第四讲挤压工具有色金属压力加工课件

第三章挤压概述及工具1、挤压定义2、挤压理论3、挤压新技术4、工具组成5、挤压工具以及提高寿命的措施6、工具使用与维护第三章挤压概述及工具1、挤压定义1分类按金属流向：正挤压、反挤压、复合挤压按制品的形状：空心制品的挤压实心制品的挤压按挤压时制品的温度：热挤压、冷挤压按挤压金属的种类：轻有色金属重有色金属稀有贵金属分类按金属流向：正挤压、反挤压、复合挤压2第四章挤压工具1、工具组成2、挤压工具以及提高寿命的措施3、工具使用与维护第四章挤压工具1、工具组成35.型材模型材挤压时由于型材本身失去了对称性，各处的壁厚又不同，因此金属的流动不均匀，易导致型材发生扭曲、断裂和尺寸缩小等现象。要改变或减轻金属流动的不均匀性，在布置模孔时必须采取以下一种或几种措施：1.合理布置模孔2.采用不等长工作带3.采用平衡模孔4.型材模设计5.型材模45.1模孔布置型材面有两个对称轴：布置1个模孔，且型材重心与模孔中心重合。型材面有一个或没有对称轴且壁厚不均匀：1.若采用单孔模，必须将型材的重心对挤压模中心做一定的偏移，使难流动的部分更靠近挤压模中心，如图4—8所示实线为合理的；2.若采用多孔模对称布置，使难流动的部分更靠近挤压模中心，如图4-9对比5.1模孔布置5第四讲挤压工具有色金属压力加工课件65.2不等长工作带工作带对金属的流动起到阻碍作用：如果工作带长，则使该处的摩擦阻力加大，迫使金属向阻力小的部分流动，这样就可以使金属的流动变得均匀，在设计时，阻力较大的壁薄部分，则工作带的长度要短。5.3采用平衡模孔用于挤压异型管材时，增加一个或两个挤压成棒材的平衡模，可以利用挤压时从模孔挤出的金属。5.2不等长工作带75.4型材模设计(1)型材的外形尺寸(指型材的宽和高)Ak(2)型材的壁厚尺寸SK(3)型材的圆角、圆弧与角度。对于没有偏差要求的圆角和圆弧，模孔可以按名义尺寸设计；对于有偏差要求的圆角和圆弧，以及由圆角和圆弧组成的型材，其模孔尺才仍按上面的计算公式计算。5.4型材模设计86.组合模（1）特点：将模子和型芯组合一起，因型芯在模子中像舌头一样，所以也叫舌模或带针模。在挤压时，锭坯在强大的压力作用下，被模子的模桥(刀)分成几股金属流入模孔，借助于模壁和舌芯所给予的压力，迫使金属重新焊合面形成空心的制品。制品上的焊缝数与金属流股数相同。注意：这种模子必须保持清洁，防止氧化，也不能用润滑剂，影响焊合质量。6.组合模9焊合腔的深度过小还会造成金属在焊合腔内的焊合时间短，由于焊合腔内不能建立足够的静水压力而使焊合压力低，严重影响型材的焊合质量。如下页图所示的非接触变形，也是流动过冲的表现。焊合腔的深度过小还会造成金属在焊合腔内的焊合时间短，由于焊10流动过冲与非接触变形示意图流动过冲与非接触变形示意图11（2）分类组合模的结构形式主要有桥式组合模、孔道式组合模和叉架式组合模三种，其中桥式应用较多。桥式组合模主要有模桥(刀)、焊合室、舌芯(针)和工作带等几部分组成。模桥的形状最好是梯形，它的主要作用是将整体的锭坯分割；焊合室是金属流会合焊接的地方；舌芯可以与桥作成一整体，它的作用是决定管材或空心型材的内径；工作带应比一般的模子的要长一些，以便于更好地挤压焊合，提高焊缝的质量。（2）分类12挤压模的类型、结构、形状与尺寸是影响金属流动的显著因素。从挤压筒内金属流动的角度来看．组合模（分流模）挤压比普通的实心型材模挤压金属流动均匀，多孔模挤压比单孔模挤压金属流动均匀。采用组合模或多孔模挤压时，挤压筒内不容易产生棒材单孔模挤压时容易出现的缩尾现象。需要附带说明的是，当只考虑挤压筒内的金属流动时，分流模挤压实际上也是一种多孔模挤压。挤压模的类型、结构、形状与尺寸是影响金属流动的显著因素。