金属塑性加工技术挤压.ppt

第一章挤压成形技术 第一节引言第二节挤压基本理论第三节挤压力与挤压工艺第四节挤压装备与工模具第五节挤压制品组织与性能控制 第一节引言 1 1产品品种棒材 断面为实心圆形的条材 简单型材 方形 矩形 六角形型材 非圆断面的条材 异形型材 角形 丁形 槽形 工形变断面型材 断面沿长度方向不相同大管外径 小管毛细管 0 3 3mm薄壁管 0 1 5mm管材 中空的断面长条 壁厚 厚壁管 5 50mm根 10m左右长度 盘 几百米 1 2成形方法1 2 1棒材和实心型材的成形方法一 轧制 或轧制 拉伸法 锭坯加热 孔型轧机上热轧 冷拉成形 优点 生产率高 设备投资少 缺点 表面质量和尺寸精度差 设备和生产占地面积大 二 挤压一次成形 或再辅以矫直性的微量拉伸 适于有色棒型材品种规格多和断面复杂的特点 产品表面质量高 生产流程短 但成品率较低 设备和工具费用较大 三 带材冷弯法 可制造断面上壁厚相等的型材 如角 槽 Z等形状的型材 生产率高 机动灵活 1 2 2管材的成形方法一 实心锭 穿孔挤压 冷轧 拉伸法 无缝管 用挤压法制得管坯 再用冷轧法将其外径 壁厚进一步减小到接近成品的尺寸时 再拉伸而出成品 二 实心锭 穿孔挤压一次成形 无缝管 对于异形管 厚壁管和大直径管材 采用挤压法一次成形 但尺寸精度稍差 三 挤压 拉伸 无缝管 对于无冷轧管设备的工厂 需将挤压出的管坯 进行反复多次的拉伸 最后制得成品 四 实心锭 分流挤压 拉伸法 有缝管 五 空心锭 行星轧制 拉伸法 奥特昆普 Outkumpp 无缝管 六 斜轧穿生产管坯 无缝管 用斜轧穿孔机生产简便 生产率和成品率较高 但对粘性较大的金属 其穿孔质量差 另外 穿孔规格单调 可调整幅度很小 不能适应有色管材品种多 规格杂而产量小的特点 也使后续变形工作量大 第二节挤压基本理论 2 1挤压的基本方法 品种与流程2 1 1挤压的基本方法一 挤压的概念对放在容器中 挤压筒 的材料一端施加压力 使其通过模孔成型的加工方法 二 根据特征分类1 根据制品特征实心挤压 如棒 空心挤压 如管 型材挤压 如型材2 根据材料流出模孔的方向与挤压杆运动方向正向挤压 相同 反向挤压 相反3 根据挤压力的传输介质油压 传力平稳 水压 传力不平稳 4 根据材料的受力情况普通挤压静液挤压 金属流动方向分类 正向挤压 金属流动方向与挤压轴运动方向相同 反向挤压 金属锭坯与挤压筒之间无相对运动 挤压温度分类 挤压 冷挤压 温挤压 热挤压 制品形状分类 棒材挤压 管材挤压 板 排 型材挤压 线材挤压 挤压工艺分类 连续挤压 静液挤压 润滑挤压 挤压方法分类 三 挤压的优点与缺点1 优点 1 强烈的三向压应力状态 2 断面形状复杂 3 灵活性 多品种 多规格 4 尺寸精度 表面质量好于热轧 5 易实现生产过程的自动化和封闭化 2 缺点 1 废料损失大10 15 2 加工速度低 摩擦大 温度升高 易产生废品 3 长度与断面上组织和性能不均匀 4 工具消耗大 2 1 2挤压的品种棒 六角棒 圆棒 方棒 管 铝管 防锈铝管 散热器管 方管 方管 方管 型 开瓶器型材 铝管型材 铝型材 铝型材 型管 2 1 3挤压的流程加热 挤压 矫直一 加热的方式1 燃气加热2 电阻炉加热3 感应加二 矫直1 辊式矫直2 拉伸矫直 2 2挤压时金属的变形规律2 2 1正向挤压的变形特点 按流动特征与挤压力的变化规律分成三个阶段填充挤压阶段 即开始挤压阶段 金属充满挤压筒和模孔 挤压力急剧上升 基本挤压阶段 即稳定挤压阶段 挤压力随锭坯长度缩短 表面摩擦力总量减小 终了挤压阶段 即紊流挤压阶段 工具对金属的冷却 