挤压

第一节引言第二节管棒型材挤压加工第三节管棒型材拉拔第四节管材轧制第三章有色金属管棒型材加工第一节引言棒材：断面为实心圆形的条材。型材(非圆断面的条材)：简单型材：方形、矩形、六角形。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管材(中空的断面长条)：外径：大管、小管、毛细管(0.3~3mm)壁厚：厚壁管(5~50mm)、薄壁管(0.1~5mm)长度：根(10m左右)、盘(几百米)1.1产品品种1.2成形方法1.2.1棒材和型材的成形方法（1）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。（2）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。（3）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（1）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。（2）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。（3）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。1.2成形方法（4）实心锭—分流挤压—拉伸法：（有缝管）（5）空心锭—行星轧制—拉伸法（奥特昆普，Outkumpp）：（无缝管）（6）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。1.2.2管材的成形方法1.2成形方法20世纪80年代芬兰奥特昆普（Outokumpu）公司研制开发了一种新型紫铜盘管开坯工艺：水平连铸－行星轧管法（Casting&Rolling法，即连铸空心坯料和行星轧管，简称C&R法）。第一节引言第二节管棒型材挤压加工第三节管棒型材拉拔第四节管材轧制第三章有色金属管棒型材加工第二节管棒型材挤压加工§2.1挤压的基本知识§2.2挤压时金属的变形规律§2.3挤压力§2.4挤压制品组织与性能控制§2.5挤压设备与工模具§2.6挤压工艺2.1.1挤压的概念2.1.2挤压的基本方法及特点2.1.3挤压工艺特点2.1.4挤压技术的应用2.1.5挤压技术发展进步§2.1挤压的基本知识挤压杆挤压垫挤压筒挤压模挤压模垫挤压锭挤压制品2.1.1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。2.1.2挤压的基本方法及特点•挤压的方法可按照不同的特征进行分类，有几十种（见表2-1）。•最常见的有6种方法：正向挤压、反向挤压、侧向挤压、连续挤压、玻璃润滑挤压和静液挤压（见图2-2）。•最基本的方法仍然是正向挤压（简称正挤压）和反向挤压（简称反挤压）。表2-1挤压方法分类表钛及钛合金棒材的挤压参数表2-1续挤压方法分类•图2-2工业上常用的挤压方法正向挤压、反向挤压、侧向挤压、连续挤压、玻璃润滑挤压和静液挤压挤压时，金属的流出方向与挤压杆的运行方向相同的挤压方法称为正向挤压。正向挤压又可分实心材挤压、空心材挤压、脱皮挤压以及其他挤压。2.1.2挤压的基本方法及特点2.1.2.1正向挤压（1）普通挤压（普通正向挤压）挤压时，挤压筒一端被模及模座封死，挤压杆在主柱塞力的作用下由另一端向前挤压，迫使挤压筒内的金属流出模孔。特点：•挤压过程中挤压筒与金属坯料间的摩擦力大，消耗能量多；•金属变形不均匀；•压余多，一般可达10%~15%；•挤压时更换模具简单、迅速，所需的辅助时间少；•制品的表面质量好。2.1.2挤压的基本方法及特点2.1.2.1正向挤压图普通正向挤压1—挤压筒；2—挤压垫片；3—挤压杆；4—坯料；5—挤压模；6—制品（2）脱皮挤压概念：在挤压过程中，把锭坯表层金属被挤压垫切离而滞留在挤压筒内的挤压方法，称之为脱皮挤压。