為什么？為什么變形程度大于85%后性能趨于均勻？第17頁/共121頁18（2）擠壓效應：部分有色金屬材料的擠壓制品與軋制、鍛造等方法加工的制品經相同的熱處理后相比，內部強度高、塑性低。產生原因：熱處理后仍保留變形織構而未再結晶。主要解決辦法：采用使其發生再結晶的辦法、通過變形方式第18頁/共121頁192.4擠壓力1、各種因素對擠壓力的影響1）擠壓溫度、變形抗力及摩擦2）變形程度3）坯料長度如無溫度降低，因摩擦力增加而4）擠壓速度受加工硬化、熱效應等多因素影響，有增有降第19頁/共121頁205）模角金屬彎曲變形與接觸面大小綜合作用，存合理模角第20頁/共121頁212、擠壓力計算Rs—克服金屬變形抗力部分Tt—克服擠壓筒摩擦阻力部分Tzh—克服壓縮錐金屬與模壁的摩擦阻力部分Tg—克服模具定徑帶摩擦阻力部分C—其它（反拉力、牽引力、慣性力、墊片摩擦力等）部分等效作用第21頁/共121頁22第22頁/共121頁23★模具結構設計原則、步驟（1）上下（左右）兩部分應有足夠的同心度（2）工作部分安裝、拆卸方便，固定可靠（3）裝出料（坯）方便、安全、順暢（4）整體結構有足夠的剛度（5）熱、溫擠壓有冷卻模具或預熱與保溫模具措施第23頁/共121頁242、擠壓軸（擠壓桿）設計1）結構與尺寸DZLZLDLG第24頁/共121頁25實心——擠壓棒型材空心——擠壓管棒材結構——整體形式、根部與桿部過盈組裝形式直徑:：臥式擠壓機（過大過小如何？）立式擠壓機

D0——擠壓筒內徑長度：

LT——擠壓同長度第25頁/共121頁262）抗壓強度與抗彎剛度校核：略，LT/DZ＜103）材料及精度要求：5CrNiMo,4CrNiW,3Cr2W8V；HRC45-49；桿身與根部不同心度≤0.1mm；兩端面對軸線的跳動度≤0.1mm；桿外圓和內孔表面粗造度為1.23-2.50第26頁/共121頁273、擠壓墊片設計1）結構與尺寸dd第27頁/共121頁28（過大過小如何？）2）強度校核：抗壓強度，略3）材料：耐磨、抗高壓，5CrNiMo,3Cr2W8V等,HRC41-49第28頁/共121頁29（1）圓柱式針用途：多用于空心坯擠壓管材特征：工作部分為圓柱，決定管材內徑，固定針頭部帶錐度，隨動針全長帶錐度（為減小針受拉力，便于抽針）錐度：針工作長度直徑差為0.5-1.5mm(臥式擠壓）、0.2-0.5mm(立式擠壓），以管壁厚負差為限第29頁/共121頁30斷面尺寸：由空心材內孔尺寸確定工作部分長度：L工作=L錠長+L墊片厚+L工作帶長+L伸出工作帶長缺點：內孔≤20-30mm的厚壁管或供立式擠壓坯，易出現偏心、針被拉細或拉斷、墊片劃傷針表面影響制品內孔質量等（為什么？）第30頁/共121頁31（２）瓶式針用途：擠壓內孔≤20-30mm的厚壁管或供立式擠壓坯，特征：針頭部分為工作部分，針桿大，抗彎斷面尺寸：由空心材內孔尺寸確定工作部分長度：L工作=L余量+