强烈的摩擦 使挤压力上升 用网格法研究的结果 1 变形区 压缩锥 纵向线在进出压缩锥时 发生方向相反的两次弯曲 其弯曲的角度由外层向内逐渐减小 挤压中心线上的纵向线不发生弯曲 当金属进入压缩锥后 径向和周向承受压缩变形 轴向延伸变形 2 横向线弯曲 中心超前 越接近出口面其弯曲越大 中心金属流速 边部 a 边部非矩形 中部近矩形b 边部剪切变形 中心剪切变形c 边部总延伸 中部总延伸 或外层金属的主延伸变形 内层 d 纵向上总延伸 前端后端 3 存在两个难变形区 前死区 后死区 一般指前死区 用高度来衡量 hs 死区的作用 对提高制品表面质量有利 原因 死区的顶部能阻碍锭坯表面的杂质与缺陷进入变形区压缩锥 而流入制品表面 4 剧烈剪切带 处于快速流动区与死区之间 5 头部未变形区 棒材前端 一 填充挤压阶段1 填充系数 c c F0 FpF0 挤压筒内孔横截面积Fp 锭坯的横截面积2 镦粗封闭空间压力高 气泡 起皮措施 1 控制长径比3 4 2 梯温挤压 前高后低 3 充填系数尽可能小些 以锭坯能顺利推入挤压筒中为原则 二 基本挤压阶段1 挤压比 F0 F1制品的断面积为F12 变形区内的应力与变形状态 r r 由中心到边部 3 主应力分布的不均匀性轴向 变形区入口 变形区出口 变形区边部 变形区中心 径向 变形区入口 变形区出口 变形区边部 变形区中心 三 挤压终了阶段1 死区引起的缩尾中心流动快 体积供应不足 边部金属向中部转移 形成挤压缩尾 中心缩尾 后死区小 氧化皮等缺陷带入中心 彼此不能焊合 环形缩尾 后死区大 挤压垫和挤压筒交界角落处金属沿后端难变形区流向中间层 皮下缩尾 剧烈剪切带与死区发生断裂或形成滞流区 死区金属参与流动 中心缩尾环形缩尾皮下缩尾 2 克服缩尾的措施a 用适当的工艺 确保流动均匀 减少锭尾径向流动 b 进行不完全挤压 可能出现缩尾时 中止挤压 存在压余 约为锭坯直径的10 30 c 脱皮挤压 e 车皮挤压 f 改善铸锭表面质量g 锭接锭挤压 2 2 2反向挤压的变形特点与正向挤压比较而言 主要是摩擦状况不同 导致变形区不同 死区分布不同 一 网格变化情况 在变形锥内横线与挤压筒壁垂直 在进入模孔后才发生剧烈弯曲 纵线在进入塑性变形区时的弯曲程度要较正挤压时大的多 正挤压反挤压 二 受力情况三向等压应力状态 未挤部分与筒壁间无摩擦 也不参与变形 三 延伸系数沿轴向的分布反挤压制品沿长度方向上的变形是均匀的 性能也比较均匀 a 10 棒材 40mm b 4 0 棒材 62mm1 反挤压 2 正挤压四 死区 缩尾情况1 前死区小 在后期也出现皮下缩尾 无后死区 2 同时 前死区小 难以对表面杂质和缺陷起阻碍作用 是不利的 对铸锭质量有较高的要求 2 2 3影响变形的因素一 摩擦的影响1 铸锭与挤压筒间的摩擦作用f大 死区hs大 流动不均匀 外层向中心流动形成挤压缩尾 2 模具工作带的摩擦控制工作带的长度不同 各部分金属流动速度也不同 3 挤管材时穿孔针与铸锭间的摩擦的作用中心金属受摩擦力和冷却作用 流动速度降低 流动均匀 缩尾短 二 工具与铸锭温度的影响1 铸锭横断面上温度不均匀a 工具的冷却作用 b 材料本身的导热性 2 材料相变的影响单相好于双相或多相3 材料的温度变化会改变摩擦条件磷脱氧铜 在650 900 表面氧化膜的效果较好 三 材料的强度强度高的金属比强度低的金属流动均匀 同一金属 低温时流动比高温好 四 工具的结构与形状1 挤压模模角 大 均匀差 定径带锥角 出现非接触变形组合模 中心阻碍作用 金属流动均匀 缩尾减小 多孔模 改善几何对称 2 挤压筒根据制品形状设计筒的形状 3 