材料成型概论挤压成型.pptx
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1、 4.1 挤压成型的特点和基本方法 挤挤压压就就是是采采用用挤挤压压轴轴(凸凸模模)将将放放在在密密闭闭的的挤挤压压筒筒(凹凹模模)内内的的坯坯料料压压出出模模孔孔而而成成型型的的塑塑性性加工方法。加工方法。q挤挤压压时时金金属属坯坯料料受受到到三三向向压压应应力力,有有利利于于低低塑塑性金属变形(脆性材料变形)。性金属变形(脆性材料变形)。q挤挤压压多多用用于于生生产产有有色色金金属属及及合合金金的的棒棒材材、薄薄壁壁和和超超厚厚壁壁复复杂杂断断面面型型材材和和管管材材,高高合合金金钢钢材材及及低塑性合金钢材。冷挤压也用于生产机械零件。低塑性合金钢材。冷挤压也用于生产机械零件。定义定义第1页
2、/共45页4.1 挤压成型的特点和基本方法 第2页/共45页1 1.挤挤压压时时金金属属坯坯料料受受到到三三向向压压应应力力,适适于于低低塑塑性性材材料成型加工料成型加工;一次可给予金属材料大的变形。一次可给予金属材料大的变形。2 2.品品种种规规格格多多样样,生生产产灵灵活活,适适于于少少批批量量多多品品种种复复杂管材、棒材、型材及线坯的生产杂管材、棒材、型材及线坯的生产;3 3.产品尺寸精度和表面质量较高产品尺寸精度和表面质量较高;4.4.设备投资少,厂房面积小设备投资少,厂房面积小;5.5.易实现自动化生产易实现自动化生产.4.1.1 挤压成型的特点优点优点第3页/共45页7.7.金金属
3、属损损失失大大,成成材材率率低低,且且工工具具消消耗耗大大,生生产产成成本本高高;8.8.金金属属与与工工模模具具间间摩摩擦擦系系数数大大,金金属属在在变变形形区区内内流流动不均匀动不均匀,产品组织性能沿长度和断面上不均匀;产品组织性能沿长度和断面上不均匀;9.9.与轧制成型相比生产率低。与轧制成型相比生产率低。4.1.1 挤压成型的特点缺点缺点第4页/共45页图图4-1 4-1 典型挤压材的横截面形状典型挤压材的横截面形状 第5页/共45页v按按金金属属流流动动方方向向及及变变形形特特征征:正正挤挤压压、反反挤挤压压、侧侧向向挤挤压压、连连续续挤挤压压、复复合合挤挤压压及及特特殊殊挤挤压压(
4、静静液挤压等)液挤压等)v按按挤压温度挤压温度:热挤压热挤压-(在冶金工业应用在冶金工业应用)温温挤挤压压、冷冷挤挤压压-(在在机机械械工工业业应应用用)v按按润滑状态润滑状态:玻璃润滑挤压、静液挤压:玻璃润滑挤压、静液挤压v按按制品种类制品种类:管材挤压、棒材挤压、型材挤压:管材挤压、棒材挤压、型材挤压 4.1.2 挤压成型的基本方法第6页/共45页图图4-2 4-2 工业上常用的挤压方法工业上常用的挤压方法(a a)正挤压;(正挤压;(b b)反挤压;(反挤压;(c c)侧向挤压;(侧向挤压;(d d)玻璃润滑挤压;玻璃润滑挤压;(e e)静液挤压;(静液挤压;(f f)连续挤压连续挤压第
5、7页/共45页 正挤压特点:正挤压特点:挤挤压压时时坯坯料料与与挤挤压压筒筒之之间间产产生生相相对对滑滑动动,存存在在很很大大的有害外摩擦(基本特征);的有害外摩擦(基本特征);挤压力大,能耗高;挤压力大,能耗高;金属流动不均匀,制品组织性能不均匀;金属流动不均匀,制品组织性能不均匀;强强烈烈的的摩摩擦擦发发热热限限制制了了挤挤压压速速度度的的提提高高,加加剧剧了了模模具的磨损,降低了生产率和产品表面质量。具的磨损,降低了生产率和产品表面质量。挤压时更换模具简单、迅速,所需辅助时间少。挤压时更换模具简单、迅速,所需辅助时间少。4.1.2 挤压成型的基本方法 正挤压正挤压金属流动方向与挤压轴的运
