《材料成型工艺学 中》课件：挤压.ppt

材料成型工艺学（中）材料成型工艺学（中）主主 讲讲 李宝绵李宝绵东北大学东北大学 EPM重点实验室重点实验室 第一篇第一篇 挤压挤压一、概述一、概述1 简介简介 压力加工：借助外力使金属产生压力加工：借助外力使金属产生塑性变形塑性变形进而形成各种进而形成各种尺寸尺寸、、形状形状和和用途用途的零件和半成品不同于机加工）的零件和半成品不同于机加工） 工业中广泛使用的零件一般通过下列方法获得：工业中广泛使用的零件一般通过下列方法获得：铸造铸造，如轧机牌坊；，如轧机牌坊；铸造铸造————机加工机加工，如轧辊；，如轧辊；铸造铸造————压力加工压力加工，如钢轨；，如钢轨；铸造铸造————压力加工压力加工————机加工机加工，如螺栓等如螺栓等重要用途的零件一般均需通过压力加工重要用途的零件一般均需通过压力加工压力加工的主要方法有：压力加工的主要方法有： 轧制；轧制；挤压与拉拔挤压与拉拔；锻造与冲压（锻压）；锻造与冲压（锻压）主要产品有：主要产品有： 板、带、条、箔；轧制板、带、条、箔；轧制 管、棒、型、线管、棒、型、线；挤压与拉拔；挤压与拉拔 各种零件如车轴、饭盒、洗衣机筒等；锻造与冲压各种零件如车轴、饭盒、洗衣机筒等；锻造与冲压1）挤压与拉拔产品简介）挤压与拉拔产品简介 A 管材管材 按按截面形状截面形状分：圆管、型管如方、六角形管等；分：圆管、型管如方、六角形管等； 按按合金种类合金种类分：铝管、铜管、钢管等；分：铝管、铜管、钢管等； 按按生产方法生产方法分：挤制管、拉制管、焊管、铸管、无缝分：挤制管、拉制管、焊管、铸管、无缝管等；管等； 按按用途用途分：空调管、压力表管、波导管、锅炉管、输分：空调管、压力表管、波导管、锅炉管、输油管、冷凝管、天线管等；油管、冷凝管、天线管等； 按按性能性能分：分：M（退火态）、（退火态）、R（热态）、（热态）、Y（硬态）、（硬态）、Y2（半硬态）、（半硬态）、C（淬火态）、（淬火态）、CZ（淬火自然时效态）、（淬火自然时效态）、CS（淬火人工时效态）等；（淬火人工时效态）等； 此外此外：盘管、蚊香管等。

盘管、蚊香管等B 棒、线材棒、线材 棒材：棒材：D>6mm；分类与管材类似；大多是半成品，进；分类与管材类似；大多是半成品，进一步加工成各种零件，如弹簧，螺栓、螺母等；一步加工成各种零件，如弹簧，螺栓、螺母等； 线材：线材： D<6mm；多以盘状供货，广泛应用于仪器仪；多以盘状供货，广泛应用于仪器仪表、电子电力部门，如电线电缆等表、电子电力部门，如电线电缆等C 型材型材 非圆截面材，又称经济断面材（可提高材料的利用率）非圆截面材，又称经济断面材（可提高材料的利用率）；铝、钢型材较多；；铝、钢型材较多； 许多型材只能用压力加工法生产许多型材只能用压力加工法生产，如钢轨、变断面型，如钢轨、变断面型材等2）产品的生产方法）产品的生产方法产品的生产一般可分两步产品的生产一般可分两步; 坯料制取（开坯）坯料制取（开坯）：充分利用金属在高温时的塑性对：充分利用金属在高温时的塑性对其进行其进行大变形量大变形量加工，如热挤、热轧、热锻加工，如热挤、热轧、热锻 制品的获得制品的获得：进行目的在于控制形状、尺寸精度、提：进行目的在于控制形状、尺寸精度、提高综合性能的各种冷加工，如冷轧、拉拔、冲压高综合性能的各种冷加工，如冷轧、拉拔、冲压 目前研究：近终形成形技术、短流程生产技术目前研究：近终形成形技术、短流程生产技术A 管材管材管管材材无缝管无缝管有有缝缝管管挤压挤压斜轧穿孔斜轧穿孔铸造铸造轧轧制制带带弯形弯形焊接焊接拉拔拉拔轧管轧管拉拔拉拔成成品品 挤压挤压：生产灵活、产品质量好，适用于品种、规格多、：生产灵活、产品质量好，适用于品种、规格多、产量小（产量小（有色金属有色金属）的场合，但成本高、成品率低；）的场合，但成本高、成品率低； 斜轧穿孔斜轧穿孔：生产率、成品率高；成本低；但制品形状尺：生产率、成品率高；成本低；但制品形状尺寸精度差；尺寸规格受限制；多用于产量大的钢坯生产，寸精度差；尺寸规格受限制；多用于产量大的钢坯生产，有色金属厂基本没有；有色金属厂基本没有； 铸造铸造：产品的尺寸规格少、质量差、性能低；主要用于：产品的尺寸规格少、质量差、性能低；主要用于生产大尺寸、性能要求不高的产品，如下水管；生产大尺寸、性能要求不高的产品，如下水管； 加热加热 定心定心 穿孔穿孔 轧管轧管：道次变形量大，几何损失少，适于难变形合金，：道次变形量大，几何损失少，适于难变形合金，能缩短工艺流程，也是提供长管坯的主要方法（使盘管生能缩短工艺流程，也是提供长管坯的主要方法（使盘管生产得以实现），但形状、尺寸精度差；产得以实现），但形状、尺寸精度差； 拉拔拉拔：是获得精确尺寸、优质表面和性能的主要方法；：是获得精确尺寸、优质表面和性能的主要方法； 焊管焊管：效率高、成本低，但性能、质量差。