挤压垫凹面垫可稍微增加金属流动的均匀性 五 变形程度的影响一般要求 10 10 大 变形均匀性好 10 小 变形均匀性差 2 2 4挤压时的典型流动类型一 材料挤压时的流动模式 用网格法研究时有四类S 变形区与死区均很小 反挤压A 变形区与死区比S稍大 金属流动均匀 不产生中心与环形缩尾 B 变形区已扩展到整个铸锭体积 但在基本挤压阶段未发生边部材料向中心流动 缩尾在后部出现 C 材料几乎不沿筒壁流动 边部材料流入中部 可出现多种情况的缩尾 二 实验验证改变摩擦条件 正反挤压 3 3 1挤压工艺对挤压力的影响一 挤压温度与变形抗力挤压力与变形抗力成正比 随温度升高 变形抗力下降 二 变形程度随变形程度增大 挤压力升高 第三节挤压力与挤压工艺 三 挤压速度速度高时 开始段突破压力大 随后温度升高 挤压力降低 速度低时 金属冷却 抗力升高 挤压力直线上升 高过突破压力 四 摩擦摩擦力是挤压力的一部分 摩擦系数较小时所消耗的挤压力较小 五 挤压模角存在挤压力最小的模角六 锭坯长度锭坯越长 挤压力越大 七 制品的形状复杂度系数 断面周长 等断面积的圆周长八 挤压方法相同条件下 反挤压力 70 80 正挤压力 3 2 2挤压力的计算一 计算公式的理论背景利用解析法和工程法的理论公式计算挤压力比较方便 对推导求解方法的归纳 可以分为以下四组 1 借助于塑性方程求解应力平衡微分方程 得到计算公式 2 利用滑移线法求解平衡微分方程 得到计算公式 3 根据最小功原理和采用变分法建立计算公式 4 经验公式或简化公式 本节介绍1 皮尔林公式 二 皮尔林公式的基本思路作用在挤压垫片上的力由7部分组成A Rs实现塑性变形的力B Tt挤压筒上的摩擦力C Tzh压缩锥锥面上的摩擦力D Tg模子工作带上的摩擦力E T 制品流出的阻力F T 制品流出的牵引力G Td挤压垫上的摩擦力皮尔林公式只考虑A B C D 三 皮尔林公式的基本假设与方法假设 1 主应力面球面假设2 平均化假设 主应力球面上的变形抗力Kzhx 主应力 lx 流动速度都是均匀的 且在出口面上主应力 l0 03 摩擦遵守库仑定律 k fS 方法 1 能量守衡2 体积不变四 圆锭单模孔挤实心圆棒的皮尔林公式求解过程1 Rs实现塑性变形的力Rs Fp l0关键是求出 l0A 微元体上x轴方向力平衡的微分方程为 lx d lx 4 Dx dDx 2 lx 4Dx2 rx Dxdx cos sin 0 B 塑性条件 塑性变形区内的平均塑性剪切应力 塑性变形区内的平均变形抗力C 几何条件 dx dDx 2tan Fp F0 cos2 2 F0 挤压筒内孔的横断面积D 边界条件 Dx D1 lx 0Dx D0 lx l0最后求出 D0 D1 挤压筒和模孔的直径 令 2 Tt挤压筒上的摩擦力L0 填充后的锭长 ft 锭与筒的摩擦系数 挤压筒内金属的平均塑性剪切应力 hs 死区的高度 60 hs D0 D1 0 58 cot 2 60 hs 0 3 Tzh压缩锥锥面上的摩擦力A 挤压垫上克服Tzh所消耗的功率N1 N1 TzhVjB zh的功率N2 微元体的侧面积 dF Dxdl Dxdx cos x面上的速度 Vx Vj 微元体侧面上的功率 dNx zhdFVx边界条件 Dx D1Nx 0Dx D0Nx N2最后求出 由N1 N2得出 4 Tg模子工作带上的摩擦力同3 的办法 N1 TgVjN2 gFg Vj求出Tghg 工作带长度 fg 工作带的摩擦系数 出口锥上的平均剪切应力 5 挤压力PP Rs Tt Tzh Tg 关于Y 其物理意义和数学分析 五 的确定重申三个量的物理意义1 Szh1与Szh0的物理意义与确定Szh0 