条件：当挤压垫比挤压筒的内径小2~4mm，在挤压过程中即可实现脱皮。挤压结束后，压入外径略大于挤压筒内径的垫片（清理垫），将残留在挤压筒内的坯料表皮清理干净，脱皮厚度一般为2~3mm。黄铜棒材挤压多采用脱皮挤压。脱皮挤压的特点：•制品表面光洁；•压余减少，比普通挤压的残料损失减少10%左右；•变形均匀；•增加了清理锭皮工序，利用清理垫片，一次冲程清理。2.1.2挤压的基本方法及特点2.1.2.1正向挤压图铜合金脱皮挤压示意图a-挤压；b-清除脱皮•无压余挤压是挤压后期不留压余，使锭坯的金属全部由模孔流出成材的挤压方法，也称为无残余挤压。•无压余挤压的过程与常规挤压基本相同，不同的是锭坯可以连续装入挤压筒，一般采用润滑挤压和具有凹形曲面的挤压垫，如图所示。•无压余挤压适合于铝及铝合金材的挤压，但锭坯表面质量要求比较高。（3）无压余挤压2.1.2.1正向挤压2.1.2挤压的基本方法及特点图无压余挤压法1-上一个坯料；2-退出挤压垫；3-装入新的坯料；4-挤压后两坯料的结合面2.1.2.1正向挤压2.1.2挤压的基本方法及特点变断面型材可分两类：阶段变断面型材和逐渐变断面型材。阶段变断面型材挤压有双位楔挤压法与可拆卸模挤压法。双位楔法如图所示：首先挤压型材前端细的部分；当挤压成形后，松开双位楔，再挤压型材后端粗的部分。从挤压型材前端过渡到挤压后端的停机时间应最短。（4）变断面型材挤压2.1.2.1正向挤压2.1.2挤压的基本方法及特点图变断面型材“双位楔”挤压法1—挤压杆；2—挤压垫片；3—大模具；4—锁键；5—挤压制品小截面部分；6—小模具；7—挤压筒；8—挤压制品大截面部分2.1.2.1正向挤压2.1.2挤压的基本方法及特点可拆卸模挤压变断面型材：可拆卸模由3~4块组成，将此模装在模支承移至挤压筒进行挤压，挤压一定长度后，将锁升起移开模支承。与此同时，模子同模支承与型材脱开，然后换上挤压型材大断面部分的可拆卸模，并将模支承再移至挤压筒进行挤压，挤压结束后分离压余。图变断面型材可拆卸模挤压法1—可拆卸模；2—支承环；3—模支承2.1.2.1正向挤压2.1.2挤压的基本方法及特点（4）变断面型材挤压逐渐变断面型材挤压分为移动模挤压法和锥形穿孔针挤压法。移动模挤压法：即在挤压过程中活动模块借助仿型尺的作用，而改变其位置上升或下降，使型材的断面形状或尺寸也随着不断的变化，如图所示。锥形穿孔针挤压法：是采用带锥度的异型穿孔针挤压，模孔由固定不动的模子与活动的穿孔针所组成，随着挤压的进行，由于穿孔针截面变化使得型材截面不断变化，如图所示。2.1.2.1正向挤压2.1.2挤压的基本方法及特点图仿形尺挤压逐渐变断面型材1—挤压筒；2—导环；3—挤压模的固定件；4—挤压模的活动件；5—仿形尺2.1.2.1正向挤压2.1.2挤压的基本方法及特点图带锥度异形针挤压逐渐变断面型材或管材1—针支承；2—挤压轴；3—导径接头；4—挤压垫片；5—穿孔针；6—挤压筒；7—挤压模；8—模支撑2.1.2.1正向挤压2.1.2挤压的基本方法及特点（5）空心材正挤压穿孔针法挤压按照穿孔针与挤压杆是否固定分为以下两类：带独立穿孔装置的挤压法不带独立穿孔装置的挤压法穿孔针由穿孔缸直接驱动，挤压过程可分三个阶段：带独立穿孔装置的挤压法•挤压筒内锭坯镦粗，锭坯充满挤压筒，然后穿孔；•穿孔后穿孔针停在模孔内，与模孔形成环形状态，然后进行挤压；•压余与模具分离。2.1.2.1正向挤压2.1.2挤压的基本方法及特点图独立穿孔装置的挤压法图1—模；2—模座；3—挤压筒，4—穿孔针；5—实心料头2.1.2.1正向挤压2.1.2挤压的基本方法及特点如图所示，穿孔针固定在挤压杆上，挤压时穿孔针随挤压杆一起活动，挤压机较简单。不带独立穿孔装置的挤压法此法采用空心锭坯，适用于小厂挤压铝及其铝合金，不适用铜材挤压，铜锭坯挤压前加热时，其内表面氧化损失增加，也增加了穿孔针的磨损，并可能使管材产生缺陷。