金屬塑性加工技術(shù)及模具擠壓ppt課件

1、湖南大學(xué)材料學(xué)院金屬材料專業(yè)核心課程湖南大學(xué)材料學(xué)院金屬材料專業(yè)核心課程金屬塑性加工技術(shù)及模具金屬塑性加工技術(shù)及模具擠壓技術(shù)及模具擠壓技術(shù)及模具 主講教師：袁武華主講教師：袁武華 夏偉夏偉軍軍 20192019年年3 3月月1212日日一 擠壓的基本概念w 擠壓-采用擠壓桿(或凸模)將放在擠壓筒(或凹模)內(nèi)的坯料壓出?？?獲得一定端面形狀和尺寸的塑性加工方法。w 擠壓可以生產(chǎn)管、棒、型、線材以及各種機(jī)械零件等。w 擠壓類型可分許多種：w 按金屬流動(dòng)及變形特征：正向、反向、側(cè)向、連續(xù)擠壓及特殊擠壓靜液擠壓、有效摩擦擠壓、擴(kuò)展模擠壓、半固態(tài)擠壓等）。w 按擠壓溫度：熱、溫及冷。在冶金工業(yè)系統(tǒng)主要應(yīng)

2、用熱擠壓?；緮D壓方法基本擠壓方法實(shí)心正、反）、空心材正、反）實(shí)心正、反）、空心材正、反）1 正向擠壓（1實(shí)心材正向擠壓普通正向擠壓、脫皮擠壓、變斷面型材擠壓變斷面型材擠壓變斷面型材擠壓（2） 空心材正向擠壓 帶獨(dú)立穿孔系統(tǒng)、不帶獨(dú)立穿孔系統(tǒng)、聯(lián)合擠壓、焊合擠壓（3 3） 其他正向擠壓方法：其他正向擠壓方法： 水封擠壓、恒張力擠壓水封擠壓、恒張力擠壓2 2 反向擠壓反向擠壓（1 1實(shí)心材反向擠壓實(shí)心材反向擠壓 （2 2空心材反向擠壓空心材反向擠壓（4連續(xù)擠壓：連續(xù)擠壓(conformcastex）連續(xù)擠壓（3） 側(cè)向擠壓（5） 靜液擠壓（6） 等通道角擠壓（7半固態(tài)擠壓（8） 其他擠壓：有效摩

3、擦擠壓、冷擠壓、溫?cái)D壓、擴(kuò)展模擠壓、液態(tài)擠壓、層狀復(fù)合材料擠壓、粉末擠壓二、擠壓時(shí)金屬的流動(dòng)w 影響組織、性能、尺寸、外形、表面狀態(tài)等。w 1、擠壓時(shí)金屬的流動(dòng)特點(diǎn)w 填充階段、基本擠壓階段、紊流壓出階段模角區(qū)氣體等對(duì)制品表面的影響？梯溫加熱、排氣（1填充階段填充階段死區(qū)、塑性變形區(qū)、后端彈性變形區(qū)死區(qū)、塑性變形區(qū)、后端彈性變形區(qū)特點(diǎn)；特點(diǎn)；死區(qū)的形成：近似三向等值應(yīng)力狀態(tài)。死區(qū)的形成：近似三向等值應(yīng)力狀態(tài)。摩擦、冷卻降溫導(dǎo)致；對(duì)擠型材表面摩擦、冷卻降溫導(dǎo)致；對(duì)擠型材表面質(zhì)量的影響？質(zhì)量的影響？影響死區(qū)大小因素：模角、?？孜恢谩⒂绊懰绤^(qū)大小因素：模角、?？孜恢?、擠壓比、摩擦、金屬強(qiáng)度。擠壓比、

