挤压与拉拔复习题(大校)

1、概念题：1、 拉拔：在外力作用下，迫使金属坯料通过模孔，以获得相应形状、尺寸的制品的塑性加工方法。2、 挤压：就是对放在容器（挤压筒）内的金属锭坯从一端施加外力，强迫其从特定的模孔中流出，获得所需要的断面形状和尺寸的制品的一种塑性成型方法。3、挤压缩尾：挤压快要结束时，由于金属的径向流动及环流，锭坯表面的氧化物、润滑剂及污物、气泡、偏析榴、裂纹等缺陷进入制品内部，具有一定规律的破坏制品组织连续性、致密性的缺陷。4、死区：在基本挤压阶段，位于挤压筒与模子端面交界处的金属，基本上不发生塑性变形，故称为死区。5、粗晶环：许多合金（特别是铝合金）热挤压制品，经热处理后，经常会形成异常大的晶粒，这种粗大

2、晶粒在制品中的分布通常是不均匀的,多数情况下呈环状分布在制品断面的周边上，故称为粗晶环。6、残余应力：由于变形不均，在拉拔结束、外力去除后残留在制品中的应力。7、粗化：许多合金（特别是铝合金）热挤压制品，经热处理后，经常会形成异常大的晶粒，比临界变形后热处理所形成的再结晶晶粒大得多，晶粒的这种异常长大过程称为粗化。8、带滑动多模连续拉拔配模的必要条件：当第n道次以后的总延伸系数nk大于收线盘与第n个绞盘圆周线速度之比 kn，才能保证成品模磨损后不等式un> vn仍然成立，保证拉拔过程的正常进行。9、带滑动多模连续拉拔配模的充分条件：任一道次的延伸系数应大于相邻两个绞盘的速比。10、挤压效

3、应：某些高合金化、并含有过渡族元素的铝合金（如2A11、2A12、6A02、2A14、7A04等）挤压制品，经过同一热处理（淬火与时效）后，其纵向上的抗拉强度比其他加工（轧制、拉拔、锻造）制品的高，而伸长率较低，这种现象称为挤压效应。简述题：1、影响管材空拉时的壁厚变化的因素有那些？各是如何影响的？2、挤压缩尾有那几种形式，其产生原因各是什么？3、锥形拉拔模孔由那几部分构成，各部分的主要作用是什么？4、对于存在着偏心的管坯，通过安排适当道次的空拉就可以使其偏心得到纠正。请问：（1）空拉为什么能够纠正管材的偏心？（2）采用固定短芯棒拉拔时，在一定程度上也能够纠正管材的偏心，这是为什么？5、挤压效

4、应产生的主要原因是什么？影响挤压效应的因素有那些方面？6、挤压机的主要工具有哪些，各自的主要作用是什么？7、什么是残余应力？画图说明圆棒材拉拔制品中残余应力的分布及产生原因。8、简述在挤压过程中，影响挤压力的主要因素？9、在挤压过程中，试详细阐述影响金属流动的因素？10、产生粗晶环的主要原因是什么？粗晶环对制品力学性能有何影响？1、 正、反向挤压时的主要特征是什么？正向挤压：特征：变形金属与挤压筒壁之间有相对运动，二者之间有很大的滑动摩擦。引起挤压力增大；使金属变形流动不均匀，导致组织性能不均匀；限制了挤压速度提高；加速工模具的磨损。反向挤压：特征：变形金属与挤压筒壁之间无相对运动，二者之间无

5、外摩擦。2、 什么是死区？死区的产生原因是什么？死区概念：在基本挤压阶段，位于挤压筒与模子端面交界处的金属，基本上不发生塑性变形，故称为死区。死区产生原因：a、强烈的三向压应力状态，金属不容易达到屈服条件；b、受工具冷却，s增大；c、摩擦阻力大。3、挤压缩尾的形式及产生原因，减少挤压缩尾的措施。三种：中心缩尾、环形缩尾、皮下缩尾（1）中心缩尾：终了挤压阶段后期，筒内剩余的锭坯高度较小，整个挤压筒内的剩余金属处于紊流状态，且随着锭坯高度的不断减小，金属径向流动速度不断增加，以用来补充锭坯中心部位金属的短缺，于是锭坯后端表面的氧化物、油污等易集聚到锭坯的中心部位，进入制品内部；而且随着挤压的进一步

