金属塑性加工——挤压篇思考题

1、挤压篇思考题1.正挤压棒材时，金属流动的过程分为那三阶段？答：A.开始挤压阶段（填充挤压阶段）B.基本挤压阶段（平流/稳定挤压阶段）C.终了挤压阶段（紊流挤压阶段）2.稳定挤压阶段，变形区内的应力及变形状态如何？答：变形区内的金属一般处于三向压缩状态，应变为两压一拉，轴向为拉伸，径向、周向为压缩。径向：边部大，中心小。轴向：从垫片方向向模孔方向逐渐减小，出口处l=0。径向：边部大，中心小。3.简述正挤压圆棒时，其基本挤压阶段的金属流动规律。答：金属流动不均匀：a.外摩擦很大，锭坯外层温度低，中心流动快，边部流动慢。 b.加热不透，内部流动快，外层慢（内生外热）。4.简述死区的形成原因，作用及影

2、响因素。答： 1)从能量的观点：金属沿adc曲面流动所消耗的能量小于沿工具表面abc折面或ac平面滑动时所消耗的能量。2)从流动的观点：金属沿adc曲面流动以逐渐改变方向较以abc折面要容易的多。 作用：阻流金属表面的杂质及缺陷的能力，防止流入制品表面，提高质量。影响因素:1)变形抗力：A.模角，死区。 B.摩擦状态：f，死区。C.挤压比，金属流动锥角，死区。2)挤压温度Tj：Tj，f，死区。冷挤压，润滑挤压，死区越小。 E.挤压速度Vj：Vj，流动金属对死区的冲刷越厉害，死区。3)金属的强度特性：T，强度，死区。 G.模孔位置：离挤压筒壁近的，死区。5.说明挤压时产生的中心缩尾，环形和皮下缩

3、尾的形成和防治措施。答： (1)形成：中心缩尾：外层金属向中心流动（中空漏斗形）；环形缩尾：向中心流动，又未到轴线；皮下缩尾：剧烈滑移区金属和死区金属之间断裂。 (2)防止措施：A. 提高坯料质量：a.提高坯料表面的光洁度。 b.挤压筒锭坯加热温度均匀。 B. 选用适当工艺条件：a.提高模子和挤压筒的表面光洁度。 b.减小金属和挤压筒模子的温差。 c.降低挤压过程末期的挤压速度。 d.尽可能采用大的挤压比。 e.严禁在挤压垫片上抹油。C.选择好的挤压方法，来控制挤压缩尾。6.简述挤压时影响金属流动的因素有哪些，如何影响？答：1.挤压方法的影响a.从挤压的力学方向看： Rs(实现塑性变形所需力)

4、 T (摩擦力)，比较Rs与T的大小变化分4类：Rs高，T不高，金属流动最均匀（带润滑正挤压硬铝合金）。 Rs高，T也高，金属流动较不均匀（不带润滑正挤压硬铝合金）。 Rs不高，T不高，金属流动较均匀（带润滑正挤压软铝合金）。Rs不高，T高，金属流动最不均匀（不带润滑正挤压软铝合金）。 b.从挤压方法看：反挤压比正挤压均匀。 润滑挤压比非润滑挤压均匀。冷挤压、润滑剂比热挤压流动均匀。 穿孔针挤压管材比棒材挤压均匀。2.金属强度的影响：强度高的比强度低的均匀。强度高，热效应大；强度高，外摩擦对流动影响小。同种金属，低温时流动比高温均匀。3.温度的影响：a.变形抗力：温度，s，不均匀现象。 b.摩

5、擦系数：温度，f，不均匀现象。c.锭坯断面温度分布不均匀：工具冷却作用。锭坯加热不均匀。 d.金属的导热性：温度，导热性。e.合金相变：HPb59-1黄铜的 Tm=720，T720C，单相，f=0.15，流动比较均匀；T720C，（+）相，f=0.24，流动不均匀。4.挤压工具的影响 a.挤压模：模孔形状：，不均匀现象（=90°最不均匀）。 模孔排列：多孔非轴对称时，增加金属流动性。b.挤压筒：挤压宽厚比大的制品不宜采用圆形内孔挤压筒，否则不仅金属流动不均匀，挤压力也很大。c.挤压垫片：凹形挤压垫可以稍许增加金属的流动均匀性。 5.变形程度的影响：变形程度在60%左右时，制品内外层机