4、摩擦、金屬強(qiáng)度。（2平流壓出階段平流壓出階段（3紊流擠壓階段紊流擠壓階段擠壓力增加，死區(qū)金屬被擠出擠壓力增加，死區(qū)金屬被擠出2 影響金屬流動(dòng)的因素影響金屬流動(dòng)的因素（1金屬強(qiáng)度：強(qiáng)度高如合金），流動(dòng)均勻。（金屬強(qiáng)度：強(qiáng)度高如合金），流動(dòng)均勻。（f）（2摩擦：擠壓筒、模面、擠壓墊片摩擦的影響摩擦：擠壓筒、模面、擠壓墊片摩擦的影響（3溫度：芯溫度：芯/表溫度差、相變、摩擦條件變化表溫度差、相變、摩擦條件變化（4工具形狀：模角、墊片工具形狀：模角、墊片（5變形程度：變形程度：，均勻性降低，均勻性降低，85%后趨于均勻；后趨于均勻；（6擠壓速度：擠壓速度：，流動(dòng)，流動(dòng) 更不均勻、塑性降低、更不均勻、塑

5、性降低、T 脆性脆性區(qū)區(qū)3 擠壓時(shí)金屬的流動(dòng)模型擠壓時(shí)金屬的流動(dòng)模型主要有四種情況：主要有四種情況： a 反擠壓和靜液擠壓，摩擦系數(shù)小，模子附近筒壁才有摩擦，反擠壓和靜液擠壓，摩擦系數(shù)小，模子附近筒壁才有摩擦，金屬流動(dòng)均勻，其變形集中于?？诟浇＝饘倭鲃?dòng)均勻，其變形集中于?？诟浇?。 b 在潤滑擠壓時(shí)，摩擦系數(shù)小，金屬流動(dòng)較均勻。在潤滑擠壓時(shí)，摩擦系數(shù)小，金屬流動(dòng)較均勻。 c 摩擦系數(shù)較大，錠坯內(nèi)外溫差大，則變形區(qū)域擴(kuò)張到整個(gè)摩擦系數(shù)較大，錠坯內(nèi)外溫差大，則變形區(qū)域擴(kuò)張到整個(gè)毛坯的高度上，在擠壓后期出現(xiàn)較短縮尾。毛坯的高度上，在擠壓后期出現(xiàn)較短縮尾。 d 摩擦力非常大的，錠坯內(nèi)外溫差非常大，金屬

6、流動(dòng)不均勻。摩擦力非常大的，錠坯內(nèi)外溫差非常大，金屬流動(dòng)不均勻。（多出現(xiàn)于銅合金擠壓）（多出現(xiàn)于銅合金擠壓）三、擠壓制品的組織與性能1 組織特征：徑向、軸向組織不均 （潤滑擠壓、靜液擠壓、反向擠壓等趨于均勻）影響因素：f、T、v、合金相等（1） 層狀組織制品在折斷后,呈現(xiàn)出與木質(zhì)相似的斷口,分層的斷口表面凹凸不平,帶有布狀裂紋,方向與擠壓制品軸向平行。在制品縱向上力學(xué)性能影響不大,而在制品橫向上力學(xué)性能降低30%左右。層狀組織產(chǎn)生的原因： 在鑄錠組織中存在大量的微小氣孔、縮孔或在鑄錠晶界上分布著未被溶解的第二相或者雜質(zhì)等,在擠壓時(shí)都被拉長,從而呈現(xiàn)層狀組織。 層狀組織一般出現(xiàn)在制品的前端,這是