6、进行，径向流动的金属无法满足中心部位的短缺，于是在制品中心部位出现了漏斗状的空缺，即中心缩尾。（2）环形缩尾：挤压过程中，锭坯表面层带有氧化物、偏析物、各种表面缺陷及污物的金属，由于受到挤压筒壁的摩擦作用，其流动滞后于皮下金属，被随后到来的挤压垫向前推进而堆积在挤压垫与挤压筒的角落部位。随着挤压过程进行，堆积在这个角落部位中带有各种缺陷和污物的金属会越来越多。到了挤压过程末期，当中间部位金属供应不足，边部金属开始发生径向流动时，这部分金属将沿着挤压垫前端的后端难变形区的边界流入制品中，形成环形状的缩尾。（3）皮下缩尾：终了挤压阶段，当死区与塑性流动区界面因剧烈滑移使金属受到很大剪切变形而断裂时

7、，表面层带有氧化物、偏析物、各种表面缺陷及污物的金属，会沿着断裂面流出，与此同时，由于挤压筒内剩余锭坯的长度很小，死区金属也逐渐流出模孔包覆在制品的表面上，形成皮下缩尾或外成层。如果死区金属流出较少，不能完全将这些带有各种缺陷和污物的金属包覆住，则形成起皮。减少挤压缩尾的措施（1）对锭坯表面进行机械加工车皮。（2）采用热剥皮挤压。（3）采用脱皮挤压，（4）进行不完全挤压留压余。（5）保持挤压垫工作面的清洁，减少锭坯尾部径向流动的可能性。4、挤压机的分类？什么是单动式挤压机、复动式挤压机？各自的主要用途是什么？按传动类型:分液压和机械传动两大类按总体结构形式:分为卧式和立式挤压机两大类按其用途和

8、结构:分为型棒挤压机和管棒挤压机，或者称为单动式挤压机和复动式挤压机单动式挤压机：无独立穿孔系统。适合用实心锭挤压型材、棒材，用组合模挤压空心型材。使用随动针和空心锭也可以挤压无缝管材。双动式挤压机：具有独立穿孔系统。适合于用空心锭或实心锭挤压无缝管材。采用实心锭也可以挤压型、棒材。5、挤压机的主要工具有哪些，各自的主要作用是什么？1) 主要挤压工具:§ 挤压模用于生产所需要的形状、尺寸的制品。§ 穿孔针（芯棒）对实心锭进行穿孔或用空心锭生产管材。§ 挤压垫防止高温金属与挤压杆直接接触，并防止金属倒流。§ 挤压杆用于传递主柱塞压力。§ 挤压筒用

9、于容纳高温锭坯。2) 辅助工具: 模垫、模支承、模座（压型嘴、模子滑架）、挡环（支承环）、针支承、针接手、导路等。6、模孔工作带的作用是什么？确定工作带长度的原则是什么？作用：稳定制品尺寸和保证制品表面质量。工作带长度的确定原则：最小长度应按照挤压时能保证制品断面尺寸的稳定性和工作带的耐磨性来确定，一般最短1.53mm。最大长度应按照挤压时金属与工作带的最大有效接触长度来确定。铝合金一般最长不超过1520mm。7、 挤压过程中，影响金属流动的因素有哪些？（1）接触摩擦及润滑的影响：1）摩擦越大，不均匀流动越大；2）润滑可减少摩擦，减少金属流动不均，并可以防止工具粘金属。（2）锭坯与工具温度的影

10、响：1）锭坯本身温度：温度高，强度低，流动不均。 2）锭坯断面上的温度分布：加热的不均匀性;工具的冷却作用；导热性的影响。（3）相变的影响：温度改变能使某些合金产生相变，金属处于不同的相组织会产生不同的流动情况。（4）摩擦条件变化：a、温度不同，摩擦系数不同；产生不同的氧化表面，其摩擦系数也不同。b、温度不同，可能产生不同相态组织。c、在高温、高压下极容易发生金属与工具的粘结。（5）锭坯与工具的温度差：锭坯与工具的温差越大，变形的不均匀性越大。(6)金属性质的影响变形抗力高的金属比抗力低的流动均匀；合金比纯金属流动均匀。(7)工具形状的影响1）模角：模角大，死区大，金属流动不均匀，挤压力大，制