从挤13（三）穿孔针、挤压垫、挤压杆、挤压筒1、穿孔针作用：穿孔针或芯捧是用来对锭坯进行穿孔并确定空心制品的内部尺寸和形状的变形工具，它对管材内表面质量起着决定性的作用。种类：种类很多，如下页图4-10，最常用的是圆柱式针和瓶式针。（三）穿孔针、挤压垫、挤压杆、挤压筒14第四讲挤压工具有色金属压力加工课件15圆柱式针：圆柱式针的长度上带有很小的锥度，这样就可以减少在穿孔和挤压过程中金属流动时作用在针上的摩擦力。瓶式针：可以减轻针的弯曲和过热，从而减少偏心；空心锭挤压铝合金管材时，采用瓶式针可以减少用圆柱式针时表面常被挤压垫划伤的现象，影响管子的内表面质量；瓶式针还有利于减少穿孔料头。圆柱式针：圆柱式针的长度上带有很小的锥度，这样就可以减少在162.挤压垫作用：避免挤压杆直接与高温的金属坯料接触，是防止挤压杆端面磨损过快与变形的一种专用工具(图4—11)。尺寸：外径比挤压筒内径小△D,△D太小太大都不好。太小时送进困难，易造成事故；太大时会引起金属倒流。内孔也不能太大，否则对针的位置起不到校正作用。2.挤压垫17第四讲挤压工具有色金属压力加工课件18挤压垫片对穿孔针的控制作用：垫片的外径与内径分别与挤压筒和穿孔针的直径相配合，互相之间有很小的间隙。挤压时，垫片的小心线在很大程度上取决于挤压筒。固定针挤压时，随着垫片的推进，其内孔将强制针从偏移位置恢复到挤压中心线的位置上，垫片对针的控制作用在挤压过程中是不断增大的，至挤压末期作用最大。挤压垫片对穿孔针的控制作用：垫片的外径与内径分别与挤压筒和穿193.挤压杆作用:挤压杆又叫挤压轴，是传递主柱塞产生的压力，通过挤压垫传递给金属，使金属在挤压筒内产生塑性变形结构：实心（正挤压棒型材和特殊反挤压生产大型管材）和空心（正挤压管材和反挤压管、型、棒材）。形状多为等截面圆柱体，如图4-12.尺寸：根据挤压筒内径确定，实心杆端部应小些，因为塑性变形时会变大；同样空心杆端部应大些。3.挤压杆20第四讲挤压工具有色金属压力加工课件214.挤压筒4.1结构:因为是最贵重的部件，所以要尽可能减少损坏。措施通常是采用多层式，挤压筒是由三层或三层以上的衬套以过盈热配合组装在一起的，这样即使内层损坏也只需更换内层就好，节省大量的合金钢材。衬套种类：圆形、锥形（便于卸除）、台肩（紧固作用）；如下页图4-134.挤压筒22第四讲挤压工具有色金属压力加工课件234.2预热原因：为了使挤压筒内的金属流动均匀和挤压筒免受过于剧烈的热冲击，温度基本接近被挤压金属温度。方法：筒内加热、加热炉内加热、电阻元件外部加热、用挤压筒内设置的加热孔进行电阻加热或电感应加热。其中电阻加热和电感应加热应用最广泛。如图4-14为挤压筒中感应加热元件的布置。4.2预热24第四讲挤压工具有色金属压力加工课件254.3尺寸挤压筒的尺寸主要包括；挤压筒内径、挤压筒长度和各层衬套的厚度。内径：最大内径应保证作用在挤压垫上的单位压力不低于被挤压金属的变形抗力；扁挤压筒内孔的长短轴之比以3—4为宜，内孔的长轴应保证能获得最大宽度的壁板型材，内孔的宽度与挤压筒外径最合适的比值为0.40—0.45。4.3尺寸26长度：Lt=（Lmax+L）+T+sLmax——锭坯最大长度L——锭坯穿孔时金属增加的长度T——模子进入挤压筒的长度S——挤压垫的厚度长度：27厚度：挤压筒各层衬套的厚度尺寸，一般根据经验数据确定，然后再进行强度校核。挤压筒的外径应大致等于其内径的4—5倍，每层衬套的壁厚则可根据各层外、内径的比值相等，即：