变形锥入口的塑性变形剪切应力Szh1 变形锥出口的塑性变形剪切应力Szh0 0 5 bSzh1 CySzh0Cy f 程度 速度 时间 ts Vs VmVm F0Vj2 t或的确定A 由确定 t已知 Szh0 1 25Szh0 1 50Szh0 t ft B 由 t确定已知 t实测挤压力曲线 1 t1 Pa1 Pb1 F0L1 t2 Pa2 Pb2 F0L2 2 A t Pmax Pmin F0L t ft 3 的确定 Szh1 Szh0 2 Szh1六 ft fzh fg的确定1 ft fzh 0 0 1 0 25 0 50 1 0 2 fg 0 25 0 50 3 2 3穿孔力一 穿孔过程与穿孔力分布d1 穿孔针直径 二 穿孔力计算f 摩擦系数Z 金属的冷确系数a 穿孔力最大时的临界穿孔深度三 Z与a的确定1 Z计算 Z Z T t 查表 2 a试算 取最大值查表 3 2 4计算实例挤压机 D0 155mm模子 孔径20mm 平模 工作带长度10mm工艺 挤压速度80mm s 挤压温度350 坯料 150 200 LD31求 挤压力 1 L02 挤压比及i3 算ts4 查Cy 5 查强度 6 算SZh0 Szh17 定 8 定ft fzh fg 9 定hs 10 计算挤压力 封头封尾铜管穿孔挤压过程数值模拟 特别关注 穿孔针和挤压垫操作间隙缩小过程穿孔针受力及表面温度变化挤出铜管弯曲情况点跟踪结果 挤压工艺的确定应包括 正确选择挤压方法 挤压设备及挤压模具确定合理的挤压工艺参数选择正确的润滑条件确定合适的锭坯尺寸 3 2 5挤压工艺 铝型材 铸锭 加热 挤压 在线淬火 矫直 拉伸或辊矫 热处理 表面处理 检测铜管 铸锭 加热 挤压 酸洗 冷轧 冷拉 热处理 剪切 检测 挤压方法的选择主要根据被挤压金属的性能 产品质量要求进行选择 脱皮挤压 易缩尾材料 如H62 静液挤压 低塑性材料 如粉体材料 包套挤压 易氧化材料 低塑性材料 如Ti Zr 等温挤压 热塑性较差 要求性能均匀 如LY12 焊接挤压 焊接性好 形状复杂 液体挤压 低熔点材料 如Pb 对于铝合金型材挤压 一般采用无润滑正向挤压 挤压机的选择 单动挤压机与双动挤压机单动式挤压机无独立穿孔系统 适于挤压实心型材与棒材 使用空心锭与随动针 或使用实心锭与组合模 亦可挤压管材与空心型材 双动式挤压机具有独立穿孔系统 一般用于挤压管材 更换实心的挤压杆与挤压垫亦可挤压型材与棒材 浪费 正向挤压机与反向挤压机正向挤压机已使用于所有挤压过程挤压各种制品 在挤压条件相同时 反向挤压机相对于正向挤压机可节能20 40 制品质量 成品率和生产率均较高 但是 由于制品规格受工具长度限制 并对锭坯表面质量要求高 操作较复杂 国内外使用反向挤压机尚不如正向挤压机广泛 卧式挤压机与立式挤压卧式挤压机的操作 监测和维修均较方便 普遍使用于所有规格 各种合金制品的挤压 但是卧式挤压机容易失调 挤压杆 穿孔针 挤压筒 模座不对中 使管材壁厚不均或型材挤压时流动不均匀 中 小管材一般可在立式挤压机上生产而无严重壁厚不均 偏心 在立式挤压机上甚至可挤压外径小于30mm的薄壁管 挤压工艺参数挤压温度可挤压性 可挤压性为金属材料的内在性能 即在挤压加工过程中成材的可能性 它包括在高温条件下金属与合金的变形抗力与塑性这两个指标 将金属加热进行热塑性变形时 加热温度一般是合金熔点绝对温度的0 75 0 95倍 因此 应查找金属熔点和该成分合金在相图上固相点温度 确定挤压温度的上限 以避免挤压时的热脆性 其次 高温时存在相变的合金 最好在单相区热挤压 塑性 金属应尽量在高温塑性范围的温度条件下进行热挤压 