6、械性能差别最大； 当变形程度逐渐增大到90%时，内外层性能趋于一致。6.挤压速度影响：Vj，温度效应，不均匀性，制品裂纹。7. 挤压力的影响因素有哪些？答：影响挤压力的因素主要有：金属变形抗力，变形程度，挤压速度，锭坯与模具接触面的摩擦条件，挤压模角，制品断面形状，锭坯长度，以及挤压方法等。 A挤压力大小与金属变形抗力成正比关系。B随着变形程度的增加，挤压力成正比例升高。C制品断面形状：断面系数C1=型材断面周长/等断面积圆周长，当C11.5时，影响明显。D锭坯长度：锭坯越长，挤压力越大。E挤压模角：，挤压力；一般在当在45°-60°范围时挤压力最小。F挤压模具a.模角：同

7、上。b.模孔的分布：孔数，Tg，P。 c.工作带的长度：Lg，Tg，P。 d.模子表面状态：光洁度，P。 G挤压速度：a.快速挤压： 前期：V， P；后期：V越大，温差越大，挤压力下降。 b.低速挤压： 前期：V，P； 后期：冷却，P。 H挤压方法：在其他相同条件下有P反=（70%-80%）P正。8.皮尔林挤压公式有何特点，推倒的规律及思路。答：皮尔林挤压公式：P=Rs+Tt+Tzh+Tg=Do(Lo-hs)ftSt+2iFofzh/2sin+1/cos2(/2) Szh+(D1hg)Sg特点：A.在结构上由四部分组成的：为了实现塑性变形作用在挤压垫上的力Rs，为了克服挤压筒壁上的摩擦力作用在

8、挤压垫上的力Tt，为了克服塑性变形区压缩锥面上的摩擦力作用在挤压垫上的Tzh，以及为了克服挤压模工作带壁上的摩擦力作用在挤压垫上的力TgB忽略了以下三种力：作用在制品上的反压力（+）和牵引力（-）Q，克服因挤压速度变化所引起的惯性力I，以及挤压末期克服挤压垫上的摩擦力Td。C三条假设： a.主应力球面假设b.平面均化假设。c.接触表面上的摩擦力遵循库仑摩擦定理。D公式中含有多个未知参数，需按实际挤压情况来确定。9.穿孔挤压的特点及穿孔过程中各阶段的变形特点。答：特点：分流组合模；焊接性能好；穿孔针分为实心锭和空心锭。A. 开始穿孔阶段：金属的反向流动，Pch。 B穿孔第二阶段：剧烈穿孔阶段，

9、Pch，逐渐达到最大值。C穿孔终了阶段：穿孔变形转为切断未穿透料头的剪切变形。10.挤压管材用穿孔压力时，穿孔力由哪两部分组成？在穿孔过程中穿孔力终值出现的位置与哪些因素有关？答：穿孔力由穿孔针端面上的压力P和穿孔针侧面上的摩擦力T组成。影响因素：A.穿孔针的大小。 B.料筒的大小。C.挤压材料的本身。11.设计穿孔针时，应进行哪些方面的校核？答：A.需校核穿孔针的抗拉强度, 前拽力:Py=d1L0zy=4d1L0z/d12=4l0b/d1bB.需校核穿孔针的抗弯强度稳定性计算:PchPl/n，Pl为临界穿孔力，n为安全系数，n=1.5-3；Pl=(/ulc)2EI（u系数，u=2，lc穿孔有