7、由于在擠壓后期金屬變形程度大且流動(dòng)紊亂,從而破壞了雜質(zhì)薄膜的完整性,而使層狀組織顯現(xiàn)得不明顯。 防止層狀組織出現(xiàn)的措施,應(yīng)當(dāng)從鑄錠組織著手,減少鑄錠柱狀晶區(qū),擴(kuò)大等軸晶區(qū),同時(shí)使晶間雜質(zhì)分散或減少等。對(duì)于不同的合金還有不同的解決層狀組織的辦法，如鋁合金的層狀組織,減少合金中的氧化膜、金屬化合物的晶內(nèi)偏析可減少或消除層狀組織。（2粗晶環(huán)擠壓棒、型材時(shí)，或擠壓后的淬火處理后，在制品尾部靠外層出現(xiàn)粗大晶組織。如：黃銅、鋁合金室溫強(qiáng)度降低2030%.形成機(jī)理：以Al、Al合金為例：為什么在制品外層會(huì)出現(xiàn)粗晶組織,內(nèi)部為細(xì)晶組織?為什么純鋁等在擠壓時(shí)即出現(xiàn)粗晶組織,而鋁合金則在淬火加熱時(shí)才出現(xiàn)粗組織?再

8、結(jié)晶影響粗晶環(huán)的主要因素：Mn、Cr等合金元素2A12：0.80.9Mn可避免）；鑄錠均勻化2A12等不均勻化，MnAl6，其他不含Mn影響不大）；擠壓溫度；擠壓筒加熱溫度；淬火溫度；應(yīng)力狀態(tài)?？傮w目標(biāo)：減小不均勻變形、控制再結(jié)晶2 擠壓制品力學(xué)性能特征擠壓制品力學(xué)性能特征組織不均勻組織不均勻性能不均勻性能不均勻一般棒材如右圖。軟鋁合金相反。一般棒材如右圖。軟鋁合金相反。擠壓效應(yīng)：擠壓效應(yīng)： 擠壓制品與軋、鍛、拉等制品經(jīng)過擠壓制品與軋、鍛、拉等制品經(jīng)過相同的熱處理后，擠壓制品強(qiáng)度較高，相同的熱處理后，擠壓制品強(qiáng)度較高，塑性較低。塑性較低。緣由：緣由： （1Al(fcc)111織構(gòu)；（織構(gòu)；（2

9、Mn、Cr等使芯部再結(jié)等使芯部再結(jié)晶溫度提高（晶溫度提高（表層擠壓效應(yīng)不明顯）。表層擠壓效應(yīng)不明顯）。影響因素：擠壓溫度、變形程度、二次擠壓影響因素：擠壓溫度、變形程度、二次擠壓3 擠壓裂紋擠壓裂紋4 擠壓縮尾擠壓縮尾皮下表層）、中心、環(huán)行縮尾皮下表層）、中心、環(huán)行縮尾四、擠壓設(shè)備w 機(jī)械式少）、液壓式水、油）w 1 分類：w 臥式-立式；單動(dòng)式-復(fù)動(dòng)式帶獨(dú)立穿孔系統(tǒng)）；長行程-短行程；正-反向；水-油壓2 擠壓機(jī)結(jié)構(gòu) （1擠壓機(jī)主機(jī)結(jié)構(gòu)棒材擠壓機(jī)固定針也可以擠管材）管材擠壓機(jī)：后置式、側(cè)置式、內(nèi)置式等（2擠壓機(jī)主體結(jié)構(gòu)機(jī)座前機(jī)座、中間機(jī)座、后機(jī)座）橫梁前、后）張力柱（3擠壓機(jī)輔助裝置模座、剪

10、切裝置、牽引機(jī)、冷床等五、擠壓工具w 擠壓工具：w 擠壓模w 擠壓桿w 穿孔針w 擠壓墊片w 擠壓筒1 擠壓筒 圓形筒、扁形筒 兩層/三層過盈配合組裝 擠壓筒尺寸：Dp 擠壓材料：耐熱鋼，420C2 擠壓桿 實(shí)心：棒、型材 空心：管材 資料：3Cr2W8V、5CrNiMo等。3 墊片自由式、固定式4 穿孔針柱式瓶式浮動(dòng)式斷針及預(yù)防？5 擠壓模整體模、可拆卸模、舌摸、分流組合摸（1整體模（2可拆卸模-變斷面型材擠壓（3舌模（4分流組合模（4擠壓模設(shè)計(jì)擠壓模設(shè)計(jì)單孔整體模設(shè)計(jì)：單孔整體模設(shè)計(jì)：平模：平模：90，錐模：，錐模：4560工作帶長度：表工作帶長度：表6-4?？壮叽纾嚎紤]公差、熱膨脹等模孔