L工作帶長+L伸出工作帶長L余量=20-30mm,要小于壓余厚度，防止金屬回流入空心軸第31頁/共121頁32結構：高溫合金擠壓宜用整體式，一般用組裝式，針頭與針身300-500過渡，針頭長度直徑差0.2-0.3mm（3）浮動穿孔針浮動套與連接桿存在1-3mm間隙，擠壓時模孔金屬受理后可以自動調心（為什么？）（4）強度校核穩定性校核（長徑比＜5時不校核），抗拉彎強度校核，略（5）材料：3Cr2W8V；HRC41-54第32頁/共121頁33★圓孔、扁孔：圓孔優點——受力均勻，制造與裝拆容易；扁孔用于擠壓大型壁板，受力不均勻★單層、多層：多層優點——預應力結構，降低應力峰值，增大承載能力，只換內襯套第33頁/共121頁34★襯套結構圓柱面配合：加工簡便，裝內套困難圓錐面配合：加工困難，更換容易圓錐圓柱面配合：凸臺結構柱面配合：便于裝配，防止工作中脫出好第34頁/共121頁352）預應力結構及強度校核abrq1q2第35頁/共121頁36★圓擠壓筒受力情況第36頁/共121頁37★強度校核層數由內襯套最大單位壓力確定每層用強度理論校核第37頁/共121頁383）擠壓筒預熱設計熱錠法專用加熱爐電阻元件筒外加熱預設筒內加熱孔電阻或電感加熱第38頁/共121頁394）擠壓筒與模子的支承配合雙錐面配合單錐面配合錐面配合對中性好，承載力低錐模配合平面配合：鋁棒型材擠壓，抗壓，密封和對中性較差第39頁/共121頁405）尺寸確定（1）內孔尺寸已系列化，查表，受材料強度、擠壓比、墊片強度、擠壓軸剛度、設備噸位等限制（孔過大、過小有何弊端？）第40頁/共121頁41（2）長度尺寸主要受擠壓機結構和擠壓軸剛度限制L=LMAX+l+t+s；一般L/D0≤3-4LMAX——錠坯最大長度，實心錠擠棒型材（3-4）D0；空心錠擠管材（2-3）D0；鋁鎂合金擠棒型材（4-6）D0，擠管材小于3D0；扁擠壓筒（3-5）a(短軸）l—錠坯料穿孔金屬回流增加的長度，無穿孔為0T—模子進入擠壓筒深度s—擠壓墊片厚度第41頁/共121頁42（3）襯套厚度確定先經驗后校核，也可用有限元計算第42頁/共121頁43一般第43頁/共121頁44平模：擠壓表面質量好，擠壓力大，?？资芰Σ?，常用于有色金屬擠壓錐模：金屬流動均勻，擠壓力較小，適用于表面質量要求不高的有色金屬、難變形金屬擠壓雙錐模：兼顧平模與錐模優點，與平模比較模具壽命提高，與錐模比較軸向壓力增加可增加擠壓速度，適用于有色金屬金屬管材擠壓平錐模：介于平模與錐模之間，但比雙錐模模具強度好（為什么？），適用于鋼、鈦合金擠壓流線模：與平錐模相似，金屬流動比平錐模優，加工難度稍大平流線模：介于平模與流線模之間碗形模：利于潤滑，用于潤滑擠壓和無壓余擠壓（為什么？尾縮小）第44頁/共121頁452）可拆卸模（用于變斷面擠壓）第45頁/共121頁463）舌模（橋式模）特點：模子與舌芯一體，用于實心錠擠壓空心材，有焊縫，壓余長凸橋式、半凸橋式、隱橋式（各自有優缺點）第46頁/共121頁474）分流組合模特點：金屬經陽模分流在陰模焊合，用于帶空心型材擠壓，有焊縫孔道式（常用）、叉架式第47頁/共121頁486.2模子結構與尺寸1）普通整體模第48頁/共121頁49★模角鋁合金、純銅、黃銅：90°鎂合金：25°鋅合金：30°鈦合金：60°★定徑帶長度h作用：平衡金屬流動，保證模具壽命，確定制品形狀尺寸及精度。太小出現模子磨損、壓傷制品、出現壓痕、橢圓、制品超差、扭曲等缺陷；過大易粘附金屬、制品表面出現劃痕、毛刺、麻面等，增加擠壓力尺寸：輕金屬2-8，銅8-12，詳見手冊

第49頁/共121頁50★定徑帶尺寸dC1—裕量系數，與金屬熱漲、模子彈性變形、拉伸矯直、公差等影響，對只有負偏差且易粘附模孔擠壓（如銅棒材）C1

要大一些，鋁合金溫度低模孔磨損變大C1

要小一些（有拉伸轎直的綜合考慮，?？自O計用正偏差）。詳見手冊★出口尺寸、入口圓角半徑、模子外形尺寸第50頁/共121頁51★多孔模用途：常用于直徑小于30—40的棒材和簡單斷面型材模孔數：F0—擠壓筒斷面積F1—一制品的斷面積