10、效长度）；12.试描述挤压制品的组织不均匀性，说明其成因。答：挤压制品组织的特点是在其断面上与长度上分布都很不均匀。总是沿制品长度上前端晶粒粗大后端细小，沿断面径向上中心晶粒粗大外层细小。成因：主要是由于变形不均匀引起的。另一因素是挤压温度和速度的变化。速度小时，停留时间长，前端温度高，晶粒再结晶变大，后端冷却，再结晶不完全，呈纤维状组织。13.什么是粗晶环？影响因素有哪些？如何防止？答：某些铝合金挤压的棒材和低碳钢热镦压块，在淬火加热过程中出现制品周边上的粗晶区称为粗晶环。影响因素：a.合金元素。Mn、Cr、Ti、Zr；含Mn 0.56%的合金 500时出现粗晶环；含Mn 1.38%的合金5

11、60才出现出现粗晶环。b.挤压温度。双相区易形成粗晶环。c.铸锭均匀化。温度470-510；不含Mn的铝合金，铸锭均匀化对粗晶环影响不大；LY12不进行均匀化处理。 d.淬火加热时间和温度：加热温度，保温时间，粗晶环。 e.区域应力（不均匀分布的残余应力）。区域应力，粗晶环。防止措施：a.适当提高挤压温度。b.采用润滑挤压。c.采用反挤压。d.改变淬火制度，快速淬火加热，且温度不宜过高。 e.合金元素的控制，Fe、S，Mn。14.层状组织有何特征？是如何形成的？答：层状组织也叫片状组织，其特征是折断后的制品断口呈现出与木质相似的形貌。分层的断口凹凸不平并带有裂纹，各层分界面近似平行于轴线。继续

12、压力加工或热处理均无法消除这种层状组织。它对制品纵向力学性能影响不大而使横向机械性能有所降低。形成原因：主要归因于铸造组织不均匀，如存在大量的气泡、缩孔，或是晶界上分布有未溶入固溶体的第二相质点或杂质。其次，由于挤压时，在强烈的两压一拉的主变形状态下，铸造组织内所存在的这些缺陷在周向上压薄、轴向上延伸，而呈层状。15.什么是挤压效应现象？它的机理是什么？影响因素有哪些？答：某些工业用铝合金经过同一热处理淬火与时效后，发现挤压制品纵向上的抗拉强度要比其他压力加工（轧制，拉伸或锻造）制品的高，而延伸率较低的现象称为挤压效应现象。 机理：A.变形与织构（晶粒拉长）。B.合金元素（热处理后仍保留着变形

13、织构而未再结晶，形成亚组织强化效应。）。 影响因素：A.合金成分，含Mn、Cr、Ti、Zr等合金元素有挤压效应。B.挤压温度。LY12： Mn 0.2-0.8%，温度，b、0.2。Mn%= 0.8%-1.5%，温度对性能基本无影响。 C.变形程度。LY12： Mn%<0.1%，增大变形程度，挤压效应降低，b、0.2。Mn=0.36%-1.0%， Mn%，b、0.2。 D.二次挤压：削弱一次挤压的挤压效应。 E.热处理工艺。16. 挤压制品的表面裂纹和中心裂纹是如何形成的？如何防止？答：（1）形成：裂纹产生的过程，是一种能量聚集与释放的过程，随着金属流向出口，轴向主应力下降，轴向附加拉应力

14、增加。而金属内部的附加应力和基本应力叠加后，工作拉应力逐渐增加，能量逐渐积累。一旦应力值达到金属在该温度下的抗拉强度时，则产生裂纹。在挤压时，如果锭坯外层金属流速低于中心的金属流速，则有可能出现表面裂纹，反之有可能出现中心裂纹。(基)+(附加)=（工作）b，表面裂纹出现，表面拉应力。金属里生外熟，内部出现拉应力，出现中心裂纹。表面裂纹的产生是由于摩擦力，中心裂纹的产生是由于温度。 (2)防止措施：A.增加变形区基本压应力值。B.制作与执行合理的温度、速度规律。C.采用挤压新技术。如水冷压、等静压、梯温加热。17.制定工艺流程应从哪些方面考虑？答： A. 生产方案的要求。B. 金属及合金的性质要求。C. 产品的质量