效率高、成本低，但性能、质量差先进工艺先进工艺：挤压：挤压 ———— 轧管轧管 ————（圆盘）拉拔（圆盘）拉拔 ———— 联合拉拔联合拉拔轧管示意图轧管示意图芯棒芯棒B 棒、型、线材棒、型、线材棒、型、线棒、型、线挤压挤压连铸连轧连铸连轧型轧型轧拉拔拉拔成品成品 挤压挤压：适用于多品种、多规格、复杂断面；：适用于多品种、多规格、复杂断面； 连铸连轧连铸连轧：生产率、成品率高、能耗低（利用余热直接：生产率、成品率高、能耗低（利用余热直接轧制）；但品种、规格单一；轧制）；但品种、规格单一； 型轧型轧：适于单一品种、大批量产品的生产适于单一品种、大批量产品的生产发展方向：发展方向： 中小棒材：挤压（轧制）圆盘坯料后联合拉拔出成品；中小棒材：挤压（轧制）圆盘坯料后联合拉拔出成品； 线材：连续、多模、高速方向发展线材：连续、多模、高速方向发展2 基本概念基本概念 挤压挤压：对放在容器（挤压筒）内的坯料一端施以压力，使：对放在容器（挤压筒）内的坯料一端施以压力，使之从特定的空隙（模孔）中流出而成型的塑性加工方法。

之从特定的空隙（模孔）中流出而成型的塑性加工方法欲完成挤压需有：欲完成挤压需有： 1）产生动力的装置：）产生动力的装置： 挤压机挤压机 2）传递动力、容纳坯）传递动力、容纳坯料、控制制品尺寸和形料、控制制品尺寸和形状的工具：状的工具：轴、筒、模、穿孔针、轴、筒、模、穿孔针、垫片、模座、锁键垫片、模座、锁键））））轴轴筒筒垫片垫片坯料坯料制品制品模模模座模座锁锁键键穿孔针穿孔针 过程过程：清理筒、装模、落锁键、送锭、放垫片、挤压、：清理筒、装模、落锁键、送锭、放垫片、挤压、抬锁键、切压余、冷却（润滑）工具、重复下一次抬锁键、切压余、冷却（润滑）工具、重复下一次1）正向挤压）正向挤压特点：特点：1）存在较大的外摩擦（高温、）存在较大的外摩擦（高温、高压），导致能耗大、变形高压），导致能耗大、变形不均匀（组织性能不均）不均匀（组织性能不均）,制制品表面质量好；品表面质量好；2））操作方便、适用范围广，操作方便、适用范围广，是目前最广泛应用的方法是目前最广泛应用的方法3 基本方法基本方法 根据变形温度分：根据变形温度分：热挤压、冷挤压和温挤压；热挤压、冷挤压和温挤压；根据变形特征分：根据变形特征分：正（向）挤压、反（向）挤压、连续正（向）挤压、反（向）挤压、连续方法有很多，但方法有很多，但最基本的方法有以下两种最基本的方法有以下两种：：挤压等。

挤压等制品流出的方向与挤压杆的运动方向相同制品流出的方向与挤压杆的运动方向相同2））反向挤压反向挤压制品流出的方向与挤压杆的运动方向相反制品流出的方向与挤压杆的运动方向相反固定固定））））空空心心锭锭特点特点：： 1）变形局限在模孔附近，大部分坯料与挤压筒间没）变形局限在模孔附近，大部分坯料与挤压筒间没有相对运动，因此外摩擦小，能耗低、变形均匀（组织有相对运动，因此外摩擦小，能耗低、变形均匀（组织性能均匀）；性能均匀）； 2）操作不方便、制品的尺寸范围小；）操作不方便、制品的尺寸范围小； 3）制品表面质量差制品表面质量差此外还有：卧式挤压、立式挤压、此外还有：卧式挤压、立式挤压、连续挤压连续挤压等注注：： 1）冷、热变形应以合金的）冷、热变形应以合金的再结晶温度再结晶温度界定，如界定，如Sn、、Pb在室温变形也无硬化，属热变形；在室温变形也无硬化，属热变形； 2））冷、热挤压是挤压的两大分支，冶金工业中主要冷、热挤压是挤压的两大分支，冶金工业中主要应用热挤压，常称挤压；机械工业主要应用冷挤压应用热挤压，常称挤压；机械工业主要应用冷挤压4 基本特点基本特点1）优点）优点 A 可最大限度提高材料的变形能力可最大限度提高材料的变形能力，因此，因此 可加工脆性材料；一次可进行大变形。

可加工脆性材料；一次可进行大变形B 可提高材料的焊合性，因此可提高材料的焊合性，因此 可生产复合材料；粉末挤压；舌模挤压可生产复合材料；粉末挤压；舌模挤压C 材料与工具的密合性高，因此材料与工具的密合性高，因此 可生产复杂断面制品；选择坯料自由度大可生产复杂断面制品；选择坯料自由度大D 生产灵活（只需更换筒、模即可生产不同生产灵活（只需更换筒、模即可生产不同的制品），制品性能高的制品），制品性能高2）缺点）缺点 A 工具消耗大，产品成本高工具消耗大，产品成本高 工作条件：高温、高压、高摩擦，工具消耗大，原工作条件：高温、高压、高摩擦，工具消耗大，原料成本高，占制品成本料成本高，占制品成本35％以上B 生产率低生产率低 挤压速度低、辅助工序多挤压速度低、辅助工序多C 成品率低成品率低 固有的几何损失多（压余、实心头、切头尾），不固有的几何损失多（压余、实心头、切头尾），不能通过增大锭重来减少能通过增大锭重来减少D 制品组织性能不均匀制品组织性能不均匀二、挤压时金属流动的规律二、挤压时金属流动的规律 挤压时金属的流动规律，即筒内各部分金属挤压时金属的流动规律，即筒内各部分金属体积的相互转移规律对制品的组织、性能、表面体积的相互转移规律对制品的组织、性能、表面质量以及工具设计有重要影响。