—平均擠壓比，一般≤40—50，過大易扭絞、擦傷、增加操作難度和廢品第51頁/共121頁52?？着挪荚瓌t：盡可能保證金屬均勻流動一般均勻分布在同心圓上a=2.5—2.8，n大時取下限，D0大時取上限?？组g距、模孔距外邊緣最小距離：見手冊第52頁/共121頁53主要問題：金屬流動均勻性、模具強度減輕金屬流動不均勻性的常用措施：（1）型材重心盡量靠近模子中心，薄壁難流動部分靠近模子中心，盡量通過流動仿真確定第53頁/共121頁54（2）采用多孔模對稱布置第54頁/共121頁55（3）采用不等長定徑帶壁薄、斷面形狀復雜處，h越短，過長效果不明顯（冷縮，模子出口彈性變大，可設計一錐度），定徑帶加工困難第55頁/共121頁56（4）采用阻流角、促流角、導流角可在定徑帶超出極限時采用第56頁/共121頁57（5）采用平衡孔（6）采用工藝裕量第57頁/共121頁58型材模孔設計：圓角、圓弧與圓角：（1）無公差要求圓角、圓弧，按名義尺寸設計；（2）有公差要求圓角、圓弧及由圓角、圓弧組成的型材，按前公式計算；第58頁/共121頁59（3）帶角度型材，角度與名義角度相同，易并口者（如角型型材）加1-20，易張口（如U型型材）減1-20第59頁/共121頁60不等長定徑帶：

——計算時先定最小處，再依次確定其它斷面，可用CAE進行流動校核，目標函數——模孔各部分單位壓力相等，流動均勻第60頁/共121頁612)舌型模第61頁/共121頁62★橋式突刀設計形狀及尺寸梭子形：易分離殘余，缺點是刀高棱形：可降低刀高，缺點焊合室金屬殘留多水滴形：理想形狀，使金屬流動均勻尺寸設計見教材（略）第62頁/共121頁63★焊合室設計高度：保證焊合，要深淺適度h2=k(dt-50)+60K≈0.0138d-舌頭直徑t-管壁厚h=10—40，小噸位壓機取下限第63頁/共121頁64★優點比舌型模加工容易，強度高，分離殘余方便，殘余少，可擠壓復雜型材，95%以上建筑型材采用該模擠壓★結構上、下模結構，平面分流★分流孔分流比：第64頁/共121頁65分流孔中心圓直徑：D=0.7D0(此時擠壓力最?。锓至鳂虻?5頁/共121頁66橋寬：B=b+3-20(大尺寸取下限）分流橋截面形狀：矩形—強度高，易成死區，不利于金屬流動與焊合矩形倒角型水滴型較好第66頁/共121頁67★模孔尺寸外形尺寸——A=Am(1+K)K=0.007-0.015，6063材料K≈0.012壁厚尺寸——B=Bm+Bm＜3,=0.1Bm＞3,=0.2適當加大難成形處壁厚尺寸★擠壓比民用建筑裝飾型材第67頁/共121頁682．6擠壓工藝及設備選擇第68頁/共121頁691、錠坯尺寸選擇依據：制品形狀體積、金屬損耗、模具強度、擠壓機能力等綜合選定順序：①制品形狀體積—計算擠壓力—選擠壓筒—錠坯形狀尺寸；②制品形狀體積—擠壓比—擠壓機及其擠壓筒—錠坯形狀尺寸坯料直徑、長度（可計算，可查表）：第69頁/共121頁702、工藝參數確定溫度、速度、擠壓比、潤滑、熱處理●6063等無潤滑擠壓，大多材料潤滑擠壓●熱處理：坯料、中間、成品退火；淬火與時效

3、擠壓機要求：會選第70頁/共121頁71第71頁/共121頁72選擠壓機：立式、臥式單動、復動機械、液壓（泵直接傳動、泵—蓄能器傳動）棒型材擠壓機、管材擠壓機、零件擠壓機噸位第72頁/共121頁73用途：管、線、棒、型優點：制品尺寸精度高、表面質量好、模具和設備簡單缺點：道次變形量和兩次退火間總變形量較小，多用于成品加工和精加工工序第73頁/共121頁743．1拉拔工藝分類冷、溫、熱實心材——整體模、輥?？绽簻p徑適于小徑管、異型管、盤管、減徑和整形固定芯頭拉拔：不宜拉薄壁、長和盤管，減徑和減壁游動芯頭拉拔：適于拉長管和盤管，減徑和減壁空心材長芯桿拉拔：適于薄壁及低塑性材拉拔，減徑和減壁道次變形大，需芯杠多，脫桿難，少用頂管、擴管、旋管等第74頁/共121頁753．2拉拔時的應力與變形1、拉拔系數（變形程度）第75頁/共121頁762、拉拔變形的基本條件

