挤压基本原理

冷挤压是在一定温度下，根据塑性变形原理，利用装在压力机上的模具，通过凸模对放进凹模内金属毛坯施加压力，使坯料在一定的速度下产生塑性变形而制得所需形状、尺寸及一定力学性能的零件的塑性加工方法。如右图1－1。第一章挤压基本原理图1-1冷挤压示意图第一章挤压基本原理§1－1挤压的变形过程

一、挤压变形四阶段

无论零件形状如何，挤压时金属流动可分以下四阶段：充满型腔阶段

施加压力后，金属径向流动而充满模具型腔开始挤压阶段

凹模入口处的金属开始进入模孔，变形区域

迅速扩大。稳定挤压阶段

毛坯高度降低，变形区高度稳定不变挤压完毕阶段

顶出制件二、实心件正挤压的变形过程

毛坯自由放入凹模型腔内,整个挤压变形过程如图1－2第一章挤压基本原理图1-2正挤压变形过程（a）充满模腔（b）挤压开始（c）挤压过程（d）挤压终了1-凸模2-毛坯3-凹模初始状态，毛坯与模壁间隙0.05－0.10mm施加压力后，金属径向流动而充满型腔凹模入口处的金属开始进入模孔，变形区域逐渐扩大，开始挤压毛坯高度S降低，变形区高度稳定不变，进入稳定阶段毛坯高度S不小于变形区高度，挤压完毕第一章挤压基本原理三、杯形件反挤压变形过程第一章挤压基本原理§1－2挤压变形时的应力与应变

一、研究金属应力应变的方法

研究金属变形和应力的方法很多，目前应用的方法有坐标网法、模拟实验法、硬度实验法、光塑性法和密栅云纹法。1．坐标网法：

坐标网法是一种应用广泛的方法。如图1-6所示，先把毛坯剖成两半，其中一块刻有坐标网，另一块表面光滑、平整；再把两剖切面涂上润滑剂并拼合后放入凹模挤压；最后依网格的变化情况分析应力应变。第一章挤压基本原理2．模拟试验法：

它是用塑料体进行模拟试验来研究金属的流动情况。试样分别以不同的颜色分层制成。挤压后将试样沿对称而切开，由分层的位置变化来观察变形的情况。如图1－7。由于塑料体进行挤压的结果与金属挤压时的流动情况不可能完全相同，因此这种方法仅能用作模拟试验。图1-7塑料体挤压流动第一章挤压基本原理图1-8用硬度试验法a)反挤压b)正挤实心件c)正挤空心件4．光塑性法：目前研究塑性变形体内应力分布情况的主要方法是光学分析法。它利用偏振光（或称偏极光）透过各向同性的变形试样以产生各种彩色的线条，借以观察试样内应力的分布情况。

3．硬度试验法：在冷变形时，金属的硬度是随变形程度的增加而增加的，所以只要知道变形各部分硬度的变化，就可以大体上了解变形的数值以及变形不均匀分布的情况。图1一8所示。

第一章挤压基本原理1、正挤压实心件的金属流动

1）变形不均匀D图1-10正挤压实心件时坐标网的变化A-未变形区B-剧烈变形区C-已变形区D-弹性区（死角区）ABC二、网格试验：2）挤出端部变形不大3）横向坐标线间距逐渐增加第一章挤压基本原理6）存在死区

挤压过程中金属很难变形或停留不动的区域，称为死区。

摩擦力越大、凹模锥角越大则死区越大。2、正挤压空心件的金属流动

金属毛坯在挤压时受凸模作用的挤压力、凹模作用的正压力和凸、凹模壁阻止金属流动的摩擦力。金属毛坯受三向压应力（径向、切向和轴向压应力）。如图1－11。4）纵向坐标线发生扭曲5）正方形网格变成了平行四边形网格第一章挤压基本原理a)挤压前b)挤压后图1-11正挤压空心件时金属的流动变形较均匀

因受凸模或芯棒摩擦力的影响，金属流动比正挤实心件均匀一些。在凹模锥口附近很小高度范围内，金属剧烈变形，未、已变形区仅作刚性平移，几乎无或不再塑变。3、反挤压杯形件时的金属流动

用实心毛坯反挤杯形件时，各阶段的流动情况，如图1—12所示。第一章挤压基本原理1.初始态2.稳定态Ⅰ－死区：紧贴凸模端面，呈倒锥形，这是因摩擦力而粘滞了金属而形成的。

Ⅱ－剧烈变形区：稳定变形后，该区仅限于轴向范围约（0.1－0.2）d1之内。

Ⅲ－刚性平移区：金属流动至形成杯壁后，不再变形。内外壁变形不均：内壁变形程度较大。3.终了态

当未变形区厚度小于（0.1－0.2）d1时，进入非稳定变形态。第一章挤压基本原理4、复合挤压时金属的流动

复合挤压是正挤和反挤的组合；复合挤压时存在向不同出口挤出的流动分界面，即分流面。1.双杯类挤压件

如图1－13a所示，为上下对称的双杯零件，挤压时金属均匀的向上和向下流动，分流面在中间对称面上。2.杯－杆类挤压件

如图1－13b所示，上部金属流动情况与杆件反挤相似；下部与实心件正挤相似。第一章挤压基本原理三、挤压变形时的应力与应变a)正挤b)反挤图1—9挤压变形时金属的应力与应变“三向压应力”状态利于提高材料的塑性且使晶粒细小、组织致密。第一章挤压基本原理四、影响挤压金属流动的因素