因此研究挤压时质量以及工具设计有重要影响因此研究挤压时金属的流动规律以及影响因素，可改善挤压过程、金属的流动规律以及影响因素，可改善挤压过程、提高制品的性能和质量提高制品的性能和质量 挤压时金属的流动规律十分复杂，且随挤压挤压时金属的流动规律十分复杂，且随挤压方法以及工艺条件的变化而变化，现以生产中广方法以及工艺条件的变化而变化，现以生产中广泛使用的泛使用的简单挤压（单孔模正挤圆棒）简单挤压（单孔模正挤圆棒）过程为例过程为例进行分析进行分析1、简单挤压时金属流动的规律、简单挤压时金属流动的规律 按流动特性和挤压力的变化规律，可将挤压过程分为：按流动特性和挤压力的变化规律，可将挤压过程分为： 填充挤压阶段填充挤压阶段：金属在挤压杆（力）的作用下首先充满：金属在挤压杆（力）的作用下首先充满挤压筒和模孔（挤压筒和模孔（金属主要径向流动金属主要径向流动），挤压力急剧升高；），挤压力急剧升高； 基本挤压阶段基本挤压阶段：又称：又称层流层流挤压阶段，金属不发生紊乱挤压阶段，金属不发生紊乱流动，即锭外（内）层金属流动，即锭外（内）层金属出模后仍在外（内）层，挤出模后仍在外（内）层，挤压力稳中有降；压力稳中有降； 终了挤压阶段终了挤压阶段：又称：又称紊流紊流挤压阶段，金属发生紊乱流挤压阶段，金属发生紊乱流动，即外层进入内层，挤压动，即外层进入内层，挤压力上升。

力上升挤压杆行程挤压杆行程挤挤压压力力Ⅰ Ⅱ Ⅲ 填充阶段填充阶段基本阶段基本阶段终了阶段终了阶段1）填充挤压阶段）填充挤压阶段 挤压时，为便于将锭坯放挤压时，为便于将锭坯放入筒中，常使锭坯外径小于入筒中，常使锭坯外径小于筒内径筒内径1－－15mm，因此在挤，因此在挤压力的作用下，锭坯首先压力的作用下，锭坯首先径径向流动向流动充满挤压筒，同时有充满挤压筒，同时有少量金属流入模孔少量金属流入模孔杆、垫杆、垫片、锭坯开始接触到锭坯充片、锭坯开始接触到锭坯充满挤压筒的阶段称为填充挤满挤压筒的阶段称为填充挤压阶段压阶段A 必要性必要性 a 操作要求；操作要求； b 实心锭挤管，实心锭挤管， 否则穿孔针弯曲导致否则穿孔针弯曲导致管材偏心管材偏心 ；； c 制品要求横向性能，制品要求横向性能， 如航空用型材必须如航空用型材必须有一定的镦粗变形（有一定的镦粗变形（25－－30％％））  ，，且可看成是主应力，但由且可看成是主应力，但由于模孔的存在，导致于模孔的存在，导致 分分布不均匀，体现在：布不均匀，体现在：径向上径向上：中心小，两边大，差：中心小，两边大，差异由前向后逐渐减小。

异由前向后逐渐减小轴向上轴向上：： 对着模孔部分：由前向后增大对着模孔部分：由前向后增大 对着模壁部分：由前向后减小对着模壁部分：由前向后减小B 应力分析应力分析 作用于坯料上的作用于坯料上的外力外力：： 挤压挤压力：力： P ；； 模端面反力：模端面反力： N ；； 摩擦力：摩擦力： T应力状态应力状态类似于自由体镦粗，类似于自由体镦粗，为为三向压应力三向压应力，即，即 、、 、、 Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅲ Ⅲ Ⅰ Ⅱ Ⅲ C 变形（应变）分析变形（应变）分析 应变状态应变状态：一向压缩（轴向）、二向延伸（径向、周向）：一向压缩（轴向）、二向延伸（径向、周向）变形过程变形过程：开始出鼓形，：开始出鼓形， 断面首先充满挤压筒；继续加断面首先充满挤压筒；继续加 力，力， 断面充满挤压筒；最后，断面充满挤压筒；最后， 断面充满断面充满挤挤 压筒Ⅱ Ⅰ Ⅲ Ⅰ Ⅱ Ⅲ D 坯料端面变形分析坯料端面变形分析 填充挤压时，部分金填充挤压时，部分金属会流入模孔，但此部属会流入模孔，但此部分金属并不是发生塑性分金属并不是发生塑性变形后流入模孔的，而变形后流入模孔的，而是是被剪出被剪出的，其的，其组织是组织是铸态组织铸态组织，必须切下，必须切下（棒材头）。

棒材头） 原因原因：轴向应力：轴向应力 在径向上的分布是不均匀的，在径向上的分布是不均匀的，且在模孔周围最大，这种应力突变会产生很大的切应力，且在模孔周围最大，这种应力突变会产生很大的切应力，当此切应力达到材料的剪切极限时，对着模孔部分的金当此切应力达到材料的剪切极限时，对着模孔部分的金属便沿模孔被剪出属便沿模孔被剪出 NNE 填充阶段应注意的问题填充阶段应注意的问题 a 尽量减小变形量尽量减小变形量（锭坯与挤压筒的间隙），否则易（锭坯与挤压筒的间隙），否则易造成：制品性能不均匀；棒材头大，即切头大；低塑性造成：制品性能不均匀；棒材头大，即切头大；低塑性材料易出现表面裂纹此阶段的变形量用材料易出现表面裂纹此阶段的变形量用填充挤压系数填充挤压系数表征，定义填充挤压系数为：表征，定义填充挤压系数为：一般一般 b 锭坯的长度与直径比小于锭坯的长度与直径比小于3－－4，即，即L/D<3 -4否则变形不均出现鼓形，甚至失稳弯曲，导致封闭在模、筒变形不均出现鼓形，甚至失稳弯曲，导致封闭在模、筒交界处的空气压入表面微裂纹中，出模后若焊合则形成交界处的空气压入表面微裂纹中，出模后若焊合则形成气泡气泡，若未焊合则出现，若未焊合则出现起皮起皮缺陷。

