挤压与拉拔技术概述

挤压与拉拔技术概述,3.1挤压生产3.1.1挤压成型的特点和基本方法3.1.2挤压成型过程3.1.3挤压成型工具3.1.4挤压成型工艺3.2拉拔生产3.2.1拉拔成型的特点和基本方法3.2.2拉拔成型工具3.2.3拉拔成型工艺,3.1.1挤压成型的特点和基本方法,挤压就是采用挤压轴（凸模）将放在密闭的挤压筒（凹模）内的坯料压出模孔而成型的塑性加工方法。挤压时金属坯料受到三向压应力，有利于低塑性金属变形（脆性材料变形）。挤压多用于生产有色金属及合金的棒材、薄壁和超厚壁复杂断面型材和管材，高合金钢材及低塑性合金钢材。冷挤压也用于生产机械零件。,定义,1.挤压时金属坯料受到三向压应力,适于低塑性材料成型加工;一次可给予金属材料大的变形。2.品种规格多样,生产灵活,适于少批量多品种复杂管材、棒材、型材及线坯的生产;3.产品尺寸精度和表面质量较高;4.设备投资少，厂房面积小;5.易实现自动化生产.,挤压成型的特点,优点,7.金属损失大,成材率低,且工具消耗大,生产成本高;8.金属与工模具间摩擦系数大,金属在变形区内流动不均匀,产品组织性能沿长度和断面上不均匀；9.与轧制成型相比生产率低。,缺点,典型挤压材的横截面形状,按金属流动方向及变形特征：正挤压、反挤压、侧向挤压、连续挤压、复合挤压及特殊挤压（静液挤压等）按挤压温度：热挤压-（在冶金工业应用）温挤压、冷挤压-（在机械工业应用）按润滑状态：玻璃润滑挤压、静液挤压按制品种类：管材挤压、棒材挤压、型材挤压,挤压成型的基本方法,工业上常用的挤压方法（a）正挤压；（b）反挤压；（c）侧向挤压；（d）玻璃润滑挤压；（e）静液挤压；（f）连续挤压,正挤压特点：挤压时坯料与挤压筒之间产生相对滑动，存在很大的有害外摩擦（基本特征）；挤压力大，能耗高；金属流动不均匀，制品组织性能不均匀；强烈的摩擦发热限制了挤压速度的提高，加剧了模具的磨损，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。,挤压成型基本方法的特点,正挤压,金属流动方向与挤压轴的运动方向相同。,反挤压特点：反挤压时金属坯料与挤压筒壁之间无相对滑动；挤压力小，一般比正挤降低3040，能耗低；金属流动主要集中在模孔附近的领域，制品的组织性能沿长度是均匀的；操作较为复杂，间隙时间较正挤压长，且制品质量的稳定性不足。,反挤压,金属流动方向与挤压轴运动方向相反。,金属流动方向与挤压轴运动方向垂直，又称横向挤压。侧挤压特点：挤压模与坯料轴线成90角,将使制品纵向力学性能差异最小；变形程度较大，挤压比可达100；制品强度高；要求模具和工具具有高的强度及刚度。侧向挤压在电缆包铅套和铝套上应用最广泛。,侧向挤压,采用连续挤压机，在压力和摩擦力的作用下，使金属坯料连续不断地送入挤压机，获得无限长制品的挤压方法。冷挤压时金属沿挤压杆和挤压筒之间的空间以及挤压模孔两个相反方向同时流动的挤压方法。利用封闭在挤压筒内坯料周围的高压液体,迫使坯料产生塑性变形，并从模孔中挤出的加工方法。,连续挤压,静液挤压,复合挤压,挤压成型过程包括开始挤压、基本挤压和终了挤压三个阶段开始挤压阶段挤压初始锭坯与挤压筒存在间隙，锭坯在挤压轴的压力作用下发生鼓形变形而形成封闭空间，随后金属向间隙处流动充满挤压筒，同时部分金属流入模孔，这一阶段为开始挤压阶段，又称充填挤压阶段。,3.1.2挤压成型过程,基本挤压阶段开始挤压阶段完成后，锭坯在挤压轴的压力作用下，由模孔流出形成制品，直至筒内锭坯长度接近变形区压缩锥高度，这一阶段为基本挤压阶段，又称平流挤压阶段。