6、动方向金属流动方向与挤压轴的运动方向相同相同相同相同。第8页/共45页 反挤压特点:反挤压特点:反挤压时金属坯料与挤压筒壁之间反挤压时金属坯料与挤压筒壁之间无相对滑动无相对滑动;挤压力小,一般比正挤降低挤压力小,一般比正挤降低30304040,能耗低;,能耗低;金金属属流流动动主主要要集集中中在在模模孔孔附附近近的的领领域域,制制品品的的组组织织性能沿长度是均匀的;性能沿长度是均匀的;操操作作较较为为复复杂杂,间间隙隙时时间间较较正正挤挤压压长长,且且制制品品质质量量的稳定性不足。的稳定性不足。4.1.2 挤压成型的基本方法 反挤压反挤压金属流动方向与挤压轴运动方向金属流动方向与挤压轴运动方向
7、相反相反相反相反。第9页/共45页 金金属属流流动动方方向向与与挤挤压压轴轴运运动动方方向向垂垂直直,又又称称横横向向挤挤压。压。侧挤压特点:侧挤压特点:挤挤压压模模与与坯坯料料轴轴线线成成9090角角,将将使使制制品品纵纵向向力力学学性性能能差异最小;变形程度较大,挤压比可达差异最小;变形程度较大,挤压比可达100100;制品强度高;制品强度高;要求模具和工具具有高的强度及刚度。要求模具和工具具有高的强度及刚度。侧向挤压在侧向挤压在电缆包铅套电缆包铅套和和铝套铝套上应用最广泛。上应用最广泛。4.1.2 挤压成型的基本方法 侧向挤压侧向挤压第10页/共45页 采采用用连连续续挤挤压压机机,在在
8、压压力力和和摩摩擦擦力力的的作作用用下下,使使金金属属坯坯料料连连续续不不断断地地送送入入挤挤压压机机,获获得得无无限限长长制制品的挤压方法。品的挤压方法。冷冷挤挤压压时时金金属属沿沿挤挤压压杆杆和和挤挤压压筒筒之之间间的的空空间间以以及及挤挤压压模模孔孔两两个个相相反反方方向向同同时时流流动动的的挤挤压压方法。方法。利利用用封封闭闭在在挤挤压压筒筒内内坯坯料料周周围围的的高高压压液液体体,迫迫使使坯坯料料产产生生塑塑性性变变形形,并并从从模模孔孔中中挤挤出出的的加加工方法。工方法。4.1.2 挤压成型的基本方法 连续挤压连续挤压 静液挤压静液挤压 复合挤压复合挤压第11页/共45页4.2.1
9、 4.2.1 挤压成型过程挤压成型过程 包括包括开始挤压开始挤压、基本挤压基本挤压和和终了挤压终了挤压三个阶段三个阶段v开始挤压阶段开始挤压阶段 挤挤压压初初始始锭锭坯坯与与挤挤压压筒筒存存在在间间隙隙,锭锭坯坯在在挤挤压压轴轴的的压压力力作作用用下下发发生生鼓鼓形形变变形形而而形形成成封封闭闭空空间间,随随后后金金属属向向间间隙隙处处流流动动充充满满挤挤压压筒筒,同同时时部部分分金金属属流流入入模模孔孔,这这一一阶阶段段为为开开始始挤挤压压阶阶段段,又又称称充充填挤压阶段填挤压阶段。4.2 挤压过程的基本概念第12页/共45页v基本挤压阶段基本挤压阶段 开开始始挤挤压压阶阶段段完完成成后后,
10、锭锭坯坯在在挤挤压压轴轴的的压压力力作作用用下下,由由模模孔孔流流出出形形成成制制品品,直直至至筒筒内内锭锭坯坯长长度度接接近近变变形形区区压压缩缩锥锥高高度度,这这一一阶阶段段为为基基本本挤挤压压阶阶段,又称段,又称平流挤压阶段平流挤压阶段。挤挤压压过过程程中中,锭锭坯坯任任一一横横截截面面上上的的金金属属质质点点皆皆以相同速度或一定的速度差流入变形区压缩锥。以相同速度或一定的速度差流入变形区压缩锥。4.2.1 挤压成型过程第13页/共45页v终了挤压阶段终了挤压阶段 筒筒内内锭锭坯坯长长度度接接近近变变形形区区压压缩缩锥锥高高度度的的挤挤压压阶阶段段,这这一一阶阶段段锭锭坯坯的的外外层层金
