14681d9,主编,第九章 型 材 挤 压,第九章 型 材 挤 压,第一节 型材挤压方法概述 第二节 型材挤压力的计算 第三节 铝型材常用合金及生产工艺过程 第四节 型材挤压工艺 第五节 型材挤压模具的分类、 第六节 型材挤压模具的设计 第七节 型材挤压模具材料,第一节 型材挤压方法概述,一、实心型材挤压 二、空心型材挤压 三、变断面实心型材挤压,一、实心型材挤压,图9-1 实心型材正向挤压,一、实心型材挤压,图9-2 实心型材反向挤压,二、空心型材挤压,1.挤压针管材挤压法 可对空心或实心锭坯进行挤压，当采用实心锭坯时，在挤压之前要先进行穿孔。 2.组合模焊合挤压 挤压时采用实心锭坯，组合针和模子是一个整体或者装配成一个刚性结构。,1.挤压针管材挤压法,图9-3 无缝管材正向挤压 a)实芯锭坯先穿孔的挤压 b)空心锭坯挤压 1一挤压杆 2挤压垫 3挤压筒 4挤压模 5挤压制品 6锭坯 7挤压针,2.组合模焊合挤压,图9-4 组合模焊合挤压 a)坯料开始填充挤压 b)挤压过程 1挤压杆 2挤压筒 3挤压垫 4坯料 5模套 6模子 7组合针 8挤压制品,三、变断面实心型材挤压,1.用几套可拆卸的挤压模分步挤压基本型材部分和大部分的方法 用单独的挤压模挤压型材各个断面，每个挤压阶段结束以后，更换模子(图9-5)。 2.采用异形挤压筒的挤压方法 挤压断面形状简单且长度不大的型材大头部分时，可在挤压筒内孔的横断面形状与型材大头部分的横断面形状相同的挤压筒内进行挤压(图9-6)。 3.逐渐变断面实心型材挤压 逐渐变断面实心型材主要采用带活动件的模子的挤压方法来挤压。,1.用几套可拆卸的挤压模分步挤压基本型材部分和大部分的方法,图9-5 用三个可拆卸模挤压阶段变断面型材的示意图 a)挤压基本型材部分 b)挤压过渡区 c)挤压大头部分 1挤压杆 2挤压筒 3挤压垫片 4坯料 5、7、8模子 6模具支承,2.采用异形挤压筒的挤压方法,图9-6 用异形挤压筒挤压阶段变断面型材的示意图 1挤压筒内套 2坯料 3模子 4模具支承,3.逐渐变断面实心型材挤压,图9-7 挤压逐渐变断面型材的示意图 1挤压筒 2导环 3模子的固定件 4模子的活动件,第二节 型材挤压力的计算,一、别尔林挤压力计算公式 二、古布金公式 三、经验系数公式,一、别尔林挤压力计算公式,1.挤压方式为正挤压。 2.为挤压系数，iln；ij=ln，当挤压同样断面的m根圆棒时，ij=lnm；A1为制品断面积(mm2)；型材平均壁厚(mm)，=(t1+t2+tn)/n。 3. D0、D1为挤压筒内径和制品的外径；d1为制品内径(mm)；L0为锭坯长度(mm)；a0、b0分别为扁锭的宽和厚度(mm)；t0、t1分别为穿孔后锭坯和管子的壁厚(mm)；为挤压模半锥角，平模正挤压时，60，平模反挤压，取80；0为瓶式针过渡锥面半锥角。,一、别尔林挤压力计算公式,4. hs为压缩变形区高度，即模子与挤压筒接触处铸锭死区的高度(mm)，当60时，hs=1/2(D0-D1)(0.58ctg)；当60时，hs0；Ag、hg分别为工作带区接触面积(mm2)和高度(mm)。 5. zh、St、Sg分别为压缩变形区、锭坯与挤压筒接触层、工作带区的变形抗力(MPa)；fzh、ft、fg分别为压缩变形区、锭坯与挤压筒接触区、工作带区的接触摩擦因数。,一、别尔林挤压力计算公式,一、别尔林挤压力计算公式,表9-1 别尔林挤压力计算的各组成部分,一、别尔林挤压力计算公式,表9-1 别尔林挤压力计算的各组成部分,二、古布金公式,三、经验系数公式,第三节 铝型材常用合金及生产工艺过程,一、铝合金型材常用合金及其特性 二、铝合金型材的生产工艺流程,一、铝合金型材常用合金及其特性,表9-2 挤压型材常用铝合金的牌号及其性能、用途,一、铝合金型材常用合金及其特性,表9-2 挤压型材常用铝合金的牌号及其性能、用途,一、铝合金型材常用合金及其特性,表9-2 挤压型材常用铝合金的牌号及其性能、用途,二、铝合金型材的生产工艺流程,挤压是铝合金型材成形加工中的主要工序，其他工序及其连续性取决于型材的供应状态，而供应状态又首先取决于用户所提出的要求。 