挤压时，影响金属流动的主要因素有金属材料性质、变形条件、变形速度与变形温度。

1.金属材料的影响（内因）金属成分的差异、金属组织结构不同，都将影响金属的塑性变形和变形抗力：不同成分、不同种类的金属力学性能不同，塑性和强度不同；不同成分、不同组织结构的金属与模具材料的摩擦系数不同；合金元素的存在，可导致晶粒的细化、晶格扭曲、固容体的形成，影响塑性变形。2.变形条件的影响

1）摩擦力的的影响：摩擦力对金属流动有显著的影响。如图1－14。第一章挤压基本原理摩擦系数很小，变形区集中在凹模出口附近，金属流动比较均匀，死角区也比较小（如图1－14a）。摩擦系数较大，变形区可以扩大到整个体积，金属流动不均匀，外层金属滞后于中心层金属，死角区的高度增加（图1－14b）摩擦系数很大，金属的流动很不一致，坐标网格有强烈的扭曲，死角区的高度显著增加（图1－14c）。

另外：外摩擦的作用，使工件产生残余应力，降低工件质量；增加变形阻力和能耗；增加模具负载，缩短模具寿命。总体说，摩擦力对挤压不利，应保证毛坯与模具之间充分且均匀的润滑但局部而言是有利的：反挤细长杯形件时，在凸模端面刻出“十”字槽，以防凸模失稳。第一章挤压基本原理2）模具形状的影响

模具形状决定变形区的形式和大小；正挤压时，凹模入模角的大小直接影响金属流动的均匀性。如图:入模角一般采用30°，60°，90°，120°，150°。

180°润滑不好：缩孔第一章挤压基本原理3）变形程度的影响：许用极限4）毛坯尺寸的影响：“毛坯高径比”

设毛坯高度为h0，直径为d0当1<h0／d0<1.5时，变形不均匀程度随h0的增加而增加；当h0／d0＞1.5时，变形不均匀程度不再增高。

“形状相似性”

－毛坯横断面的形状越接近凹模孔的形状，则变形越均匀。当其它条件相同时，变形程度增加，变形的不均匀性也增加。第一章挤压基本原理3.变形速度的影响：（设备的工作部分的运动速度）“双面性”------临界速度一般来讲，变形速度增加，金属变形抗力增加，塑性降低，变形不均匀程度增加；当变形速度很高，热效应显著，毛坯温度升高，抗力降低，塑性增加，变形不均匀程度减少。第一章挤压基本原理一般而言，温度升高，金属塑性提高。原因有三：原子动能增加，吸引力降低，位错易于滑动；变形金属发生回复与再结晶，即软化退火。金属结构发生变化，可能转变成单相组织，或变为有利的晶格。Ⅰ区：原子热震动极小，晶界脆化；Ⅱ区（蓝脆）：氧化物以沉淀形式存在于晶界，类似时效强化；Ⅲ区（热脆）：晶界出现低熔点共晶体（熔点910℃）；Ⅳ区（高温）：过烧，晶界融化。ⅠⅢⅣδT/℃3009501250－200Ⅱ

但是，低碳钢有三个脆区：4.变形温度的影响

第一章挤压基本原理5.应力状态的影响：主应力中，压应力数越多，数值越大，则塑性越好；反之，塑性越差。

“三向压应力状态”能提高塑性的原因：减少晶间变形，从而防止晶间变形引起的晶界破坏；减少或弥合内部缺陷（缩孔、缩松、气孔）降低夹杂物引起的危害（应力集中引起的致裂）减少或抵消附加拉应力，避免翘曲或开裂。增加三向压应力，提高塑性的措施：加反压进行挤压、包套挤压脆性金属和增加脆性金属挤压变形程度等第一章挤压基本原理§1－3挤压变形后金属的组织和性能一、组织变化变形前变形后经挤压，晶粒由等轴状被沿挤压方向拉长，形成纤维组织。变形后，缩孔、缩松被压合，使材料的组织结构更加致密。第一章挤压基本原理二、性能变化1.机械性能变化显著

组织决定性能，组织的变化必然引起机械性能的改变：强硬度提高；塑韧性下降；2.出现“各向异性”

沿纤维方向，材料的强硬度明显较高；垂直方向，塑韧性较好。第一章挤压基本原理返回

当入模角为180°时，变形区及变形的不均匀程度都将达到最大。甚至出现“涡流”，产生缩孔裂纹。

挤压件常见的缺陷有哪些？

）作业：