K=1.4~2.0，安全系數，小直徑制品取上限其中：棒材、厚壁管和型材取1.35~1.4

薄壁管和型材取1.6

直徑0.015~1.0線材取1.4~2.0思考：為什么K＞1，過大過小會出現和問題？第76頁/共121頁773、拉拔時的應力與變形1）棒材拉拔應力與應變第77頁/共121頁78金屬流動中心部近于理想拉壓變形，遠離中心剪切變形越嚴重第78頁/共121頁792）管材拉拔★空拉（減徑）應力與應變：第79頁/共121頁80金屬流動：內壁自由表面，內側金屬較外側流動快壁厚變化：第80頁/共121頁81自由——入口，入口——出口，增加，入口壁增厚第81頁/共121頁82影響因素——厚徑比、材料硬度、道次加工率、模角、反拉力增加，壁厚增加趨勢越弱空拉糾偏作用——同一圓周軸向拉應力相同，周向壓應力不同，薄壁處周向壓應力大于厚壁處，使壁薄處增厚趨勢加強（注意大變形使薄壁失穩）第82頁/共121頁83★固定芯頭拉拔應力與變形金屬流動壁中部較內外側金屬流動快壁厚變化：減徑區（壁厚有所增加）≈空拉減壁區（內徑不便）≈棒材拉拔第83頁/共121頁84★游動芯頭拉拔應力與變形、金屬流動及壁厚變化五區：入口空拉區、減徑區、中間空拉區、減壁區、定徑區穩定拉拔條件第84頁/共121頁85★長芯桿拉拔應力與變形金屬流動內側較外側金屬流動快壁厚變化：與圓柱形固定芯頭拉拔基本相同，但摩擦不是阻力，可采用較大拉拔系數，有利于較差塑性材料的拉拔第85頁/共121頁863）反向拉力及其對應力與變形的影響一定大小的反向拉力Q，對應力與變形的影響不大，但可以顯著降低金屬對模壁的壓力，減少潤滑劑的擠出，Q不宜過大。PQ第86頁/共121頁874、拉拔殘余應力及處理1）殘余應力分布第87頁/共121頁88第88頁/共121頁892）殘余應力的消除（1）減少不均勻變形（2）矯直（3）去應力退火第89頁/共121頁903.3拉拔力

1、各種因素對拉拔力的影響

第90頁/共121頁91模具振動——聲波25~500赫（低頻）、超聲波10~800千赫（高頻）可降低拉力，原因：可使變形抗力（高頻）或接觸摩擦（低頻）降低第91頁/共121頁92第92頁/共121頁932、拉拔力的計算理論推導公式（作業：讀懂教材中理論推導內容）經驗公式實測（直接測量、間接測量第93頁/共121頁943．4拉拔模具設計包括模子與芯頭設計1、模子設計1）結構形狀—圓孔模（圓錐、弧線模），異形模組合—整體模，組合模材料—鑄鐵模、工具鋼模、硬質合金模、金屬陶瓷模、金剛石模第94頁/共121頁95第95頁/共121頁962）尺寸★入口段Lr作用：坯料、潤滑易進入錐角太大潤滑劑不易儲存，過小金屬碎屑不易流出第96頁/共121頁97★工作段Lg作用:使金屬變形錐形用于大變形，弧線用于直徑小于1毫米的絲線拉拔★定徑段Ld作用：定尺寸、保證模具壽命★出口段Lc作用：防止制品劃傷★模子外形、高度尺寸盡量系列化第97頁/共121頁982、芯頭設計1)固定芯頭設計直徑大于30mm用空心，小于5mm用鋼絲制作，錐形用于薄壁管拉拔第98頁/共121頁992）游動芯頭設計3）芯頭材料及加工要求常用35-50#.T8A.T10A.YG10.YG15.30CrMnSi，除硬質合金外，要求電鍍鉻并研磨拋光以上，硬度不低于HRc58-651.6第99頁/共121頁1003．5拉拔工藝及設備選擇1、拉拔配模設計拉拔配模設計：拉拔道次及各道次?？仔螤?、尺寸的設計原