缺陷 c c 锭坯梯温加热锭坯梯温加热，即坯料获得长度上的原始温度梯度，，即坯料获得长度上的原始温度梯度，变形抗力低的高温端靠近模孔，填充挤压时坯料由前向变形抗力低的高温端靠近模孔，填充挤压时坯料由前向后依次变形，从而将空气排除后依次变形，从而将空气排除2）基本挤压阶段）基本挤压阶段 金属从模孔中流出到锭坯长度等于变形区高度的阶段金属从模孔中流出到锭坯长度等于变形区高度的阶段A 挤压比挤压比 挤压时的变形量常用挤压比表征，定义挤压比为：挤压时的变形量常用挤压比表征，定义挤压比为： 单孔模挤压时，挤压比为：单孔模挤压时，挤压比为： 挤压比的大小由被挤压材料的塑性决定，可查表挤压比的大小由被挤压材料的塑性决定，可查表 B 应力分析应力分析 外力外力：挤压力：挤压力P ；筒、模的；筒、模的反力反力N ；筒、模、垫片与坯料；筒、模、垫片与坯料间的摩擦力间的摩擦力T 应力状态应力状态：：为为三向压应力三向压应力，，即即 、、 、、 ，且可近似看，且可近似看成是轴对称，即成是轴对称，即 。

在在 区有：区有： Ⅰ> >在在 区有：区有：Ⅱ> >轴向应力轴向应力 分布分布：： 轴向上：由前向后逐渐增大；轴向上：由前向后逐渐增大； 径向上：由中心向边部逐渐增大径向上：由中心向边部逐渐增大NNNTⅠ ⅡC 变形（应变）分析变形（应变）分析 应变状态应变状态：二向压缩（径向、周向）、一向延伸（轴向）：二向压缩（径向、周向）、一向延伸（轴向）变形规律（应变分布）变形规律（应变分布）：可由此阶段坐标：可由此阶段坐标网格网格变化分析变化分析> >> > a 横向（水平方向）网格在进、出模孔发生方向相横向（水平方向）网格在进、出模孔发生方向相反的两次弯曲，弯曲程度由内向外逐渐增大，说明变反的两次弯曲，弯曲程度由内向外逐渐增大，说明变形是不均匀的分别连接两次弯曲的弯折点可得两个形是不均匀的分别连接两次弯曲的弯折点可得两个曲面，一般将此两曲面与模孔锥面或死区界面所围成曲面，一般将此两曲面与模孔锥面或死区界面所围成的区域叫变形区压缩锥，或简称的区域叫变形区压缩锥，或简称变形区变形区 > >> > b 在变形区中，纵向（垂直方向）网格的中心朝前，在变形区中，纵向（垂直方向）网格的中心朝前，且越接近模孔弯曲越大，说明且越接近模孔弯曲越大，说明中心质点的流速大于外层中心质点的流速大于外层质点的流速质点的流速，且差异越接近模孔越大。

这是因为：，且差异越接近模孔越大这是因为： 外摩擦影响：外层大，中心小；外摩擦影响：外层大，中心小； 断面温度分布：一般外层低，中心高；断面温度分布：一般外层低，中心高； 模孔的存在使中心质点的流动阻力小于外层质点模孔的存在使中心质点的流动阻力小于外层质点 > >> > c 制品的网格也有畸变，表现在：制品的网格也有畸变，表现在： ① ① 纵向线的弯曲程度以及弯曲顶点的间距由前向后逐纵向线的弯曲程度以及弯曲顶点的间距由前向后逐渐增大，说明渐增大，说明变形变形（延伸变形和剪切变形）（延伸变形和剪切变形）由前向后逐由前向后逐渐增大渐增大 ② ② 中心网格变成近似矩形，外层网格变成平行四边形，中心网格变成近似矩形，外层网格变成平行四边形，说明外层质点不仅承受了纵向延伸，还承受了附加的剪说明外层质点不仅承受了纵向延伸，还承受了附加的剪切变形，且切变形，且剪切变形由中心向外层逐渐增大剪切变形由中心向外层逐渐增大 变形规律总结变形规律总结：： 径向上：外层大，中心小；径向上：外层大，中心小； 轴向上：后端大，前端小；轴向上：后端大，前端小； 变形差异：由前向后逐渐增加；变形差异：由前向后逐渐增加； 流动速度：中心大，外层小；流动速度：中心大，外层小； 总体看流动平稳（层流）。