11、尺寸：考慮公差、熱膨脹等?？壮隹谥睆剑捍竽？壮隹谥睆剑捍骴模模45mm?？淄饨訄A模孔外接圓Dmax=0.80.85D筒筒多孔模設(shè)計(jì)：多孔模設(shè)計(jì)：模孔數(shù)：模孔數(shù)：n=Ft/F模孔排列原則：?？撞贾迷谕膱A模孔排列原則：?？撞贾迷谕膱AD=Dt/2.6-0.1(n-2) 過大、過小？過大、過??？?？自O(shè)計(jì)原則：流動(dòng)均勻、模具強(qiáng)度模孔設(shè)計(jì)原則：流動(dòng)均勻、模具強(qiáng)度 軸對(duì)稱型材重心在擠壓模中心軸對(duì)稱型材重心在擠壓模中心 對(duì)稱面少的型材用多孔模增加對(duì)稱性，薄壁靠中對(duì)稱面少的型材用多孔模增加對(duì)稱性，薄壁靠中 不等長工作帶不等長工作帶 阻流角、促流角、引流角阻流角、促流角、引流角 平衡?？灼胶饽？譊減10mm，

12、L+0.3:39,h4mmw 資料：4Cr5MoVSi(H13)（滲N）、3Cr2W8V等w CAD/CAM設(shè)計(jì)w 分流模設(shè)計(jì)中注意的問題：w 焊合問題：成分、工藝、模具w 粗晶問題：工藝、模具w 橢圓、彎扭、翹曲問題w 表面質(zhì)量陽極氧化質(zhì)量等）六、擠壓力的計(jì)算w 影響擠壓力的因素：w 資料、擠壓方法w 擠壓溫度w 坯料長度w 變形程度w 擠壓速度w 模角w 摩擦1、棒材單孔擠壓力棒材：棒材：由棒材推出型材：由棒材推出型材：管材：固定針擠壓管材：固定針擠壓管材：隨動(dòng)針擠壓管材：隨動(dòng)針擠壓管材：反向擠壓管材：反向擠壓分流模擠壓分流模擠壓擠壓經(jīng)驗(yàn)公式：擠壓經(jīng)驗(yàn)公式：七、擠壓工藝1、錠坯尺寸的選擇w

13、 選擇原則：w 質(zhì)量、變形量、擠制品尺寸、設(shè)備能力機(jī)、模）、間隙w 普通10，棒型材：D0=d 1/2w 管材：D0=(d2-d12)+d121/2w L0=Kt(Lz+LQ)/ +hyw 一般長度變化較少，規(guī)格化鑄錠產(chǎn)品。2、溫度和速度的選擇VT匹配關(guān)系合金狀態(tài)圖：T=(0.850.9)T固塑性圖：壓縮率max、斷面收縮率max第二類再結(jié)晶圖：T-v-d具體考慮：合金種類高溫易氧化粘結(jié)）、熱效應(yīng)、合金相、擠壓機(jī)形式等溫度-速度優(yōu)化3、擠壓潤滑w 流動(dòng)均勻、提高質(zhì)量、降低擠壓力、延長工模具使用壽命w 不利：鑄錠氧化物等易進(jìn)入制品。w 擠壓墊片不能潤滑。w 選擇潤滑劑原則：w 黏度，形成潤滑膜；w 化學(xué)穩(wěn)定性、無腐蝕作用；w 閃點(diǎn)高；w 對(duì)接觸表面高活性；w 灰分少；w 無污染。（1擠壓鋁合金用的澗滑