以免产生周期性横向裂纹 同时 应注意到金属与合金在热状态下的表面性质 以防止表面过烧 变形抗力 挤压温度范围的下限 除了考虑材料的高温塑性 还应使其变形抗力不得太高 例如 紫铜在室温时的抗拉强度为170MPa 加热到700 时便降低到30MPa 在同一条件下 高温条件挤压较之低温可增大变形程度和锭坯尺寸 根据上述分析 可以确定各种金属与合金的高塑性与低变形抗力的温度范围 从而选择合理的挤压温度 挤压工艺参数挤压温度制品质量对挤压温度的要求1 制品尺寸制品出模孔时的温度沿长度方向上波动 冷却后的断面尺寸沿长度上亦存在波动 一旦制品断面尺寸沿长度上存在波动 实践经验认为 切不可首先判断为 模孔磨损 而急于换模和修模 比较实际的方法是 首先检查与调整锭坯的原始温度 无法及时调整时则严格控制挤压速度 2 组织与性能锭坯原始温度对流动不均匀性和组织 性能起着重要的影响 一般 为了保证制品的组织 性能 对锭坯表面易产生过硬氧化皮或易粘结工具的金属材料 挤压温度不宜过高 对有合金相变的材料 应避开相变温度并采用适于加工的相的温度范围 对具有明显粗晶环和挤压效应的合金 以及利用制品出口温度进行立即淬火的铝合金等 应采用高的加热温度 为保证制品性能均一性可采用等温挤压技术 简便的方法是 挤压速度不变而使用梯温加热的锭坯 如图所示 挤压工艺参数挤压温度制品质量对挤压温度的要求3 表面质量易于粘结工具的锭坯 无论是工具表面损伤还是粘结金属 都会使制品表面质量恶化 因此 此类金属材料应在较低的温度范围加热 4 焊缝性能使用组合模挤压空心型材与管材时 应提高挤压温度来提高被挤材料的焊合性能 以保证制品的焊缝质量 挤压工艺参数挤压温度挤压时的变形热在确定挤压温度与出口温度的关系时 一个不可忽视的因素是挤压时的变形热和摩擦热 金属在塑性变形时90 95 的变形能转化为热量 与其它压力加工方法相比 挤压法的一次变形量很大 而强烈的三向压应力状态又使锭坯金属的变形抗力增大 挤压时模孔和挤压筒与金属的摩擦产生的热量中 后者占有较大的比例并与锭坯长度与正比关系 因此 挤压时产生的这种附加热量是很大的 可使制品温度上升几十度 甚至300 以上 由变形热引起的温度可用下式计算 式中k 提高物体晶体点阵能所消耗的功的系数 k 0 9 1 0 V 变形物体体积 金属密度 变形区内金属平均变形抗力 i i ln 挤压比的对数值 6063 6061铝合金挤压温度430 520 挤压比 30 80 挤压工艺参数挤压速度和金属流出速度挤压时的速度一般可分为三种 挤压速度vj 挤压机主柱塞 挤压杆与挤压垫的移动速度 金属流出速度vl 金属流出模孔时的速度 vl vj 金属变形速度 亦称变形速率 单位时间内变形量变化的大小 其平均变形速度为 在挤压时 一般比较注重金属流出速度vl 这是因为vl值范围取决于金属在挤压温度下的塑性 以使制品不产生裂纹 根据允许的vl范围和挤压比 计算的vj 用以控制挤压过程 变形速度一般应用于理论分析 当变形程度一定时 金属流出速度越高 相应的变形速度越高 金属将产生硬化使变形抗力增高 挤压工艺参数挤压速度和金属流出速度确定金属流出速度vl时 应当全面考虑以下几个因素的综合作用 金属与合金的可挤压性 只要允许 越快越好 与挤压温度的交叉作用 制品质量要求 挤压速度或变形区内金属流动速度越快 金属流动不均匀性越严重 挤压型材 特别是壁厚不均 断面形状无对称轴的断面形状复杂的型材时 为避免充不满模孔和局部产生较大的附加应力 或挤制品产生纵向上的弯曲与扭拧 要求其金属流出速度较圆棒挤压低 挤制管材时的金属流出速度 可比棒材的高些 表面摩擦状态差的 较之润滑条件好 