11、品表面质量较好。2）形状相似性：挤压筒与制品形状相似，金属流动均匀。（8）变形程度的影响变形程度大，不均匀流动增加，但当变形程度增加到一定程度时，由于变形从表面深入到内部，反而会使不均匀流动减小。8、 在挤压过程中，影响挤压力的主要因素有哪些？（1）金属的变形抗力 挤压力大小与金属的变形抗力成正比。 （2）锭坯状态 锭坯组织性能均匀，挤压力较小。（3）锭坯的规格及长度 锭坯的规格对挤压力的影响是通过摩擦力产生作用的。锭坯的直径越粗，挤压力就越大；穿孔针直径越粗，挤压力也越大；锭坯越长，挤压力也越大。 （4）变形程度（或挤压比）挤压力大小与变形程度成正比，即随着变形程度增大，挤压力成正比升高。（

12、5）变形温度随着变形温度的升高，金属的变形抗力下降，挤压力降低 。（6）变形速度如果无温度、外摩擦条件的变化，挤压力与挤压速度之间成线性关系。 （7）外摩擦条件的影响（8）模角随着模角增大，金属进入变形区压缩锥所产生的附加弯曲变形增大，所需要消耗的金属变形功增大；但模角增大又会使变形区压缩锥缩短，降低了挤压模锥面上的摩擦阻力，二者叠加的结果必然会出现一挤压力最小值。这时的模角称为最佳模角。（9）挤压方式的影响反向挤压比同等条件下正向挤压在突破阶段所需要的挤压力低30% 40%。 9、型材模设计时，减少金属流动不均匀的主要措施有哪些？（1）合理布置模孔（2）确定合理的工作带长度（3）设计阻碍角或

13、促流角（4）采用平衡模孔（5）设计附加筋条（6）设计导流模或导流腔10、 对于以下几种情况，可酌情对模孔工作带长度进行必要的增减： a、交接圆边有凹弧R(R>1.5mm)者，工作带可增加1mm。 b、螺孔处工作带可增加1mm。 c、交接圆边有凸弧R(R>1.5mm)者，工作带可减短1mm。 d、壁厚相同的各端部可减短1mm11、挤压制品组织不均匀的特点是什么？产生的主要原因是什么？§ 表现特征 横向上：外层晶粒细小，中心层粗大。 纵向上：前端晶粒粗大，尾端细小，在最前端仍保留有铸态组织轮廓。§ 产生原因 A 变形不均匀 （1）在横断面上，变形程度是由中心向边部逐

14、渐增加的。从而导致了外层金属的晶粒破碎程度比中心层剧烈。 （2）在纵向上，变形程度是由头部向尾部逐渐增加的。使得尾端晶粒比前端细小。B 挤压温度和速度的变化 主要是针对锭温与筒温相差比较大的金属而言的。 例如，对挤压速度慢的锡磷青铜，开始挤压时，金属在高温下变形，出模孔后的组织为再结晶组织；而后段挤压时，由于受工具的冷却作用，变形温度较低，金属出模孔后再结晶不完全；且挤压后期金属流速加快，更不利于再结晶。故尾部晶粒细小。 C 相变的影响 主要是对于温度变化可能会产生相变的合金而言的。12、产生粗晶环的主要原因是什么？粗晶环对制品力学性能有何影响？§ 粗晶环的形成机制 如前所述，挤压制

15、品外层金属、尾部金属的晶粒破碎和晶格歪扭程度分别比内部和前端严重。晶粒破碎严重部分的金属，处于能量较高的热力学不稳定状态，降低了该部位的再结晶温度。在随后的热处理过程中易较早发生再结晶，当其他部位刚开始发生或还没有发生再结晶时，该部位发生了晶粒长大。 § 粗晶环对制品性能的影响(1)粗晶区的纵向强度(b、0.2)比细晶区的低。（2）粗晶区的疲劳强度低；（3）淬火时易沿晶界产生应力裂纹；(4）锻造时易产生表面裂纹；（5）粗、细晶区冲击韧性值差别不大；（6）粗晶区的缺口敏感性比细晶区的小。13、挤压制品的表面裂纹产生原因：裂纹的产生是由于制品表面层的附加拉应力超过了表面金属的强度所造成。

