挤压成型工艺基本介绍

5挤压成型工艺5.1挤压概述定义：所谓挤压，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。优点：：〔1〕具有最强烈的三向压应力状态；〔2〕生产范围广，产品规格、品种多；〔3〕生产灵活性大，适合小批量生产；〔4〕产品尺寸精度高，外表质量好；〔5〕设备投资少，厂房面积小；〔6〕易实现自动化生产。缺点：〔1〕几何废料损失大；〔2〕金属流动不均匀；〔3〕挤压速度低，辅助时间长；〔4〕工具损耗大，本钱高。适用范围：〔1〕品种规格繁多，批量小；〔2〕复杂断面，超薄、超厚、超不对〕复杂断面，超薄、超厚、超不对称;〔3〕低塑性、脆性材料。5.2挤压的根本方法及特点挤压的方法可按照不同的特征进行分类，有几十种。最常见的有6种方法：正向挤压、反向挤压、侧向挤压、连续挤压、玻璃润滑挤压和静液挤压。最根本的方法仍然是正向挤压〔简称正挤压〕和反向挤压〔简称反挤压〕。如下所示为挤压的分类a.正向挤压b.方向挤压c.侧向挤压d.连续挤压e.玻璃润滑挤压f.静液挤压正向挤压：定义：金属的流动方向与挤压杆〔挤压轴〕的运动方向相同的挤压生产方法。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：定义：金属的流动方向与挤压杆〔或模子轴〕的相对运动方向相反的挤压生产方法。特征：变形金属与挤压筒壁之间无相对运动，二者之间无外摩擦。特点：挤压力小；金属变形流动均匀；挤压速度快。但制品外表较正挤压差；外接圆尺寸较小；设备造价较高；辅助时间较长。5.3热挤压、冷挤压、温挤压5.4挤压设备、挤压模具及设计5.4.1挤压设备按传动类型分液压和机械传动两大类。〔1〕机械传动挤压机又分为统机械传动挤压机和现代机械传动挤压机。传统机械传动挤压机以前曾用于挤压钢材和冷挤压方面，现在已不采用。钢材和冷挤压方面，现在已不采用。目前以CONFORM挤压机为代表的新一代机械传动挤压机得到了广泛应用。〔2〕液压传动挤压机是当前应用最广泛的挤压设备。又分为水压机和油压机，目前应用最广泛的是油压机，但大吨位设备仍以水压机为主。5.5挤压模设计挤压模可按模孔压缩区的断面形状、挤压产品的品种、模孔的数目、挤压方法及工艺特点、模具结构等不同形式进行分类。归纳起来可分为四大类：整体模模子是由一块钢材加工制造成。广泛用于挤压普通型材、棒材、管材。整体模按模孔压缩区的断面形状可分为7种：平模、锥模、平锥模、双锥模、流线模、平流线模、碗形模，各模如下列图所示。最常用的是平模和锥模。平模：挤压铝合金型材、棒材，镍合金，铜合金管、棒材。锥模：挤压铝合金管材，高温合金钨、钼、锆等。拆卸模由数块拼装组成一整体模子，用于生产阶段变断面型材〔见下列图〕。模子是由大头和小头两局部构成。而这两局部又分别由多块组装而成。组合模生产内径较小的管材，各种形状的空心型材。舌形模：所需的挤压力较小，焊合室中延伸系数大，主要用于挤压硬合金空心型材。但挤压残料较多。平面分流模：多用于挤压变形抗力低、焊合性能好的软合金空心型材。残料较少。型材模设计挤压型材的断面是非常复杂的，有各式各样。其特点是：绝大多数断面是不对称的；型材断面与锭坯断面不相似；型材断面各部位壁厚差大；多数带有各种形状的空心。其结果造成金属流动不均匀，出现各种缺陷，易造成模具的早期失效及损坏。模具设计中要解决的两个主要问题：金属流速不均；模具强度。1—调整金属流速的主要措施〔1〕合理布置模孔a、具有两个以上对称轴的型材，型材、具有两个以上对称轴的型材，型材的重心布置在模子中心。