金属塑性加工技术及模具挤压.ppt

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1、湖南大学材料学院金属材料专业核心课程湖南大学材料学院金属材料专业核心课程金属塑性加工技术及模具金属塑性加工技术及模具挤压技术及模具挤压技术及模具 主讲教师：主讲教师：袁武华袁武华 夏伟军夏伟军 2010 2010年年3 3月月1212日日一 挤压的基本概念w挤压-采用挤压杆(或凸模)将放在挤压筒(或凹模)内的坯料压出模孔,获得一定端面形状和尺寸的塑性加工方法。w挤压可以生产管、棒、型、线材以及各种机械零件等。w挤压类型可分许多种：按金属流动及变形特征：正向、反向、侧向、连续挤压及特殊挤压（静液挤压、有效摩擦挤压、扩展模挤压、半固态挤压等）。按挤压温度：热、温及冷。在冶金工业系统主要应用热挤压。

2、基本挤压方法基本挤压方法实心（正、反）、空心材（正、反）实心（正、反）、空心材（正、反）1 正向挤压（1）实心材正向挤压普通正向挤压、脱皮挤压、变断面型材挤压变断面型材挤压变断面型材挤压（2）空心材正向挤压 带独立穿孔系统、不带独立穿孔系统、联合挤压、焊合挤压（3 3）其他正向挤压方法：其他正向挤压方法：水封挤压、恒张力挤压水封挤压、恒张力挤压2 2 反向挤压反向挤压（1 1）实心材反向挤压）实心材反向挤压 （2 2）空心材反向挤压）空心材反向挤压（4）连续挤压：连续挤压(conformcastex）连续挤压（3）侧向挤压（5）静液挤压（6）等通道角挤压（7）半固态挤压（8）其他挤压：有效摩擦

3、挤压、冷挤压、温挤压、扩展模挤压、液态挤压、层状复合材料挤压、粉末挤压二、挤压时金属的流动w影响组织、性能、尺寸、形状、表面状态等。1、挤压时金属的流动特点 填充阶段、基本挤压阶段、紊流压出阶段模角区气体等对制品表面的影响？梯温加热、排气（1）填充阶段）填充阶段死区、塑性变形区、后端弹性变形区死区、塑性变形区、后端弹性变形区特点；特点；死区的形成：近似三向等值应力状态。死区的形成：近似三向等值应力状态。摩擦、冷却降温导致；对挤型材表面摩擦、冷却降温导致；对挤型材表面质量的影响？质量的影响？影响死区大小因素：模角、模孔位置、影响死区大小因素：模角、模孔位置、挤压比、摩擦、金属强度挤压比、摩擦、金

4、属强度。（2）平流压出阶段）平流压出阶段（3）紊流挤压阶段）紊流挤压阶段挤压力增加，死区金属被挤出挤压力增加，死区金属被挤出2 影响金属流动的因素影响金属流动的因素（1）金属强度：）金属强度：强度高（如合金），流动均匀。（f）（2）摩擦：摩擦：挤压筒、模面、挤压垫片摩擦的影响（3）温度：）温度：芯/表温度差、相变、摩擦条件变化（4）工具形状：模角、垫片（5）变形程度：，均匀性降低，85%后趋于均匀；（6）挤压速度：，流动 更不均匀、塑性降低、T 脆性区3 挤压时金属的流动模型挤压时金属的流动模型主要有四种情况：主要有四种情况：a 反挤压和静液挤压，摩擦系数小，模子附近筒壁才有摩擦，金属流动均匀

5、，其变形集中于模口附近。b 在润滑挤压时，摩擦系数小，金属流动较均匀。c 摩擦系数较大，锭坯内外温差大，则变形区域扩张到整个毛坯的高度上，在挤压后期出现较短缩尾。d 摩擦力非常大的，锭坯内外温差非常大，金属流动不均匀。（多出现于铜合金挤压）三、挤压制品的组织与性能1 组织特征：径向、轴向组织不均 （润滑挤压、静液挤压、反向挤压等趋于均匀）影响因素：f、T、v、合金相等（1）层状组织制品在折断后,呈现出与木质相似的断口,分层的断口表面凹凸不平,带有布状裂纹,方向与挤压制品轴向平行。在制品纵向上力学性能影响不大,而在制品横向上力学性能降低30%左右。层状组织产生的原因：v 在铸锭组织中存在大量的微

6、小气孔、缩孔或在铸锭晶界上分布着未被溶解的第二相或者杂质等,在挤压时都被拉长,从而呈现层状组织。v 层状组织一般出现在制品的前端,这是由于在挤压后期金属变形程度大且流动紊乱,从而破坏了杂质薄膜的完整性,而使层状组织显现得不明显。v 防止层状组织出现的措施,应当从铸锭组织着手,减少铸锭柱状晶区,扩大等轴晶区,同时使晶间杂质分散或减少等。对于不同的合金还有不同的解决层状组织的办法，如铝合金的层状组织,减少合金中的氧化膜、金属化合物的晶内偏析可减少或消除层状组织。（2）粗晶环挤压棒、型材时，或挤压后的淬火处理后，在制品尾部靠外层出现粗大晶组织。如：黄铜、铝合金室温强度降低2030%.形成机理：形成机

7、理：以Al、Al合金为例：为什么在制品外层会出现粗晶组织,内部为细晶组织?为什么纯铝等在挤压时即出现粗晶组织,而铝合金则在淬火加热时才出现粗组织?v再结晶再结晶v影响粗晶环的主要因素：影响粗晶环的主要因素：MnMn、CrCr等合金元素等合金元素（2A122A12：可避免）可避免）；铸锭均匀化（铸锭均匀化（2A122A12等不均匀化，等不均匀化，MnAl6MnAl6，其他不含其他不含MnMn影响不大）；影响不大）；挤压温度；挤压筒加热温度；淬火温度；应力状态。挤压温度；挤压筒加热温度；淬火温度；应力状态。总体目标：减小不均匀变形、控制再结晶2 挤压制品力学性能特征挤压制品力学性能特征组织不均匀组