Dl／D0＝D2／D1＝D3／D2的原则来确定。挤压机的能力在25MN以下时，内衬套的最小壁厚为50—60mm。厚度：挤压筒各层衬套的厚度尺寸，一般根据经验数据确定，然后28五、挤压工模具材料及寿命1、材料要求2、模具材料3、选择材料的原则4、失效与损害原因5、提高使用寿命的途径五、挤压工模具材料及寿命1、材料要求29（一）要求(1)足够的高温强度和硬度(2)高的耐热性(3)足够的韧性(4)低的热膨胀系数(5)良好的导热性(6)高的耐磨性(7)良好的加工工艺性能(8)价格低廉不能全部满足，要根据具体情况考虑（一）要求30（二）材料主要是热挤压模具钢：铬钼钢和铬钨钢代表铬钼钢（4Cr5MoV1S2）铬钨钢（3Cr2W8V）铬钼钢优点：导热系数大，工具的温度不易升高，可以长时间在550℃下工作而不软化；此种钢的塑性、韧性也较好，热膨胀系数低，在挤压时可以采用水冷而不易开裂，而且粘结金属的倾向性较小。（二）材料31铬钨钢优点：具有很好的高温强度缺点：塑性和韧性差，脆性大；导热性能差，线膨胀系数高，在工作中易产生很大的热应力导致工具龟裂和破碎；另外，3cr2w8v的加工工艺性能也不好，难以用来制造大型的挤压工模具。铬钨钢优点：具有很好的高温强度32（三）合理选择工模具材料需从以下几方面考虑：(1)被挤压金属或合金的性能。(2)产品品种、形状和规格(3)挤压方法、工艺条件与设备结构(4)挤压工模具的结构形状和尺寸（三）合理选择工模具材料33（四）挤压工模具的失效与损坏1、大型基本工具的失效与损坏（磨损、塑性变形、脆性断裂、热裂、疲劳破坏等）2、穿孔系统的失效与损坏（磨损、塑性变形、疲劳破坏、裂纹）3、失效分析与鉴定：外部观察和现场调查内部检查综合分析（四）挤压工模具的失效与损坏34（五）提高工模具寿命的途径1.定义：挤压工模具因磨损或其它失效形式，终致不可修复而报废之前所能承受挤压的总次数或通过挤压锭坯的总个数，称之为挤压工模具的使用寿命。2.影响原因：内因（模具本身的结构与性能）外因（工作时的外界环境）

（五）提高工模具寿命的途径353.途径改进工模具结构形状制定和严格控制合理的挤压工艺参数合理预热和冷却挤压工模具合理安装、使用和维修挤压工模具3.途径363—1什么叫挤压，什么叫正挤压，什么叫反挤压?3—6挤压与其它压力加工方法相比较，主要有什么特点?4—3挤压模主要有哪几种，最常用的是什么挤压模?4—7挤压筒为什么在挤压前要进行预热？以及预热的方法主要有哪些？4—9挤压工模具主要采用什么样的材质，为什么?3—1什么叫挤压，什么叫正挤压，什么叫反挤压?374—1在挤压机上主要有哪些挤压工模具？4—2挤压工模具的工作特点有哪些？4—3挤压模主要有哪几种，最常用的是什么挤压模?4—4锥模主要有哪些参数?4—5多孔模模孔的布置主要考虑哪些问题?4—6穿孔针和芯捧各有什么作用?4—7挤压筒为什么在挤压前要进行预热？4—8挤压筒在结构上为什么要采用多层?4—9挤压工模具主要采用什么样的材质，为什么?4—10提高挤压工模具使用寿命的措施主要有哪些?4—11挤压工模具的装配要注意什么原则?4—12挤压模子的破坏形式主要有哪几种，产生的原因各是什么？4—13怎样进行挤压工模具的失效鉴定?4—14在挤压工模具的使用过程中，要注意哪些事项?4—1在挤压机上主要有哪些挤压工模具？38本章完本章完39第三章挤压概述及工具1、挤压定义2、挤压理论3、挤压新技术4、工具组成5、挤压工具以及提高寿命的措施6、工具使用与维护第三章挤压概述及工具1、挤压定义40分类按金属流向：正挤压、反挤压、复合挤压按制品的形状：空心制品的挤压实心制品的挤压按挤压时制品的温度：热挤压、冷挤压按挤压金属的种类：轻有色金属重有色金属稀有贵金属分类按金属流向：正挤压、反挤压、复合挤压41第四章挤压工具1、工具组成2、挤压工具以及提高寿命的措施3、工具使用与维护第四章挤压工具1、工具组成425.型材模型材挤压时由于型材本身失去了对称性，各处的壁厚又不同，因此金属的流动不均匀，易导致型材发生扭曲、断裂和尺寸缩小等现象。要改变或减轻金属流动的不均匀性，在布置模孔时必须采取以下一种或几种措施：1.合理布置模孔2.采用不等长工作带3.采用平衡模孔4.型材模设计5.