16、减少裂纹的主要措施： （1）适当降低挤压温度； （2）控制合适的挤压速度； （3）合理设计、加工模具，精心修模； （4）对锭坯进行均匀化退火处理； （5）采用等温挤压、锭坯梯温加热等挤压新技术、新工艺。14、拉伸系数、断面减缩率、延伸率概念。拉拔时的主要变形指标： 断面减缩率：=（1-F1/F0）×100% 延伸率：=（L1/L0-1）×100% 拉伸系数：=L1/L0=F0/F1 15、试解释圆棒材拉拔时变形区内的应力分布规律。（1）应力沿轴向分布 l 入 l 出 r入r出 入 出 原因：稳定拉拔过程中，变形区内任一横断面向模孔出口方向移动时，面积逐渐减小，而此断面与变形

17、区入口端球面间的变形体积不断增大。为实现塑性变形，通过此断面作用在变形体的l必须逐渐增大。（2）应力沿径向分布 r 外r 内 外 内 l 外 l 内 原因：在变形区，金属的每个环形的外面层上，作用着径向应力r 外 ，在内表面上作用着径向应力r 内，由于径向应力r总是力图减小其外表面，这就需要r 外大于r 内。距离中心层越远，表面积越大，所需要的力就越大。16、锥形拉拔模孔由哪几部分构成，各部分的主要作用？锥形模的模孔一般由四部分组成：润滑带、压缩带、定径带、出口带。各部分的主要作用：（1）润滑带作用：在拉拔时便于润滑剂带入模孔，保证制品得到充分润滑，减少摩擦；并带走产生的部分热量；防止划伤坯料

18、。（2）压缩带作用：金属产生塑性变形，获得所需要的形状、尺寸。（3）定径带作用：使制品进一步获得稳定、精确的尺寸与形状；防止模孔磨损而很快超差，延长其使用寿命。（4）出口带作用：防止制品出模孔时被划伤；防止定径带出口端因受力而引起剥落。17、什么是残余应力？画图说明圆棒材拉拔制品中残余应力的分布及产生原因。由于变形不均，在拉拔结束、外力去除后残留在制品中的应力残余应力（1）轴向残余应力外层拉、中心层压 在拉拔过程中，由于金属流动不均，棒材外层产生附加拉应力，中心层则出现与之平衡的附加压应力。拉拔结束后，由于弹性后效作用，制品长度缩短，而外层较中心层缩短得较大。但是，物体的整体性防碍了这种自由变

19、形，其结果在外层产生残余拉应力，中心层则出现残余压应力。 （2）径向残余应力外表面为0外，整个断面上受压，中心最大 在径向上，由于弹性后效的作用，棒材断面上所有的同心环形薄层，都欲增大其直径。在外表面这种弹性恢复不受限制，但由外向内所有环形薄层的弹性恢复均会受到其外层的阻碍，从而产生一残余压应力。中心层恢复的阻力最大。（3）周向残余应力外层拉、中心层压 由于棒材中心部分在轴向和径向上受到残余压应力作用，故此部分金属在周向上有涨大变形的趋势。但是，外层金属阻碍其自由涨大，从而在中心层产生周向残余压应力，外层则产生与之平衡的周向残余拉应力。 18、影响管材空拉时的壁厚变化的因素有那些？各是如何影响

20、的？（1）相对壁厚的影响对于外径D相同的管坯，增加壁厚S将使金属向中心流动的阻力增大，从而使管壁增厚量减小。 对于壁厚相同的管坯，增加外径，减小了“曲拱”效应，使金属向中心流动的阻力减小，使管坯空拉后壁厚增加的趋势加强。（2）减径量的影响 减径量越大，壁厚的变化也越大。在总减径量不变的情况下，多道次空拉的增壁量大于单道次的增壁量；多道次空拉的减壁量小于单道次的减壁量。（3）模角的影响 随着模角增大，拉拔应力发生变化，并且存在着一最小值，其相应的模角称为最佳模角。如果模角变化使拉拔应力 l增大，就会导致增壁过程中的增壁趋势减小；减壁过程中的减壁趋势增大。 （4）定径带长度h、摩擦系数f、拉拔速度v的影响 增大h、f、v，都会使拉拔应力l增大，导致增壁时的增壁趋势减小；减壁时的减壁趋势增大。（5）合金及状态的影响 合金及状态影响到变形抗力s、摩擦系数f、加工硬化速率等。通常， s大