热挤压状态下供应的型材，在挤压后进行以下工序：拉伸矫直；锯切夹头；在辊式矫直机上矫直和压平其纵向和横向的几何形状；切取试样；做力学性能试验和切成定尺。,第四节 型材挤压工艺,一、挤压工艺参数的确定 二、挤压比 三、挤压时的润滑 四、锭坯尺寸选择,一、挤压工艺参数的确定,(一)挤压过程中的温度变化 (二)挤压时的温度条件 (三)挤压时的速度条件,(一)挤压过程中的温度变化,挤压变形使坯料具有优越的三向压应力状态，但由于变形不均匀性导致金属沿锭坯断面的流速差，会发生大的纵向拉应力，甚至引起制品产生周期性表面裂纹。为了保持挤压制品的整体性，挤压塑性变形区的温度必须与金属塑性最好的温度范围相匹配。,(二)挤压时的温度条件,1) 分析合金的塑性图与状态图，了解合金最佳塑性温度范围和相变情况，避免在多相和相变温度下变形。 2) 挤压过程温度条件的特点、影响温度条件变化的因素和调节方法以及温升情况。 3) 尽可能地降低变形抗力以减小挤压力和作用在工具上的载荷。 4) 保证最大的金属流出速度。 5) 保持温度不超过该合金的临界温度，以免塑性降低产生裂纹。 6) 保证挤压时金属不粘结工具，恶化制品表面质量。,(二)挤压时的温度条件,7) 保证挤压制品的温度分布均匀、尺寸精度高、组织均匀和力学性能最佳。,(三)挤压时的速度条件,图9-10 挤压速度极限图,(三)挤压时的速度条件,表9-3 常用铝合金的温度速度规程,二、挤压比,1.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。 2.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1012。 3.设备能力限制 根据挤压力与挤压比的对数(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)和金属坯料在挤压温度下所承受的挤压应力大小，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。,三、挤压时的润滑,1.润滑的作用 挤压加工一次变形量很大，金属与模具接触面上的单位正压力极高(相当于金属变形抗力的310倍，甚至更高)。 2.常用的润滑剂 在高温高压的热挤压条件下，要求润滑剂具有足够的粘度与活性，具有较高的闪点和较少的灰分，以保证良好的表面润滑状态。,1.润滑的作用,挤压加工一次变形量很大，金属与模具接触面上的单位正压力极高(相当于金属变形抗力的310倍，甚至更高)。,2.常用的润滑剂,1) 对铝及铝合金，多采用在粘性物油中添加各种固态填料的悬浮状润滑剂、应用最广的是润滑剂为70%80%的72号汽油加20%30%的石墨，挤压时，油的燃烧物和石墨所构成的润滑油膜具有足够的强度。 2) 大多数铜及铜合金管棒材的挤压，可采用L-AN68(40号机油)与20%30%鳞片状石墨调制成的润滑剂；当挤制青铜与白铜时，可将鳞片状石墨份量加至20%40%。 3) 挤压高温高强合金如铜镍合金、镍、钛及钢时，石墨润滑剂有可能使钢材表面增碳，二硫化钼润滑剂中的硫有可能使蒙乃尔合金产生晶间裂纹，都难以满足制品质量要求，所以，目前大多采用玻璃润滑剂。,2.常用的润滑剂,4) 挤压钨、钼、钽、铌、铪、钛及其合金时，大多使用玻璃润滑剂。,四、锭坯尺寸选择,(一) 锭坯直径计算 (二) 锭坯长度计算,(一) 锭坯直径计算,(1)按间隙值计算 (2)按热膨胀计算 (3)按填充系数计算 (4) 按挤压筒直径选择 锭坯直径可直接由挤压筒直径确定，因此应首先正确确定挤压筒直径。