挤压过程中，锭坯任一横截面上的金属质点皆以相同速度或一定的速度差流入变形区压缩锥。,终了挤压阶段筒内锭坯长度接近变形区压缩锥高度的挤压阶段，这一阶段锭坯的外层金属向中心剧烈流动，两个难变形区中的金属向模孔流动，形成挤压所特有的“挤压缩尾”。有：中心缩尾、环形缩尾和皮下缩尾三种类型。采取“压余”措施：留一部分金属在挤压筒内不全部挤出，使缩尾不流入制品中。,挤压工具包括：模子、挤压轴、挤压筒、挤压垫、穿孔针、模支撑、模垫、支撑环、冲头、针座等1.模子挤压模是使金属产生塑性变形并获得模孔形状尺寸的最重要的工具。作用：使金属产生塑性变形并获得模孔形状和尺寸。基本类型：平模和锥模,3.1.3挤压成型工具,1)模角模子轴线与其工作端面的夹角；=90为平模；从挤压力的角度，合理模角为4560；从保证产品质量的角度，合理模角为5570通常取6065,2)定径带及定径带长度hd模子中用于保证制品的尺寸和表面质量的工作段称为定径带，又称工作带。定径带长度主要影响制品的表面质量和形状精度，通常根据材质和规格采用经验法选取。定径带长度过短,模子易磨损,制品产生压痕和椭圆.定径带长度过长,易粘结金属,制品产生毛刺和麻面.,3)定径带直径dd根据制品尺寸及偏差、模子裕量系数、模子的寿命确定定径带直径dd。4)出口直径dc模子的出口段主要作用是导出制品。出口直径不能过小，否则易划伤制品表面。一般dcdd取35mm，薄壁管材取1020mm,2.挤压轴作用：将挤压力传递到金属体，使之产生塑性变形从模孔中流出。挤压轴直径根据挤压轴的抗压强度和压弯稳定性进行计算确定。一般，卧式挤压机挤压轴比挤压筒内径小410mm立式挤压机挤压轴比挤压筒内径小23mm。卧式挤压机挤压轴工作长度等于挤压筒长度加5mm余量。,3.挤压筒作用：使锭坯产生塑性变形，并向模孔流动。挤压筒内径根据制品的变形抗力、挤压比和挤压力确定。挤压筒内径最大值应保证单位挤压压力不小于金属的变形抗力；最小值应保证挤压轴的强度。,挤压筒长度Lt（L+l）+t+sL锭坯的最大长度；l长度为锭坯穿孔时金属向后流动增加的；t模子进入挤压筒的深度；s垫片厚度。挤压比：挤压筒与模孔断面面积的比，F0F通常挤压比为6100，一次挤压的棒、型材10,锻造用毛坯5，二次挤压用毛坯可不限。,基本工艺流程坯料准备加热挤压成型精整检验入库精整主要包括：热处理、矫直、剪切等。由于材质、坯料种类、制品品种以及挤压方式的不同，其工艺流程有所区别。,3.1.4挤压成型工艺,挤压工艺参数坯料准备包括坯料材质、种类、规格的选择和检查，表面处理和预先热处理（如预退火、均匀化退火等）。挤压速度V挤金属流出速度V流V挤变形速度最大主变形与变形时间之比，也称应变速度。,挤压工艺参数挤压温度根据三图“合金状态图、塑性图、再结晶图”使金属具有最好的塑性及较低的变形抗力，同时保证制品获得均匀良好的组织性能等。由于挤压变形热效应大，一般挤压温度比热轧的温度低些。,挤压比挤压筒与模孔断面面积的比，F0F挤压润滑:润滑目的为了使挤压时金属流动均匀，提高制品表面质量，延长挤压工具的使用寿命和降低挤压力，减少能量消耗，在挤压时应对挤压筒、挤压模、穿孔针进行润滑。挤压铝合金使用的润滑剂：汽缸油石墨等挤压重金属使用的润滑剂：45号机油片状石墨等挤压钢、镍、钛等合金时目前大多采用玻璃润滑剂。,是将已经轧制的金属坯料（型、管、制品等）在外加拉力的作用下，通过模孔以获得与模孔形状和尺寸相同的实心或空心制品的塑性成型方法，称之为拉拔。通常以轧制材、挤压材和锻压材为坯料。多用于冷加工丝、棒和管材，可生产极细的金属丝和毛细管。