第四讲 挤压力计算及设备选择主讲人主讲人:辛选荣辛选荣第一节 冷挤压力与行程的关系v挤压变形的三个阶段I阶段：正挤流至出口阶段：正挤流至出口 反挤流过工作反挤流过工作带带II阶段阶段(稳态稳态)：对正：对正挤摩擦面积减小，挤摩擦面积减小，压力减小；对反挤压力减小；对反挤压力基本不变。压力基本不变。III阶段阶段(非稳态非稳态)：正：正挤模具基本上是刚挤模具基本上是刚性接触，很危险；反性接触，很危险；反挤难变形区已参与挤难变形区已参与变形。变形。计算挤压力以计算挤压力以II阶阶段稳态为主。段稳态为主。第二节冷挤压力的概念 总变形力 P=A0 p p=P/A0作用在凸模上的单位压力 p=P/(A0-A1)作用在凹模上的单位压力 对正挤：p p 对反挤：p p 注意：压力计算中，有些计算的是p ，有些计算的是p。考试时有不少同学把这个问题弄错。第三节 影响冷挤压力的主要因素一一.材料性质对挤压力的影响材料性质对挤压力的影响 不同材料挤压力也会不同，例如钢、铜、不同材料挤压力也会不同，例如钢、铜、铝等。就钢而言影响因素有：铝等。就钢而言影响因素有： 含碳量含碳量 合金元素含量合金元素含量 晶粒度及形状影响不明显）晶粒度及形状影响不明显） 量化的评价方法： 1.影响系数法 对于鉻钢： 正挤时：Kc=0.8+C+0.12Cr 反挤时：Kc=0.875+1.25(C+0.12Cr)用法举例：对正挤：若用20号钢Kc=1则PKcP20 对反挤：若用10号钢 Kc=1则PKcP10 2. 当量含碳量法当量含碳量法 当量含碳量：当量含碳量： 把合金结把合金结构钢当作含碳构钢当作含碳 量为量为c1的碳钢的碳钢 来计算挤压力。来计算挤压力。对高合金钢不对高合金钢不 适用。适用。 另外，杂质Si、 S、P对挤压力的影响也很 大.Si的影响相当于同等含量C的1/3。S、P也会使挤压力升高。二.变形方式的影响 1.正挤和反挤 正挤压和反挤 压各有各的算法， 而复合挤压是两 者的结合。2. 同一种件的正挤工艺与反挤工艺挤压力也各不相同。3.采用浮动凹模挤压同一个件时正挤压力与反挤压力是基本一致的。 浮动凹模正挤，如图(a)、(b)； 浮动凹模反挤，如图(c)、(d)。三三.变形程度的影响变形程度的影响; F不同，不同，p不同。不同。 四四.模具参数的影响模具参数的影响1.正挤模具参数的影响正挤模具参数的影响:一般一般R大大, a小小,则则p小如图）：小如图）： 实心件正挤实心件正挤 F =75%，a最佳在最佳在5080之间，大约之间，大约62 空心件正挤 F =75% ，a最佳在5060之间，大约55当F 时，a最佳； F 时，a最佳 当a太小时,锥面太长会引起：a. 模具高; b. 过渡区金属浪费。实际生产中，a取90130, 对紫铜a甚至取170也可。2.反挤模具参数的影响反挤模具参数的影响 反挤凸模工作部分反挤凸模工作部分的变化主要有三种形的变化主要有三种形式：式： R的影响如右图）的影响如右图） R，p。但。但R大大到一定程度之后对压到一定程度之后对压力的影响不明显了，力的影响不明显了，所以所以R要适当。要适当。ab的影响如图）的影响如图） ab从从0, 911时时p 有显著有显著，自，自260下降到下降到248Kg/mm。 而而11以上，以上，ab 对压力的影响减弱。（曲线平坦了）对压力的影响减弱。（曲线平坦了） 凸模形状的影响凸模形状的影响(如图如图) 凸模形状有平底、锥底、球形三种。凸模形状有平底、锥底、球形三种。 .F70%时时,锥形模锥形模p最最小。小。五五.毛坯高度对挤压力影响毛坯高度对挤压力影响(ho/do) 对正挤：对正挤：ho/dop , 摩擦面摩擦面 对反挤：对反挤：ho/dop 以下两图以ho/do1为标准，将试验所得的一系列h/d所对应的压力p(h/d)，使用po(ho/do)除，可得到毛坯高度对压力的影响系数曲线。 Kh=p(h/d)/po(ho/do) Kh=p(h/d)/po(ho/do) 那么就有：p=Khpo 由图可知： h/d1时，Kh1，挤压力比标准压力大； h/d1时，Kh1， 挤压力比标准压力小。 例如：当h/d0.5时：正挤 Kh=0.83；反挤 Kh=0.95 六六.