,(1)按间隙值计算,(1)按间隙值计算,表9-4 挤压筒与锭坯的间隙选择,(2)按热膨胀计算,(2)按热膨胀计算,表9-5 金属材料的线膨胀系数(1K),(3)按填充系数计算,(4) 按挤压筒直径选择,锭坯直径可直接由挤压筒直径确定，因此应首先正确确定挤压筒直径。,(二) 锭坯长度计算,第五节 型材挤压模具的分类,一、型材挤压模具的分类 二、型材挤压模具的组装方式 三、型材挤压设备,一、型材挤压模具的分类,(1)按模孔轴向断面形状 可分为平模、锥形模、平锥模、流线形模和双锥模等，见图9-11。 (2)按被挤压的产品品种 可分为棒材模、普通实心型材模、壁板模、变断面型材模和管材模、普通管材模、空心型材模等。 (3)按模孔数目 可分为单孔模和多孔模。 (4)按挤压方法和工艺特点 可分为热挤压模、冷挤压模、静液挤压模、反挤压模、连续挤压模、水冷模、宽展模、卧式挤压机用模和立式挤压机用模等。 (5)按模具结构 可分为整体模、分瓣模、可卸模、活动模、舌型组合模、平面分流组合模、嵌合模、叉架模、前置模、保护模等。,一、型材挤压模具的分类,(6)按模具外形结构 可分为带倒锥体的锥形模、带凸台的圆柱形模、带正锥体的锥形模、带倒锥体的锥形-中间压环锥形模、带倒锥的圆柱-锥形模、加强式模具等，见图9-12。,(1)按模孔轴向断面形状,图9-11 挤压模的模孔压缩区断面形状 a)锥形摸 b)平模 c)平锥模 d)流线型模 e)双锥模,(6)按模具外形结构,图9-12 挤压模的外形结构 a)带倒锥体的锥形模 b)带凸台的圆柱形模 c)带正锥体的锥形模 d)带倒锥-中间压环锥形模 e)带倒锥的圆柱-锥形模 f)外形加强模,二、型材挤压模具的组装方式,图9-13 压型嘴与模支承用锁链,二、型材挤压模具的组装方式,图9-14 利用中间锥形压环将模具,二、型材挤压模具的组装方式,图9-15 挤压模具组装图 a)装配在带倒锥体的模支承内 b)装配在圆柱形的横支承内 c)装配在带正锥体的模支承内,二、型材挤压模具的组装方式,图9-16 挤压机上不带压型嘴的模具组装方式 1模子 2模垫 3压环 4模支承,二、型材挤压模具的组装方式,图9-17 模具在模架中的组装方式,二、型材挤压模具的组装方式,图9-18 桥式模具装配示意图,三、型材挤压设备,(一)型材挤压机的分类 (二)典型的型材挤压机,(一)型材挤压机的分类,1.单动挤压机与双动挤压机 单动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。 2.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。 3.卧式挤压机与立式挤压机 卧式挤压机的操作、监测和维修均较方便，使用较普遍。,(一)型材挤压机的分类,图9-19 JDL型棒材挤压液压机 1前梁 2剪切缸 3挤压筒支座 4张力柱 5主活动横粱 6后梁 7油箱 8支架 9主柱塞 10主液压缸 11机座 12供锭器 13挤压筒 14滑动模架,(二)典型的型材挤压机,1)可以进行PC全自动控制，能实现主机和机后搬运设备或其他外围设备的自动控制，且可靠程度高。 2)机架采用张力柱结构形式，机座刚性好，导向定位精度高。 3)改挤压模架为双工位移动模架，故调模换模方便。 4)设有挤压主运动周期故障巡检盘和安全显示器监控，可实现安全生产运转。 5)挤压筒滑动模架采用“X”型导向，保证了它与挤压机动梁之间的较高的同轴精度。 6)动力系统采用定变量液压泵组合，调速精度高，低速运动稳定性能好。,(二)典型的型材挤压机,7)设置了锭坯送给、挤压垫片调节、残余材料自动处理运输系统等外围辅助设备后，可以节省劳动力，减轻劳动强度。,(二)典型的型材挤压机,图9-20 JSL管材挤压液压机 1前梁 2剪切缸 3滑动模架 4张力柱 5挤压筒支座 6挤压杆 7主活动横梁 8后梁 9油箱 10主液压缸 11支架 12主柱塞 13穿孔柱塞 14副液压缸 15穿孔针 16穿孔活动横梁 17机座 18供锭器 19挤压筒,第