总体看流动平稳（层流）变变形形前前后后外层外层中心中心D 挤压筒内金属分区挤压筒内金属分区 死区（前端难变形区）死区（前端难变形区）变形区变形区后后端端难难变变形形区区剧烈滑移区剧烈滑移区 ① ① 前端难变形区前端难变形区 又称又称死区死区，位于筒、模交界处的环，位于筒、模交界处的环形区域，是由于筒、模的形区域，是由于筒、模的摩擦和冷却摩擦和冷却，使此部分金属不，使此部分金属不易变形形成的易变形形成的死区在基本挤压阶段基本不参与流动死区在基本挤压阶段基本不参与流动 死区死区的顶部能阻碍锭坯的表面缺陷进入变形区而流入的顶部能阻碍锭坯的表面缺陷进入变形区而流入制品，因此制品，因此能提高制品的表面质量能提高制品的表面质量 影响死区大小的因素：模角、摩擦、挤压温度等，随影响死区大小的因素：模角、摩擦、挤压温度等，随这些参数的增大，死区增大，如平模挤压时死区大这些参数的增大，死区增大，如平模挤压时死区大 ② ② 后端难变形区后端难变形区 位于垫片端面附近，是由于筒、垫位于垫片端面附近，是由于筒、垫片的摩擦和冷却，使此部分金属不易变形形成的，在基片的摩擦和冷却，使此部分金属不易变形形成的，在基本挤压末期，此区域逐渐变成一小楔形区。

本挤压末期，此区域逐渐变成一小楔形区 ③ ③ 在变形区中，有一个在变形区中，有一个剧烈滑移区剧烈滑移区，处于死区和快速，处于死区和快速流动区之间变形越不均匀，此区越大，因此随挤压过流动区之间变形越不均匀，此区越大，因此随挤压过程的进行，此区不断扩大程的进行，此区不断扩大 剧烈滑移会导致晶粒过渡破碎，易导致制品表面出现剧烈滑移会导致晶粒过渡破碎，易导致制品表面出现微裂纹和组织粗大（粗晶环），导致制品性能下降微裂纹和组织粗大（粗晶环），导致制品性能下降死区（前端难变形区）死区（前端难变形区）变形区变形区后后端端难难变变形形区区剧烈滑移区剧烈滑移区3）终了挤压阶段：）终了挤压阶段： 筒内筒内锭坯长度减小到接近变形区高度时的流动阶段锭坯长度减小到接近变形区高度时的流动阶段 > >> >主要特征主要特征：： A 挤压力升高；（死区参与流动、温度低）挤压力升高；（死区参与流动、温度低） B 金属径向流速增加，金属回流（紊流）（维持体积金属径向流速增加，金属回流（紊流）（维持体积不变规律）不变规律） 实际生产中，在此阶段停止挤压（留压余）实际生产中，在此阶段停止挤压（留压余）。

2、正挤管材时金属流动的特点、正挤管材时金属流动的特点 1）） 金属流动比挤压棒材时均匀主要是由于穿孔金属流动比挤压棒材时均匀主要是由于穿孔针的摩擦和冷却，使内部质点的流动阻力增大；针的摩擦和冷却，使内部质点的流动阻力增大； 2）） 穿孔时强烈的内摩擦易导致制品内表面出现裂穿孔时强烈的内摩擦易导致制品内表面出现裂纹，因此一般润滑穿孔针纹，因此一般润滑穿孔针 ））））轴轴筒筒垫片垫片坯料坯料制品制品模模模座模座穿孔针穿孔针3、反挤压时金属流动的特点、反挤压时金属流动的特点 1）） 变形区小且集中在模孔附近，金属流动均匀；变形区小且集中在模孔附近，金属流动均匀； 2）） 死区小，制品表面质量差；死区小，制品表面质量差； 3）） 挤压力小且在基本挤压阶段不变挤压力小且在基本挤压阶段不变 行程行程挤挤压压力力Ⅰ Ⅱ Ⅲ 填充阶段填充阶段 基本阶段基本阶段 终了阶段终了阶段正挤正挤反挤反挤））））4、影响挤压时金属流动规律的因素、影响挤压时金属流动规律的因素 1）） 摩擦与润滑摩擦与润滑 挤压时的摩擦有：筒、模、垫片挤压时的摩擦有：筒、模、垫片穿孔针与坯料间的摩擦，一般主要指筒、坯料间的摩擦。

穿孔针与坯料间的摩擦，一般主要指筒、坯料间的摩擦润滑润滑时摩擦力小，金属时摩擦力小，金属流动均匀流动均匀；； 2）） 金属强度金属强度 强度高流动均匀强度高流动均匀强度高，摩擦强度高，摩擦小；变形热大，温度分布均匀）；小；变形热大，温度分布均匀）； 3）） 温度温度 有坯料温度和工具预热温度有坯料温度和工具预热温度 坯料温度高，流动不均匀坯料温度高，流动不均匀温度高，强度低，变形温度高，强度低，变形不均匀；温度高，出炉后冷却使锭温度梯度大，变形不不均匀；温度高，出炉后冷却使锭温度梯度大，变形不均匀；一般温度高导热性能下降，锭温度梯度大，变形均匀；一般温度高导热性能下降，锭温度梯度大，变形不均匀）；不均匀）； 工具预热温度高，流动均匀工具预热温度高，流动均匀使锭温度分布均匀）使锭温度分布均匀） 模模主要有平模（主要有平模（ ）和锥模（）和锥模（ < < ），），模角模角越大，流动越不均匀越大，流动越不均匀，平模挤，平模挤压时流动最不均匀（死区大，压时流动最不均匀（死区大，摩擦大；弯曲（剪切）变形大）摩擦大；弯曲（剪切）变形大）。

4）） 工具结构与形状工具结构与形状 指与坯料接触的筒、模、垫指与坯料接触的筒、模、垫片和穿孔针，筒、穿孔针的结构和形状基本不变，为片和穿孔针，筒、穿孔针的结构和形状基本不变，为圆柱形，故圆柱形，故只分析模和垫片只分析模和垫片 垫片垫片主要有平、凸、凹三主要有平、凸、凹三种，凹垫片流动均匀，但仅在种，凹垫片流动均匀，但仅在挤压初期有作用，同时由于加挤压初期有作用，同时由于加工、切压余困难，实际中除了工、切压余困难，实际中除了在半连续挤压中外，还是采用在半连续挤压中外，还是采用平垫片平模平模锥模锥模平平凸凸凹凹 5）） 变形程度变形程度 随变形程度的增大，外随变形程度的增大，外层质点向中心流动的阻力增层质点向中心流动的阻力增加，导致坯料中心质点与外加，导致坯料中心质点与外层质点的流速差增加，变形层质点的流速差增加，变形不均匀但当变形程度增加不均匀但当变形程度增加到一定程度时，剪切变形深到一定程度时，剪切变形深入到内部，变形向均匀方向入到内部，变形向均匀方向转化 实践表明：实践表明： 当变形程度为当变形程度为60％％时，变形最不均匀；时，变形最不均匀； 当变形程度当变形程度>85－－90％％时，变形均匀，性能均匀；时，变形均匀，性能均匀； 当变形程度当变形程度< 6％％时，变形较均匀，但性能低。