润滑条件对挤压力的影响润滑条件对挤压力的影响 润滑条件千变万化，但我们在计算润滑条件千变万化，但我们在计算挤压力时仅考虑磷化皂化处理，不可能挤压力时仅考虑磷化皂化处理，不可能考虑得太多太细，且磷化膜还有好有坏，考虑得太多太细，且磷化膜还有好有坏，有厚有薄。有厚有薄。七七.变形速度的影响变形速度的影响如图）如图） 当当F40%时时, 热热效应为主效应为主 , F p 原因：原因：vQ热效应热效应、Q摩擦热摩擦热强度强度、塑性塑性p挤挤 总结：以上分析了影响挤压力的七种主要影响因素。任何计算方法都应该考虑这些因素。考虑不到，误差就大。 第四节 单位挤压力的理论计算法一、主应力求解法一、主应力求解法1.正挤实心件正挤实心件2.反挤杯形件反挤杯形件 式中式中 真实应力真实应力d0凹模直径凹模直径 d1工作带直径工作带直径h1工作带高度工作带高度分析一下考虑了哪些影响因素 正挤中： 正挤；h0/d0；F；u；资料 反挤中： 反挤； ；F；u； 以上说明理论公式也不准确，考虑因素不够全面。二.滑移线法 实际应用意义不大， 书上也仅有例子，没有公式。三.上限法四四.变形功法变形功法 正挤压正挤压: 反挤压反挤压: 五五.有限元法有限元法 有限元法是利用计算机进行计算分析有限元法是利用计算机进行计算分析第五节 单位挤压力的经验公式计算法单位挤压力：p=Xnb 其中 n=aln(A0/A1)+b 对低碳钢 a=2.8 b=0.75 对有色金属 a=3.14 b=0.8 A0;A1毛坯挤压以后的截面积 X模具形状影响系数镦挤力：p=ykA1 y模具约束系数第六节 挤压力图算法一一.黑色金属挤压力图算法黑色金属挤压力图算法 1.图算法图算法I(DVE)德国工程师协会德国工程师协会 实心件正挤实心件正挤(如下图如下图) 特点特点:考虑了考虑了 a.材质；材质；b.光滑；光滑；c.正挤；正挤；d.F；e.h0/d0； f.； g.V.等全部七种因等全部七种因素，比较准确。素，比较准确。 DT1Ho/do=1.5a=90度度P=4600kndo=75d1=45A=64P=1050空心件正挤如下图）DT1Ho/do=0.5a=120度度P=2230A0=2060A1=647A=69P=1080 反挤杯形件如图）DT1Kh=0.95do=70P=4400do=70d1=58Ho/do=0.5A=68.7P=16602.图算法图算法IIICFG国际冷锻协会国际冷锻协会 正挤实心件如下图）正挤实心件如下图） 与图算法与图算法I相比：考虑了各种硬度钢相比：考虑了各种硬度钢材及退火条件，打一下硬度即可。对一材及退火条件，打一下硬度即可。对一般中低碳钢、低合金结构钢适用般中低碳钢、低合金结构钢适用;对于硬对于硬化快的高合金钢材料不适用化快的高合金钢材料不适用do=35d1=25HBS=140Ho/do=2a=120度度do=35P=1180A=48.9G=1.96P=1220反挤杯形件如下图） 特点同上。使用图表时应注意：计算出的单位压力是顶件器上的，而不是凸模上的。do=45d1=35A=60.5Ho/do=1HBS=140Kh=0.95do=45P=1180G=2.5P=14503.图算法图算法III国内试验数据）国内试验数据） 同德国工程师协会的图相比，我国同德国工程师协会的图相比，我国的钢材成份误差比较大，有些完全对不的钢材成份误差比较大，有些完全对不上上;而国际冷锻协会的图未把合金成分而国际冷锻协会的图未把合金成分对加工硬化的影响考虑进去。因而，国对加工硬化的影响考虑进去。因而，国内有一套不完全也不太准的计算办法。内有一套不完全也不太准的计算办法。 正挤压实心件(如下图)反挤压杯形件(如下图) 对不同含碳量的可以用下面的系数Kc： 正挤 Kc=0.8+C+0.12Cr 反挤 Kc=0.875+1.25(C+0.12Cr) 另外，对低合金钢，可用当量含碳量的概念，用当量含碳量来查表。其公式如下：二.有色金属冷挤压变形力的图算法： 1.正挤实心件如下图）CUA=65P=450A=652.正挤空心件如下图）CUA=65P=450A=653.反挤压件如下图）CUHo/So=0.2P=950A=65第七节 冷挤压设备选择v机械压力机和液压机The End