8、织不均匀性能不均匀一般棒材如右图。软铝合金相反。挤压效应挤压效应：挤压制品与轧、锻、拉等制品经过相同的热处理后，挤压制品强度较高，塑性较低。原因：（1）Al(fcc)111织构；（2）Mn、Cr等使芯部再结晶温度提高（表层挤压效应不明显）。影响因素：挤压温度、变形程度、二次挤压3 挤压裂纹挤压裂纹4 挤压缩尾挤压缩尾皮下（表层）、中心、环行缩尾皮下（表层）、中心、环行缩尾四、挤压设备w机械式（少）、液压式（水、油）1 分类：卧式-立式；单动式-复动式（带独立穿孔系统）；长行程-短行程；正-反向；水-油压2 挤压机结构（1）挤压机主机结构棒材挤压机（固定针也可以挤管材）管材挤压机：后置式、侧置式

9、、内置式等（2）挤压机主体结构机座（前机座、中间机座、后机座）横梁（前、后）张力柱（3）挤压机辅助装置模座、剪切装置、牵引机、冷床等五、挤压工具w挤压工具：挤压模 挤压杆 穿孔针 挤压垫片 挤压筒1 挤压筒 圆形筒、扁形筒 两层/三层过盈配合组装 挤压筒尺寸：Dp 挤压材料：耐热钢，420C2 挤压杆 实心：棒、型材 空心：管材 材料：3Cr2W8V、5CrNiMo等。3 垫片自由式、固定式4 穿孔针柱式瓶式浮动式断针及预防？断针及预防？5 挤压模挤压模整体模、可拆卸模、舌摸、分流组合摸（1）整体模（2）可拆卸模-变断面型材挤压（3）舌模（4）分流组合模（4）挤压模设计）挤压模设计单孔整体模设

10、计：单孔整体模设计：平模：90，锥模：4560工作带长度：表6-4模孔尺寸：考虑公差、热膨胀等模孔出口直径：大d模45mm模孔外接圆Dmax筒多孔模设计：多孔模设计：模孔数：n=Ft/F模孔排列原则模孔排列原则：模孔布置在同心圆D=Dt/2.6-0.1(n-2)过大、过小？过大、过小？模孔设计原则：流动均匀、模具强度模孔设计原则：流动均匀、模具强度v 轴对称型材重心在挤压模中心轴对称型材重心在挤压模中心v 对称面少的型材用多孔模增加对称性，薄壁靠中对称面少的型材用多孔模增加对称性，薄壁靠中v 不等长工作带不等长工作带v 阻流角、促流角、引流角阻流角、促流角、引流角v 平衡模孔平衡模孔D减10m

11、m，:39,h4mmw材料：4Cr5MoVSi(H13)（渗N）、3Cr2W8V等wCAD/CAM设计分流模设计中注意的问题：分流模设计中注意的问题：v焊合问题：成分、工艺、模具焊合问题：成分、工艺、模具v粗晶问题：工艺、模具粗晶问题：工艺、模具v椭圆、弯扭、翘曲问题椭圆、弯扭、翘曲问题v表面质量（阳极氧化质量等）表面质量（阳极氧化质量等）六、挤压力的计算w影响挤压力的因素：材料、挤压方法挤压温度坯料长度变形程度挤压速度模角摩擦1、棒材单孔挤压力棒材：棒材：由棒材推出型材：由棒材推出型材：管材：固定针挤压管材：固定针挤压管材：随动针挤压管材：随动针挤压管材：反向挤压管材：反向挤压分流模挤压分流

12、模挤压挤压经验公式：挤压经验公式：七、挤压工艺1、锭坯尺寸的选择w选择原则：质量、变形量、挤制品尺寸、设备能力（机、模）、间隙 一般10，棒型材：D0=d 1/2 管材：D0=(d2-d12)+d121/2 L0=Kt(Lz+LQ)/+hy一般长度变化较少，规格化铸锭产品。一般长度变化较少，规格化铸锭产品。2、温度和速度的选择VT匹配关系合金状态图：T=(0.850.9)T固塑性图：压缩率max、断面收缩率max第二类再结晶图：T-v-d具体考虑：合金种类（高温易氧化粘结）、热效应、合金相、挤压机形式等温度-速度优化3、挤压润滑w流动均匀、提高质量、降低挤压力、延长工模具使用寿命w不利：铸锭氧

13、化物等易进入制品。挤压垫片不能润滑。挤压垫片不能润滑。选择润滑剂原则：选择润滑剂原则：黏度，形成润滑膜；化学稳定性、无腐蚀作用；闪点高；对接触表面高活性；灰分少；无污染。（1）挤压铝合金用的涧滑剂 70%80%72号汽缸油+30%20%粉状石墨;60%70%250号苯甲基硅油+40%30%粉状石墨;65%汽缸油+15%硬脂酸铅+10%石墨+10%滑石粉;65%汽缸油+10%硬脂酸铅+10%石墨+15%二硫化钼。铝合金挤压一般不使用润滑剂,有时在模子上涂极少的润滑剂。分流模尤其注意。（2）挤压铜使用的润滑剂 用45号机油加30%40%的片状石墨。（3）挤压钛、不锈钢等用润滑剂 玻璃润滑剂（润滑、绝热）