b、具有一个对称轴，且断面壁厚差较、具有一个对称轴，且断面壁厚差较大的型材，型材重心相对模子中心偏移一定距离，且将金属不易流动的壁薄部位靠近模子中心c、壁厚差不太大，但断面较复杂的型、壁厚差不太大，但断面较复杂的型材，将型材外接圆的圆心，布置在模子中心。d、对于断面尺寸较小，或轴对称性很差、对于断面尺寸较小，或轴对称性很差的型材，可以采用多孔模排列如下所示为不对称型材的单孔模排列。〔2〕确定合理的工作带长度型材断面壁厚不同，可采用不等长工作带。即：型材断面壁厚处的工作带长度大于壁薄处。也就是说比周长小的局部工作带长度大于比周长大的局部。〔3〕设计阻碍角或促流角阻碍角—在型材壁厚处的模孔入口处做一个小斜面，以增加金属的流动阻力，该斜面与模子轴线的夹角叫阻碍角，如图5-27所示。阻碍角一般取3°~12°，最大不超过15。促流角—在型材壁较薄、金属不易流动的模孔入口端面处做一个促流斜面，该斜面与模子平面间的夹角叫促流角，促流角一般取3°~10°。〔4〕采用平衡模孔挤压某些对称性很差的型材〔如异形偏心管〕，而模子上只能布置一个型材模孔时，为了平衡金属流速，采用平衡模孔方式。〔5〕设计附加筋条挤压宽厚比很大的壁板型材时，如果对称性很差，可采用附加筋条或工艺余量的方式平衡金属流速。〔6〕设计导流模或导流腔在型材模的前面，增加一个导流模或直接在型材模孔入口端加工一导流腔，迫使金属流向流动阻力大的模孔入口处。5.6挤压工模具材料的选择目前，在挤压铝合金时，最常用的工模具材料有钼钢和钨钢两大类。钼钢：导热性较好，对热裂纹不太敏感，韧性较好。典型代表5CrNiMo和4Cr5MoSiV1钢。钨钢：具有较好的耐高温性能，但韧性较低。典型代表3Cr2W8V钢。挤压工具材料的合理选择〔1〕根据被挤压金属的性能选择最适宜、最经济的工模具材料。我国通常选用5CrNiMo、5CrNiW、5CrMnMo、3Cr2W8V、4Cr5MoSiV1等作为根本工具材料。其中4Cr5MoSiV1作为挤压铝合金的模具材料，3Cr2W8V作为挤压铜合金的模具材料。〔2〕根据产品品种、形状和规格选择适宜的工模具材料。挤压圆棒和圆管时，可选用中等强度的5CrNiMo、5CrMnMo、5CrNiW钢；挤压复杂形状的空心型材和薄壁管材时，选用高强度的3Cr2W8V、4Cr5MoSiV1钢；对于形状极其复杂的空心型材及宽厚比大于50的壁板型材，那么要选用更高级的材料，如日本的AF31钢。〔3〕根据挤压方法、工艺条件与设备结构选择工模具材料。冷挤压时的挤压速度快，受冲击作用大，模具要有高的强度和良好的韧性，如选用3Cr2W8V、硬质合金材料。静液挤压时模具处于高压液体包围之中，呈预应力状态，同时挤压力较小。穿孔挤压时的针尖应选用良好的抗激冷激热的材料。无润滑挤压时模具的耐磨性、外表硬度、可氮化性能应比润滑挤压时好。〔4〕根据挤压工模具的结构形状和尺寸选择模具材料。挤压管、棒、普通实心型材的平面模，一般可用5CrNiMo或4Cr5MoSiV1钢。形状复杂的特殊型材模、舌型模、平面分流模等，用4Cr5MoSiV1、3Cr2W8V或更高级的材料。一般情况下，5CrNiW、5CrNiMo、5CrMnSiMoV等制造挤压筒。但制造小型挤压筒、高比压挤压筒、扁挤压筒时，内套选用3Cr2W8V或4Cr5MoSiV1，中套选用5CrNiMo，外套可选用45号锻钢。组合式挤压杆、针支承等，其工作局部采用3Cr2W8V或4Cr5MoSiV1钢，基座局部采用5CrNiMo。另外，还要根据工模具的尺寸大小选择材料。对于承受重载荷的小尺寸工模具选用3Cr2W8V、4