且表面不粘结金属的流出速度低 挤压工艺参数挤压速度和金属流出速度对同一合金来说 较高挤压温度下控制的流出速度应比低温时的低些 高温时易产生表面粘结的一些易变形合金 进一步提高挤压速度将会使出口温度升高 引起金属与工具间的粘结 导致制品表面质量恶化 同时也降低了流出模孔的制品力学性能 为了提高空心型材与管材的横向力学性能 使用组合模挤压时要求一定的焊缝质量 即焊缝强度应达到基体金属强度的95 为此 各股分流的金属在组合模焊合腔内应有必要的接触时间和压力 使金属有充分的扩散过程 而不能任意提高组合模挤压时的流出速度 当需要较高的挤压速度以提高生产率时 可设计较大的焊合腔体积或焊合腔高度 以保证制品焊缝强度 挤压工艺参数挤压速度和金属流出速度 设备能力限制挤压速度是受挤压机能力制约的 首先 挤压速度的提高将使变形速度升高 金属变形抗力增大 不允许挤压力超过设备能力 其次 应检验挤压速度提高所要求的高压泵液体流量 挤压机主缸容积 是否能得到保证 使用水泵站集中传动时 一般不会为一台挤压机的高速挤压而停止其余机台的生产 高压泵单独传动时 高速挤压能否实现与高压泵生产率 l min 有关 此外 还应考虑到锭坯加热炉的生产能力 加热炉的加热制度 加热温度 保温时间 与锭坯个数 应当满足挤压机生产的要求 用一般挤压速度所选择的配套设备挤压时 若不适当地提高挤压速度 会缩短锭坯加热时间 使加热 不透 的锭坯投入生产 虽有可能采用较长锭坯以延长挤压周期 缓和加热工序与挤压工序间的不平衡关系 但是设备能力 工具尺寸和金属成品率是否允许也值得考虑 挤压工艺参数挤压速度和金属流出速度 最大挤压速度挤压力是被挤金属材料变形抗力的函数 热加工的目的 是利用金属材料在高温时屈服应力下降这一现象来实现大变形量加工 具有高变形抗力的合金必须加热到高的变形温度 但是 如果锭坯原始温度和挤压速度的选择使制品出口温度非常接近该合金的固相线温度时 制品表面将产生裂纹或变得粗糙 质量变坏 如图所示为最大挤压速度和出口温度之间的关系曲线 图中给出两条极限曲线 一条表示设备能力的挤压力极限曲线 超过它不可能实现挤压 另一条表示合金制品表面开始撕裂的冶金学极限 两条曲线之间的面积提供了该合金挤压所允许的加工工艺参数范围 而两线交点提供了理论上最大挤压速度和相应的最佳出口温度 应强调的是 这个最佳值只是从挤压速度角度出发的 不一定能满足制品的物理 冶金性能要求 6063铝合金挤出速度 管15 80m min 型材8 20m min 挤压工艺参数挤压比挤压比一般根据生产工艺流程确定 其值大致控制在6 100范围内 金属与合金的可挤压性确定了挤压温度后 随着挤压比的增大制品流出模孔的温度与速度均升高 为避免产生制品表面的粗糙化与裂纹 应选择适当挤压比 制品质量要求根据制品断面上的组织与性能要求 挤压热加工态 R态 的制品时 挤压比一般不得小于10 12 在挤压需继续加工 如轧制 拉伸 或锻造等 的毛料时 挤压比最好不小于5 挤压用于二次挤压的毛料 一般不限制挤压比的大小 只根据二次挤压的挤压筒规格来推算出一次挤压的挤压比 挤压小断面型材时 为了使金属流动较为均匀 可采用多模孔挤压 降低挤压比 可获得表面质量较好的挤制品 使用组合模挤压空心型材时 应尽可能采用较高的挤压比 以及较高的挤压温度与较长的焊合腔 值 以保证制品焊缝质量 设备能力限制根据挤压力与挤压比的对数 i ln 成正比的关系 综合考虑挤压筒直径 挤压垫上的单位挤压力 和金属材料在挤压温度下所需的挤压应力大小 使所确定的挤压比值既能实现挤压过程又不超过设备的能力 挤压工艺参数挤压时的润滑大多数金属材料使用平模热挤压型材与棒材 