时，变形较均匀，但性能低变形程度变形程度变变形形不不均均匀匀性性6060％％6 6％％8585％％三、挤制品的组织、性能和主要缺陷三、挤制品的组织、性能和主要缺陷1、挤制品的组织、挤制品的组织1）） 挤制品组织的不均匀性挤制品组织的不均匀性 A 特征特征 一般情况，前端、中心晶粒粗大，后端、一般情况，前端、中心晶粒粗大，后端、边部晶粒细小边部晶粒细小 头部头部 中部中部 尾部尾部 B 原因原因 a 变形特点变形特点决定的决定的 挤压时变形的分布规律是前端、挤压时变形的分布规律是前端、中心变形小，后端、外层变形大，导致晶粒的破碎程度中心变形小，后端、外层变形大，导致晶粒的破碎程度由前向后、由里向外逐渐增大；由前向后、由里向外逐渐增大； b 温度分布规律温度分布规律决定的决定的 坯料的温度分布规律一般坯料的温度分布规律一般是前端、中心高，后端、外层低，即前端、中心在高温是前端、中心高，后端、外层低，即前端、中心在高温下变形，而后端、外层在低温下变形；下变形，而后端、外层在低温下变形； 注：注： a 挤压软铝合金时，坯料、筒间温差不大，热量不易挤压软铝合金时，坯料、筒间温差不大，热量不易散失，温度分布规律与上述相反。

散失，温度分布规律与上述相反 b 合金在相变温度下变形，会引起组织不均如合金在相变温度下变形，会引起组织不均如HPb59-1，在，在720℃以上为均匀的以上为均匀的 相，若在挤压过程中相，若在挤压过程中温度低于温度低于720℃，则会析出，则会析出 相，导致组织不均相，导致组织不均2）） 挤制品的层状组织挤制品的层状组织 A 特征特征 断口呈现出与木质断口呈现出与木质折断后相似的形貌，分层的断口折断后相似的形貌，分层的断口凸凹不平并带有裂纹；分层面近凸凹不平并带有裂纹；分层面近似平行于轴线；一般出现在前端似平行于轴线；一般出现在前端 B 原因原因 a 根本原因是坯料中存在有根本原因是坯料中存在有大量的气孔、缩孔或在晶界上分大量的气孔、缩孔或在晶界上分布有未溶解的第二相或杂质等，在挤压时被拉长，从而布有未溶解的第二相或杂质等，在挤压时被拉长，从而出现层状组织；出现层状组织； b 与变形特点有关与变形特点有关 挤压初期流动平稳，形成的杂挤压初期流动平稳，形成的杂质膜不易破坏，后期变形逐渐紊乱，杂质膜破坏，层状质膜不易破坏，后期变形逐渐紊乱，杂质膜破坏，层状组织不明显。

组织不明显  c 与铸造条件有关与铸造条件有关 冷却速度大，柱状晶明显，缺冷却速度大，柱状晶明显，缺陷、夹杂物易集中分布，层状组织明显；反之不明显陷、夹杂物易集中分布，层状组织明显；反之不明显 d 与合金成分有关与合金成分有关 出现层状组织的合金不多，在出现层状组织的合金不多，在铜合金中主要是含铜合金中主要是含Al的青铜的青铜QAl10-3-1.5和和QAl10-4-4以及以及含含Pb的黄铜的黄铜HPb59-1；铝合金中主要是；铝合金中主要是LD2和和LD4，而，而LY11、、LY12、、LC4中较少、主要是由于这些合金中易出中较少、主要是由于这些合金中易出现氧化物夹杂现氧化物夹杂 C 对性能的影响对性能的影响 对纵向性能影响不大，使横向性对纵向性能影响不大，使横向性能显著下降有层状组织的衬套，承受的内压降低能显著下降有层状组织的衬套，承受的内压降低30％％ D 防止措施防止措施 a 主要从铸锭着手，如降低冷却强度以缩小柱状晶区，主要从铸锭着手，如降低冷却强度以缩小柱状晶区，分散杂质；分散杂质； b 增大变形程度，以增加紊流区，进而破坏杂质膜。

增大变形程度，以增加紊流区，进而破坏杂质膜3）） 挤制品的粗晶组织挤制品的粗晶组织 某些合金某些合金在挤压时或在随后的热处理时，会形成异常在挤压时或在随后的热处理时，会形成异常粗大的晶粒组织，这种组织称为粗晶粒或粗晶组织粗大的晶粒组织，这种组织称为粗晶粒或粗晶组织 易出现粗晶组织的主要是某些铝合金，如易出现粗晶组织的主要是某些铝合金，如纯铝纯铝、、软铝软铝在挤压后即出现；而在挤压后即出现；而锻铝锻铝、、硬铝硬铝在挤压后的淬火时出现在挤压后的淬火时出现 A 分布规律分布规律 由前端外层向后端外层逐渐扩大，严由前端外层向后端外层逐渐扩大，严重时可扩展至整个断面，象带锥度的圆管，又称重时可扩展至整个断面，象带锥度的圆管，又称粗晶环粗晶环 铸造组织铸造组织细晶组织细晶组织粗晶组织粗晶组织死区死区粗晶组织粗晶组织细晶组织细晶组织 B 形成机理形成机理 出现粗晶组织的根本原因是在挤压时出现粗晶组织的根本原因是在挤压时或在挤压后的淬火时发生了或在挤压后的淬火时发生了集聚再结晶集聚再结晶，因此凡是能降，因此凡是能降低再结晶温度、促进再结晶过程的因素均易导致粗晶环。