型材模435.1模孔布置型材面有两个对称轴：布置1个模孔，且型材重心与模孔中心重合。型材面有一个或没有对称轴且壁厚不均匀：1.若采用单孔模，必须将型材的重心对挤压模中心做一定的偏移，使难流动的部分更靠近挤压模中心，如图4—8所示实线为合理的；2.若采用多孔模对称布置，使难流动的部分更靠近挤压模中心，如图4-9对比5.1模孔布置44第四讲挤压工具有色金属压力加工课件455.2不等长工作带工作带对金属的流动起到阻碍作用：如果工作带长，则使该处的摩擦阻力加大，迫使金属向阻力小的部分流动，这样就可以使金属的流动变得均匀，在设计时，阻力较大的壁薄部分，则工作带的长度要短。5.3采用平衡模孔用于挤压异型管材时，增加一个或两个挤压成棒材的平衡模，可以利用挤压时从模孔挤出的金属。5.2不等长工作带465.4型材模设计(1)型材的外形尺寸(指型材的宽和高)Ak(2)型材的壁厚尺寸SK(3)型材的圆角、圆弧与角度。对于没有偏差要求的圆角和圆弧，模孔可以按名义尺寸设计；对于有偏差要求的圆角和圆弧，以及由圆角和圆弧组成的型材，其模孔尺才仍按上面的计算公式计算。5.4型材模设计476.组合模（1）特点：将模子和型芯组合一起，因型芯在模子中像舌头一样，所以也叫舌模或带针模。在挤压时，锭坯在强大的压力作用下，被模子的模桥(刀)分成几股金属流入模孔，借助于模壁和舌芯所给予的压力，迫使金属重新焊合面形成空心的制品。制品上的焊缝数与金属流股数相同。注意：这种模子必须保持清洁，防止氧化，也不能用润滑剂，影响焊合质量。6.组合模48焊合腔的深度过小还会造成金属在焊合腔内的焊合时间短，由于焊合腔内不能建立足够的静水压力而使焊合压力低，严重影响型材的焊合质量。如下页图所示的非接触变形，也是流动过冲的表现。焊合腔的深度过小还会造成金属在焊合腔内的焊合时间短，由于焊49流动过冲与非接触变形示意图流动过冲与非接触变形示意图50（2）分类组合模的结构形式主要有桥式组合模、孔道式组合模和叉架式组合模三种，其中桥式应用较多。桥式组合模主要有模桥(刀)、焊合室、舌芯(针)和工作带等几部分组成。模桥的形状最好是梯形，它的主要作用是将整体的锭坯分割；焊合室是金属流会合焊接的地方；舌芯可以与桥作成一整体，它的作用是决定管材或空心型材的内径；工作带应比一般的模子的要长一些，以便于更好地挤压焊合，提高焊缝的质量。（2）分类51挤压模的类型、结构、形状与尺寸是影响金属流动的显著因素。从挤压筒内金属流动的角度来看．组合模（分流模）挤压比普通的实心型材模挤压金属流动均匀，多孔模挤压比单孔模挤压金属流动均匀。采用组合模或多孔模挤压时，挤压筒内不容易产生棒材单孔模挤压时容易出现的缩尾现象。需要附带说明的是，当只考虑挤压筒内的金属流动时，分流模挤压实际上也是一种多孔模挤压。挤压模的类型、结构、形状与尺寸是影响金属流动的显著因素。从挤52（三）穿孔针、挤压垫、挤压杆、挤压筒1、穿孔针作用：穿孔针或芯捧是用来对锭坯进行穿孔并确定空心制品的内部尺寸和形状的变形工具，它对管材内表面质量起着决定性的作用。种类：种类很多，如下页图4-10，最常用的是圆柱式针和瓶式针。（三）穿孔针、挤压垫、挤压杆、挤压筒53第四讲挤压工具有色金属压力加工课件54圆柱式针：圆柱式针的长度上带有很小的锥度，这样就可以减少在穿孔和挤压过程中金属流动时作用在针上的摩擦力。瓶式针：可以减轻针的弯曲和过热，从而减少偏心；空心锭挤压铝合金管材时，采用瓶式针可以减少用圆柱式针时表面常被挤压垫划伤的现象，影响管子的内表面质量；瓶式针还有利于减少穿孔料头。圆柱式针：圆柱式针的长度上带有很小的锥度，这样就可以减少在552.挤压垫作用：避免挤压杆直接与高温的金属坯料接触，是防止挤压杆端面磨损过快与变形的一种专用工具(图4—11)。尺寸：外径比挤压筒内径小△D,△D太小太大都不好。