平模工作面与挤压筒壁交接处存在一个环形的死区 它可有效地阻止锭坯表面上的氧化物 夹质与灰尘进入制品表面 因此 不允许涂抹润滑剂 当使用组合模挤压空心型材与管材时 为了保证焊缝质量 绝对不允许润滑 当使用组合模挤压空心型材与管材时 为了保证焊缝质量 绝对不允许润滑 热挤硬铝合金时 采用石墨润滑剂可以提高流出速度1 5 2倍 能防止粗晶环的形成 减少制品沿长度上的组织与性能不均匀性 并可提高制品尺寸精度 大多数铜及铜合金管棒材的挤压 可采用45号机油和0 30 鳞片状石墨调制成的润滑剂 实际生产中多采用沥青润滑 挤压高温高强合金如铜镍合金 镍 钛及钢时 目前大多采用了玻璃润滑剂 挤压工艺参数锭坯选择 考虑挤压摩擦力 锭坯冷却 几何损失用以挤压管 棒 型 线材的锭坯一般为实心圆锭坯 在下列条件下生产管材时最好使用空心锭坯 挤压高温高强合金材料 例如钢管和锡磷青铜管材时 挤压重要用途的薄壁管材 且应防止穿孔过程中所产生的锭坯微裂纹时 挤压某些异型管材 特别是内孔较小不宜穿孔的双孔管材时 挤压极易粘结穿孔针的稀有金属管材时 使用无独立穿孔系统挤压机与锥模挤压管材时 挤压工艺参数锭坯选择锭坯直径 计算锭坯直径时 应综合考虑挤压筒直径 锭坯直径偏差量 加热膨胀后仍能顺利进入筒内等因素 铝合金热挤压 锭坯直径与挤压筒的间隙 D 3 10mm锭坯长度计算圆断面锭坯长度Lp可按下式计算 式中 c 挤压比和填充系数 L1 要求供给下工序的毛坯长度 未中断 l1 l2 L1的长度裕量和切头尾长 对穿孔料头应按实心断面计入 穿孔料头长为其直径的1 1 5倍 m 挤压根数 hy 压余厚度 工艺计算挤压力计算挤压机能力校核挤压工 模具强度校核编制工艺卡后续工序拉伸矫直 形成一些工艺废料锯切 切定尺 6m 形成几何废料固溶与淬火处理 T6状态 T5状态无此工序人工时效处理阳极氧化检验 包装 T6 热挤压 固溶热处理 淬火 时效T5 热挤压 在线淬火 时效 挤压生产管理工艺管理 对挤压工艺执行情况的管理质量管理设备管理 包括工 模具管理经济技术指标管理生产组织三种平衡 金属平衡 设备负荷平衡 劳动力平衡设备负荷率 成材率 投料系数效益来源于技术与管理 3 2 6工艺卡的制订方法 挤压设备加热炉挤压机辅助机构挤压工 模具基本工具 挤压筒 挤压轴 轴套 轴座 挤压垫 模支撑 支撑环等等模具 模子 模垫 穿孔针辅助工具 牵引装置 导路 吊钳等 第四节挤压装备与工模具 加热炉燃料炉 油炉和煤气炉特点 加热效率高 成本低 投资少 中小企业采用 炉温不易控制 劳动条件差 自动化程度低电阻加热炉 炉温易于控制 加热质量好 占地面积少 劳动条件好 自动化程度较高 加热效率较低 成本高 投资大感应加热炉 主要使用50Hz工频感应加热炉 加热速度快 体积小 耗电少 自动化程度高 挤压机按结构形式分 立式挤压机和卧式挤压机按传动方式分 机械式挤压机 油压机 水压机按穿孔系统分 不带穿孔系统的挤压机 内置式穿孔挤压机 外置式穿孔挤压机按模具装置分 锁键式 滑动模座式 回旋模座式 挤压机 挤压机模座 用于组装模具 纵动式 横动式 转动式 联合式供锭机构 直线式 回转式挤压垫与压余分离装置制品牵引机构锯切装置拉矫装置 挤压机 锯切机 冷床 挤压机 拉伸矫直机 在线淬火 挤压模具a 平面模 b 平面分流组合模 c 叉架式组合模 d 舌形模 桥模 挤压模具 实心平模 分流组合模 挤压模具 导流模 挤压模具 挤压模具 空心型材挤压模具 挤压筒 报废的挤压模 挤压设备发展动态挤压设备是挤压技术的重要组成部分 随挤压新技术的开发而发展 反向挤压机静液挤压机高速挤压机大型挤压机 万吨 100MN 