低再结晶温度、促进再结晶过程的因素均易导致粗晶环 a 与变形特点有关与变形特点有关 挤压时挤压时 对于纯铝、软铝合金而言，挤压速度快，变形热大，对于纯铝、软铝合金而言，挤压速度快，变形热大，制品出模后温度较高，因此外层、后端优先发生再结制品出模后温度较高，因此外层、后端优先发生再结晶和集聚再结晶，形成粗晶组织晶和集聚再结晶，形成粗晶组织 b 与合金成分有关与合金成分有关 易出现粗晶环的合金中均含有易出现粗晶环的合金中均含有Mn、、Cr等过渡族元素，等过渡族元素，这些元素的特点是：溶入基体中能提高再结晶温度，以第这些元素的特点是：溶入基体中能提高再结晶温度，以第二相如二相如MnAl6、、CrAl7在晶界析出时能阻碍晶粒长大在晶界析出时能阻碍晶粒长大外层、后端变形大外层、后端变形大中心、前端变形小中心、前端变形小外层、后端再结晶温度低外层、后端再结晶温度低中心、前端再结晶温度高中心、前端再结晶温度高 挤压时，由于中心质点流动速度快，导致挤压时，由于中心质点流动速度快，导致边部产生拉边部产生拉附加应力附加应力，促进，促进Mn、、Cr元素的析出，降低再结晶温度，元素的析出，降低再结晶温度，但因析出的第二相能阻碍晶粒长大，因此含这些元素的合但因析出的第二相能阻碍晶粒长大，因此含这些元素的合金在挤压后是一次再结晶组织，不出现粗晶组织。

金在挤压后是一次再结晶组织，不出现粗晶组织 挤压后淬火时，为了得到均匀的单相固溶体组织，加挤压后淬火时，为了得到均匀的单相固溶体组织，加热热温度高温度高、、时间长时间长，在这种条件下，析出的第二相重新溶，在这种条件下，析出的第二相重新溶入基体，阻碍晶粒长大的作用消失，因此一次再结晶后的入基体，阻碍晶粒长大的作用消失，因此一次再结晶后的晶粒吞并周围的晶粒并迅速长大，形成粗晶组织晶粒吞并周围的晶粒并迅速长大，形成粗晶组织 注注：： 1）有关粗晶形成机理还有待进一步研究；）有关粗晶形成机理还有待进一步研究； 2）粗晶组织降低性能，应尽量避免，生产中应检查粗晶组织降低性能，应尽量避免，生产中应检查2、挤制品的性能、挤制品的性能1）） 挤制品性能的不均性挤制品性能的不均性 a 制品前端、内部强度低、制品前端、内部强度低、塑性高；后端、外层相反；塑性高；后端、外层相反；（纯铝、软铝分布规律相反）（纯铝、软铝分布规律相反） b 各向异性，纵向性能高于各向异性，纵向性能高于横向性能；横向性能； c 性能差异随变形程度不同性能差异随变形程度不同而不同。

而不同当变形程度当变形程度 < 20%时，时，性能均匀但较低；当变形程度性能均匀但较低；当变形程度为为60％％时，性能差异最大；当时，性能差异最大；当变形程度变形程度 > 80％％时时，性能均匀，性能均匀且较高因此挤压时变形程度且较高因此挤压时变形程度应应>80％％ 外层外层内层内层1-1-外层外层2-2-内层内层2）） 挤压效应挤压效应 某些工业用铝合金某些工业用铝合金，在经过同一热处理后（淬火、时，在经过同一热处理后（淬火、时效），挤制品与其它压力加工制品相比，在效），挤制品与其它压力加工制品相比，在纵向上具有纵向上具有较高的强度和较低的塑性较高的强度和较低的塑性，这一现象叫挤压效应这一现象叫挤压效应 易出现挤压效应的合金：锻铝、硬铝易出现挤压效应的合金：锻铝、硬铝 A 特征特征 出现在制品出现在制品内部内部（外部因粗晶环而消失）；（外部因粗晶环而消失）；组织是组织是未再结晶未再结晶的加工组织的加工组织 B 形成机理形成机理 a 与形成的与形成的织构织构有关有关 挤压时，金属处于两压一拉挤压时，金属处于两压一拉的变形状态且流动平稳，晶粒皆沿挤压方向被拉长，形的变形状态且流动平稳，晶粒皆沿挤压方向被拉长，形成较强的纵向织构，即大多数晶粒的某一晶向（成较强的纵向织构，即大多数晶粒的某一晶向（111）均）均按挤压方向取向，导致纵向强度升高。

按挤压方向取向，导致纵向强度升高 b 与合金成分有关与合金成分有关 出现挤压效应的合金也都含出现挤压效应的合金也都含Mn、、Cr元素，由于挤压时中心质点流速快，因此元素，由于挤压时中心质点流速快，因此内部产生压内部产生压附加应力附加应力，不利于，不利于Mn、、Cr元素的析出，使再结晶温度升元素的析出，使再结晶温度升高，可认为高，可认为挤压后制品内部是过饱和的、未再结晶的加工挤压后制品内部是过饱和的、未再结晶的加工组织组织在挤压后的淬火加热时，内部过饱和的固溶体继续在挤压后的淬火加热时，内部过饱和的固溶体继续析出，析出的第二相弥散分布在晶界上，阻碍晶粒长大析出，析出的第二相弥散分布在晶界上，阻碍晶粒长大（阻碍再结晶过程），因此热处理后，制品的内部仍保留（阻碍再结晶过程），因此热处理后，制品的内部仍保留着未再结晶的加工组织，导致强度升高着未再结晶的加工组织，导致强度升高 c 与强烈的三向压应力状态有关与强烈的三向压应力状态有关 挤压时强烈的三向挤压时强烈的三向压应力状态使晶界、晶内破坏较少，有利于缺陷的愈合，压应力状态使晶界、晶内破坏较少，有利于缺陷的愈合，使强度升高。