太小时送进困难，易造成事故；太大时会引起金属倒流。内孔也不能太大，否则对针的位置起不到校正作用。2.挤压垫56第四讲挤压工具有色金属压力加工课件57挤压垫片对穿孔针的控制作用：垫片的外径与内径分别与挤压筒和穿孔针的直径相配合，互相之间有很小的间隙。挤压时，垫片的小心线在很大程度上取决于挤压筒。固定针挤压时，随着垫片的推进，其内孔将强制针从偏移位置恢复到挤压中心线的位置上，垫片对针的控制作用在挤压过程中是不断增大的，至挤压末期作用最大。挤压垫片对穿孔针的控制作用：垫片的外径与内径分别与挤压筒和穿583.挤压杆作用:挤压杆又叫挤压轴，是传递主柱塞产生的压力，通过挤压垫传递给金属，使金属在挤压筒内产生塑性变形结构：实心（正挤压棒型材和特殊反挤压生产大型管材）和空心（正挤压管材和反挤压管、型、棒材）。形状多为等截面圆柱体，如图4-12.尺寸：根据挤压筒内径确定，实心杆端部应小些，因为塑性变形时会变大；同样空心杆端部应大些。3.挤压杆59第四讲挤压工具有色金属压力加工课件604.挤压筒4.1结构:因为是最贵重的部件，所以要尽可能减少损坏。措施通常是采用多层式，挤压筒是由三层或三层以上的衬套以过盈热配合组装在一起的，这样即使内层损坏也只需更换内层就好，节省大量的合金钢材。衬套种类：圆形、锥形（便于卸除）、台肩（紧固作用）；如下页图4-134.挤压筒61第四讲挤压工具有色金属压力加工课件624.2预热原因：为了使挤压筒内的金属流动均匀和挤压筒免受过于剧烈的热冲击，温度基本接近被挤压金属温度。方法：筒内加热、加热炉内加热、电阻元件外部加热、用挤压筒内设置的加热孔进行电阻加热或电感应加热。其中电阻加热和电感应加热应用最广泛。如图4-14为挤压筒中感应加热元件的布置。4.2预热63第四讲挤压工具有色金属压力加工课件644.3尺寸挤压筒的尺寸主要包括；挤压筒内径、挤压筒长度和各层衬套的厚度。内径：最大内径应保证作用在挤压垫上的单位压力不低于被挤压金属的变形抗力；扁挤压筒内孔的长短轴之比以3—4为宜，内孔的长轴应保证能获得最大宽度的壁板型材，内孔的宽度与挤压筒外径最合适的比值为0.40—0.45。4.3尺寸65长度：Lt=（Lmax+L）+T+sLmax——锭坯最大长度L——锭坯穿孔时金属增加的长度T——模子进入挤压筒的长度S——挤压垫的厚度长度：66厚度：挤压筒各层衬套的厚度尺寸，一般根据经验数据确定，然后再进行强度校核。挤压筒的外径应大致等于其内径的4—5倍，每层衬套的壁厚则可根据各层外、内径的比值相等，即：

Dl／D0＝D2／D1＝D3／D2的原则来确定。挤压机的能力在25MN以下时，内衬套的最小壁厚为50—60mm。厚度：挤压筒各层衬套的厚度尺寸，一般根据经验数据确定，然后67五、挤压工模具材料及寿命1、材料要求2、模具材料3、选择材料的原则4、失效与损害原因5、提高使用寿命的途径五、挤压工模具材料及寿命1、材料要求68（一）要求(1)足够的高温强度和硬度(2)高的耐热性(3)足够的韧性(4)低的热膨胀系数(5)良好的导热性(6)高的耐磨性(7)良好的加工工艺性能(8)价格低廉不能全部满足，要根据具体情况考虑（一）要求69（二）材料主要是热挤压模具钢：铬钼钢和铬钨钢代表铬钼钢（4Cr5MoV1S2）铬钨钢（3Cr2W8V）铬钼钢优点：导热系数大，工具的温度不易升高，可以长时间在550℃下工作而不软化；此种钢的塑性、韧性也较好，热膨胀系数低，在挤压时可以采用水冷而不易开裂，而且粘结金属的倾向性较小。（二）材料70铬钨钢优点：具有很好的高温强度缺点：塑性和韧性差，脆性大；导热性能差，线膨胀系数高，在工作中易产生很大的热应力导致工具龟裂和破碎；另外，3cr2w8v的加工工艺性能也不好，难以用来制造大型的挤压工模具。铬钨钢优点：具有很好的高温强度71（三）合理选择工模具材料需从以下几方面考虑：(