挤压机连续挤压机 conform 包覆挤压机 挤压复合材料铸挤机 挤压模具发展动态设计原理与强度校核方法的研究模具结构优化研究挤压模具CAD CAM CAE技术的研究与开发模具材料的选择 开发与热处理模具制造 检测与修模技术的研究与开发模具的维护与科学管理 零试模 技术 挤压模具设计要诀 孔随形走 避焊定桥 预配流量 定径微调 第五节挤压制品组织与性能控制5 1挤压制品的组织与性能一 原理位错 变形 动态回复与再结晶 相变 扩散 温度效应 热效应 摩擦 速度 导热性二 典型现象1 晶粒组织前粗后细 中粗外细变形 不均匀温度 锭坯与筒壁存在温差 发生一次再结晶及晶粒长大2 晶粒组织前细后粗 变形 温度一次再结晶晶粒长大 二次再结晶变形热不易散失 筒 锭温差不大 变形区金属温度升高3 带状组织 第二相的析出 在相变温度发生变形 4 粗晶粒 合金在热变形后的热处理中出现的比临界变形后热处理形成的再结晶晶粒更大的组织 粗晶环 在淬火后形成的出现在制品周边上的粗晶区 5 层状组织 断口出现分层 分层的界面近似于平行于轴线 后续加工也无法消除 6 挤压效应 挤压制品在淬火时效后 与其它加工方法相比 纵向上抗拉强度提高而延伸降低的现象 7 挤压裂纹 挤压缩尾 夹杂等三 粗晶环的进一步认识1 分布规律A 单孔模挤出的棒 几乎整个周边B 多孔模挤出的棒 月牙形 出现在局部周边上 C 型材 角部或转角区D 轴向 粗晶环厚度头薄尾重E 径向 摩擦阻力大 靠近挤压筒部分环粗 2 形成机理A 在变形的剧烈剪切带B 变形大 晶粒破 晶格扭C 再结晶温度比其它部位相对要低 易二次长大 3 应用热处理可强化合金本意 第二相对再结晶起阻碍作用 实现的办法是淬火 时效实际 在淬火时 挤压时析出的部分弥散质点重新溶入固溶体内 降低了再结晶温度 同时由于温度较高 变形的部分易发生二次再结晶 4 影响因素A 合金元素 不均匀分布 在低含量的区域 晶核少 长得快 B 铸锭均匀化 470 510 LD Mg2Si溶入基体LY MnAl6析出 降低了对再结晶的阻碍作用 使再结温度降低 非锰合金其均化对粗晶环影响较小 C 挤压温度 单相区变形 防止MnAl6析出 D 应力状态 应力状态影响第二相的扩散速度 压应力大 扩散速度低 挤压时变形与附加应力分布如图 挤压制品的层状组织也称为片状组织 表现在制品折断口后 出现相似木质的端口 挤压加工中的铝青铜 QAl10 3 1 5和QAl10 4 4 和含铅的黄铜 HPb59 1 等合金 容易产生层状组织 四 挤压制品的层状组织 典型夹层图片 QAl10 3 1 5 2 5 产生层状组织的主要原因铸造组织的不均匀 金属锭坯内部组织存在着有害的膜 锭坯中存在气孔 缩孔或晶界上分布有未溶人固溶体的第二相质点和杂质 锭坯的晶粒过分粗大等 因此可以看出这种缺陷应属于铸造引起的挤压缺陷 五 挤压效应的进一步认识1 挤压效应的原因 A 变形织构 铝是 111 晶向的线织构 抗拉强度最高 B 未发生再结晶 Mn Ti Cr Zr等能形成第二相质点阻碍再结晶 同时降低了铝的自扩散系数 2 控制措施 防止再结晶发生A 控制成份 Mn0 3 0 6 为界B 控制温度 C 变形的程度 不含锰或含量较小 增加变形程度使LY12挤压效应降低 挤压制品的周期性裂纹 六 裂纹或开裂管棒型线材表面出现连续和断续的不规则的裂缝 轻微的称为裂纹 严重的称为开裂 开裂部位往往有氧化夹杂 形态各异 种类繁多 常见的裂纹就形态上来分有纵向裂纹 横向裂纹 螺旋状裂纹 呈45的斜裂纹以及不规则裂纹等 按分布则可分局部裂纹 表面裂纹 中心裂纹及断裂等 合金的成分和杂质含量 铸锭存在