11、金属属向向中中心心剧剧烈烈流流动动,两两个个难难变变形形区区中中的的金金属属向向模模孔孔流流动动,形形成成挤挤压压所特有的所特有的“挤压缩尾挤压缩尾”。有:有:中心缩尾、环形缩尾和皮下缩尾中心缩尾、环形缩尾和皮下缩尾三种类型。三种类型。采采取取“压压余余”措措施施:留留一一部部分分金金属属在在挤挤压压筒筒内内不不全全部部挤出,使缩尾不流入制品中。挤出,使缩尾不流入制品中。4.2.1 挤压成型过程第14页/共45页1.1.挤压变形区挤压变形区 挤挤压压筒筒内内的的金金属属在在挤挤压压轴轴作作用用下下产产生生塑塑性性变变形形的区域称为挤压变形区。的区域称为挤压变形区。包括:包括:塑性流动区、前端难
12、变形区、后端难变形区塑性流动区、前端难变形区、后端难变形区前端难变形区存在于挤压筒与模子交界处前端难变形区存在于挤压筒与模子交界处abcabc区。区。后端难变形区位于挤压垫片处。后端难变形区位于挤压垫片处。4.2.2 挤压变形区及应力应变状态第15页/共45页图图4-3 4-3 挤压变形区示意图挤压变形区示意图第16页/共45页2.2.变形区内的应力应变状态变形区内的应力应变状态q外力外力挤压力挤压力P P和单位压力和单位压力p p挤压筒壁的摩擦力挤压筒壁的摩擦力T Tt t和单位正压力和单位正压力dNdNt t模子压缩面的摩擦力模子压缩面的摩擦力T Tz z和单位正压力和单位正压力dNdNz
13、 z定径带的摩擦力定径带的摩擦力T Td d和单位正压力和单位正压力dNdNd d 4.2.2 挤压变形区及应力应变状态第17页/共45页2.2.变形区内的应力应变状态变形区内的应力应变状态v应应力力状状态态:三三三三向向向向压压压压应应应应力力力力,即即轴轴向向压压应应力力l l,径径向向压应力压应力r r及周向压应力及周向压应力(轴对称(轴对称r r)v应应变变状状态态:两两两两向向向向压压压压缩缩缩缩、一一一一向向向向延延延延伸伸伸伸,即即轴轴向向延延伸伸变变形形l l,径向压缩变形径向压缩变形r r及周向压缩变形及周向压缩变形 (轴对称(轴对称r r)4.2.2 挤压变形区及应力应变状
14、态第18页/共45页挤压的主应力挤压的主应力和和主应变状态图示主应变状态图示 挤压为挤压为三向压应力三向压应力状态;状态;二向缩短二向缩短,一向伸长一向伸长主应变状态。主应变状态。第19页/共45页图图4-4 4-4 挤压时之外力、应力及应变状态挤压时之外力、应力及应变状态第20页/共45页v挤挤压压时时金金属属的的流流动动对对制制品品的的组组织织性性能能、尺尺寸寸形形状状,以及表面状态有着重要的影响。以及表面状态有着重要的影响。v由由于于外外摩摩擦擦的的影影响响和和锭锭坯坯断断面面温温度度分分布布不不均均,挤挤压时金属流动是不均匀的。压时金属流动是不均匀的。v通常,心部金属流动速度大于表层金
15、属。通常,心部金属流动速度大于表层金属。(坐标线弯曲较大,变形不均匀)(坐标线弯曲较大,变形不均匀)4.2.3 挤压时金属的流动第21页/共45页图图4-5 4-5 挤压时金属流动挤压时金属流动第22页/共45页 挤挤压压力力PP是是挤挤压压杆杆通通过过垫垫片片作作用用在在被被挤挤压压锭锭坯上使金属从模孔流出来的压力。坯上使金属从模孔流出来的压力。挤挤压压力力是是随随挤挤压压杆杆的的行行程程而而变变化化的的,所所要要计计算算的的挤挤压压力力是是指指曲曲线线上上的的最最大大挤挤压压力力,它它是是确确定定挤挤压机吨位和校核挤压机部件强度的依据。压机吨位和校核挤压机部件强度的依据。4.2.4 挤压力
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