拉拔丝的直径：60.001mm；拉拔棒材的直径：380mm拉拔管材外径：2000.1mm，壁厚最薄到0.01mm,3.2.1拉拔成型的特点和基本方法,拉拔加工方法按制品种类分为实心材拉拔和空心材拉拔。实心材拉拔主要有棒材、型材、线材的拉拔。空心材拉拔主要包括圆管及异型管材的拉拔。拉拔示意图,典型拉拔异型材的横截面形状,1)拉拔制品形状和尺寸精确、表面光洁Ra0.01微米;2)投资小，生产工具和设备简单，操作维护方便;3)制品强度较高;4)道次变形率小，成型道次多，酸洗、退火工序多，成材率较低;5)适于生产小断面的长线制品，生产可实现连续化和高速化。,拉拔成型的特点,按制品截面形状分为：实心材拉拔主要有棒材、型材、线材的拉拔。空心材拉拔主要包括管材、空心异型材拉拔。管材拉拔的基本方法空拉、长芯杆拉拔、固定芯头拉拔、游动芯头拉拔、顶管法、扩径拉拔。,拉拔成型的基本方法,空心管材拉拔的基本方法（a）空拉；（b）长芯杆拉拔；（c）固定芯头拉拔；（d）游动芯头拉拔；（e）顶管；（f）扩径拉拔,空拉管坯内无芯头或芯杆的拉拔称为空拉。管坯通过模孔后外径减小，壁厚一般略有变化。空拉适合于小直径圆管材、异型管材、盘管拉拔，以及减径量很小的减径拉拔与整形拉拔。,长芯杆拉拔拉拔时在管坯内套入长芯杆，使管坯和芯杆同时通过模孔以实现减径和减壁。长芯杆拉拔主要用于薄壁管或塑性较差的钨、钼类管材的加工，一般管材生产中较少采用。,固定芯头拉拔（短芯头拉拔）通过芯杆将芯头固定在模孔适当的位置，使管坯通过模孔以实现减径和减壁。固定芯头拉拔管材的内表面质量比空拉时好。在实际管材生产中应用最广泛。,游动芯头拉拔在拉拔过程中，芯头依靠本身特有的外形所建立的力平衡而被稳定在模孔中，使管坯通过模孔以实现减径和减壁。该法是管材拉拔中较为先进的一种方法，特别适合于长管与盘管拉拔，对于提高拉拔生产率、成品率和管材内表面质量均十分有利。但与固定短芯头拉拔相比，游动芯头拉拔的工艺条件与技术水平要求较高。,顶管法将芯杆套入带底的管坯中，对芯杆施加推力迫使管坯通过模孔而实现减径、减壁。常用于生产难熔金属和贵金属短管材。主要用于300400mm以上大直径管材的生产。,扩径拉拔将管坯的一端固定，套入一端带有直径大于管坯内径芯头的芯杆，拉拔力施加在芯杆上，拉拔时管坯直径增大，壁厚和长度减小。主要用于设备能力受到限制而不能生产大直径管材的生产工序。,拉拔一般在冷状态下进行，对强度高、塑性差的合金钢和钼、铍、钨等采用温拔和热拔。对于具有六方晶格的锌、镁合金为提高塑性也采用温拔。,拉拔工具主要指：拉模（模子）、芯头/芯杆1.模子1)作用：使金属产生塑性变形并获得模孔形状和尺寸。2)基本类型：普通拉模和圆弧拉模3)普通拉模的结构：由4个部分组成，即入口锥、工作锥、定径带、出口锥。,3.2.2拉拔成型工具,模子的结构,4)入口锥作用是在拉拔时使润滑剂便于进入模孔，保证制品充分润滑和冷却，防止制品表面划伤。5)工作锥（压缩锥、变形区）作用是使金属产生径向压缩和长度方向拉伸变形。6)定径带作用是保证制品获得精确的尺寸和形状。7)出口锥作用是防止模子定径带剥落和划伤制品表面。,2.芯头/芯杆是管材拉拔时的配套工具，拉拔中处于管材中心。作用：与模孔形成环形空间，实现减壁和确定管材内径尺寸，并加工整平管材内径面。常用的型式：固定芯头、游动芯头、芯杆（芯棒）,一般坯料需要经过几次拉拔才能获得所需要的外形尺寸、力学性能和表面质量的优良制品。生产工艺流程属于冷加工坯料准备酸洗轧头拉拔退火酸洗精整检验入库,3.2.3拉拔成型工艺,工艺参数1.变形量用延伸系数表示，即lLF0F，F0、F为材料拉伸前、