（5）空心材正挤压2.1.2.1正向挤压2.1.2挤压的基本方法及特点穿孔针法一般用来挤压单孔管材和简单异型空心型材。图不带独立穿孔装置的挤压法1—随动穿孔针；2—制品；3—锭坯2.1.2挤压的基本方法及特点2.1.2.1正向挤压•概念：挤压时锭坯在挤压力作用下，将金属分成两股或几股流入焊合室，在焊合室内强大压力作用下，重新焊合在一起，然后进入模孔与芯棒构成的间隙而形成空心制品。•焊合挤压的特点：①制品尺寸精确；②变形较均匀；③可生产复杂断面的空心材；④在制品上有焊缝。•应用：适用于具有良好焊合性能的铝、镁、铅、锌及其合金。焊合挤压法穿孔针法一般用来挤压单孔管材和简单异型空心型材，用于挤压形状复杂的单孔或多孔管材常用舌形模、叉架模和平面分流组合模焊合挤压的方法，如图所示。（5）空心材正挤压2.1.2挤压的基本方法及特点2.1.2.1正向挤压图焊合挤压1—挤压筒；2—挤压垫；3—挤压模；4—锭坯；5—管材2.1.2挤压的基本方法及特点2.1.2.1正向挤压挤压时，金属制品的流出方向与挤压杆的运行方向相反的挤压方法称为反向挤压。反向挤压的特点：•在挤压过程中锭坯表面与挤压筒内壁之间无相对运动，不存在摩擦；•变形比较均匀；•挤压力比正向挤压可降低30%~40%，成品率及生产率高。•主要缺点是制品表面质量不如正向挤压。反向挤压又可分为实心材反向挤压与空心材反向挤压。2.1.2.2反向挤压2.1.2挤压的基本方法及特点•反向挤压时，空心挤压杆及位于其端部的模子进入不动的挤压筒中，制品则流入可动的挤压杆空腔中，如图(a)所示。•反向挤压亦可采取可动的挤压筒与不动的空心挤压杆而实现反向挤压，如图(b)所示。•实际生产中，反向挤压多半采取后一种形式，因为采用可动的挤压杆将使挤压机结构复杂化。图10.11实心材反向挤压示意图1—挤压杆；2—挤压模；3—挤压筒（1）实心材反向挤压2.1.2挤压的基本方法及特点2.1.2.2反向挤压空心材反向挤压可有两种方法：①一种是采用空心锭坯与不动的芯棒进行反向挤压，即在挤压时，压力加于可动的挤压筒上，金属则由芯棒与安装在不动的挤压杆端部的模子所形成的环形孔中流出而成管材，如图(a)所示。②还有一种是采用实心锭坯与可动的挤压杆进行反向挤压，即在挤压时，金属由挤压垫片与挤压筒构成的间隙挤出，形成大型管材，如图(b)所示。（2）空心材反向挤压2.1.2挤压的基本方法及特点2.1.2.2反向挤压图10.11空心材反向挤压示意图1—挤压杆；2—挤压筒；3—封闭板；4—模（垫片）；5—锭坯；6—穿孔棒；7—管材；8—模支承2.1.2挤压的基本方法及特点2.1.2.2反向挤压图正反联合挤压2.1.2.3其他特种挤压方法（1）正反联合挤压•概念：挤压筒中的金属在挤压杆作用下沿挤压杆运动方向及其反方向被同时挤出，这种挤压方法称为正反联合挤压法。•技术特点：挤压时单位压力峰值明显下降，因而在冷挤压工艺尤其是在薄壁和形状复杂的零件生产中运用较多。2.1.2挤压的基本方法及特点概念：制品流出方向与挤压杆运行方向相垂直的挤压方法称侧向挤压，又称横向挤压。（图示侧向挤压生产复合导线）侧向挤压的特点是：•挤压模与锭坯轴线成90°角，金属流动的形式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。应用：侧向挤压在电缆包铅套和铝套上应用最广泛；机械行业主要制造带凸肩的齿轮坯以及十字轴类零件。（2）侧向挤压2.1.2挤压的基本方法及特点2.1.2.3其他特种挤压方法图侧向挤压（生产复合导线）了解：侧向挤压制备细晶材料2.1.2挤压的基本方法及特点2.1.2.3其他特种挤压方法等径侧向挤压是实现材料纯剪切变形的有效方法，通过循环挤压可实现塑性大变形的S型等径侧向挤压被应用于制备细晶材料。利用刚塑性有限元法分