使强度升高 注注 要得到类似的强化效应，关键不在于采用什么加要得到类似的强化效应，关键不在于采用什么加工方法，而在于通过什么途径使合金在热变形以及随后的工方法，而在于通过什么途径使合金在热变形以及随后的热处理过程中，仍然保留有未再结晶的加工组织热处理过程中，仍然保留有未再结晶的加工组织粗晶与挤压效应总结粗晶与挤压效应总结：： 均出现在含均出现在含Mn、、Cr元素的铝合金中；元素的铝合金中； 粗晶粗晶出现在出现在外层外层，， 挤压效应挤压效应出现在出现在内层内层；； 粗晶粗晶产生的根本原因是发生了产生的根本原因是发生了集聚再结晶集聚再结晶；； 挤压效应挤压效应产生的根本原因是产生的根本原因是未发生再结晶未发生再结晶挤压后挤压后外层是粗晶组织外层是粗晶组织结果结果 形成机理形成机理：铸造时冷速快导致：铸造时冷速快导致铸锭是过饱和组织铸锭是过饱和组织；； 挤压时挤压时淬火加热时淬火加热时中心是未再结晶的加工组织中心是未再结晶的加工组织外层的第二相溶解，阻碍作用消失外层的第二相溶解，阻碍作用消失中心的第二相析出，阻碍再结晶中心的第二相析出，阻碍再结晶外层是平衡的一次再结晶组织外层是平衡的一次再结晶组织中心是过饱和的未再结晶组织中心是过饱和的未再结晶组织外层易再结晶；第二相易析出，阻碍再结晶过程外层易再结晶；第二相易析出，阻碍再结晶过程中心不易再结晶；第二相不易析出，进一步提高再结晶温度中心不易再结晶；第二相不易析出，进一步提高再结晶温度外层变形大；流速慢外层变形大；流速慢中心变形小；流速快中心变形小；流速快中心再结晶温度高；压附加应力中心再结晶温度高；压附加应力外层再结晶温度低；拉附加应力外层再结晶温度低；拉附加应力3、挤制品的主要缺陷、挤制品的主要缺陷1）） 挤制品裂纹挤制品裂纹 A 特征特征 出现在制品出现在制品表面表面，外形大致相同，呈，外形大致相同，呈周期周期性性分布，又称周期性裂纹。

分布，又称周期性裂纹 裂纹一般出现裂纹一般出现在在高温塑性差高温塑性差的的合金中，如锡磷合金中，如锡磷青铜、锡黄铜、青铜、锡黄铜、硬铝等合金硬铝等合金 B 形成原因形成原因 变形不均所产生的变形不均所产生的轴向拉附加应力轴向拉附加应力作用结果作用结果 挤压时中心质点流速快，中心产生轴向拉附加应力，挤压时中心质点流速快，中心产生轴向拉附加应力，当此力与基本应力叠加后的工作应力达到合金的强度极当此力与基本应力叠加后的工作应力达到合金的强度极限时，就会产生裂纹由于在表面的拉附加应力最大，限时，就会产生裂纹由于在表面的拉附加应力最大，故裂纹首先在表面产生故裂纹首先在表面产生 棒材直径棒材直径拉应力拉应力压应力压应力附附加加应应力力分分布布流动速度流动速度裂纹轨迹裂纹轨迹裂裂纹纹加加深深速速度度 裂纹的产生一方面在裂纹的尖角处产生应力集中，促裂纹的产生一方面在裂纹的尖角处产生应力集中，促进裂纹的扩展，另一方面也消除了此局部的拉附加应力，进裂纹的扩展，另一方面也消除了此局部的拉附加应力，因此当裂纹扩展到一定深度后不再向内扩展因此当裂纹扩展到一定深度后不再向内扩展。

随着变形的进行，合金又会由于拉附加应力的产生而随着变形的进行，合金又会由于拉附加应力的产生而形成裂纹，因而裂纹呈周期性分布形成裂纹，因而裂纹呈周期性分布 C 消除措施消除措施 a 使变形均匀，消除轴向拉附加应力，如润滑等；使变形均匀，消除轴向拉附加应力，如润滑等； b 提高基本应力，如施加反压力、增加定径带长度、提高基本应力，如施加反压力、增加定径带长度、增加变形程度等（以能耗多为代价）；增加变形程度等（以能耗多为代价）； c 保证合金的高温强度，制订合理的温度－速度规程，保证合金的高温强度，制订合理的温度－速度规程，使合金处于高温塑性好的区域，如低温快速、高温慢速、使合金处于高温塑性好的区域，如低温快速、高温慢速、等温挤压等等温挤压等2）） 挤压缩尾挤压缩尾 又称挤压缩孔，是出现在制品又称挤压缩孔，是出现在制品尾部尾部的一种缺陷，是指的一种缺陷，是指挤压过程中，坯料表面的缺陷（氧化物、偏析瘤、杂质、挤压过程中，坯料表面的缺陷（氧化物、偏析瘤、杂质、油污等）进入制品内部或出现在制品的表面层，而形成油污等）进入制品内部或出现在制品的表面层，而形成的一种的一种漏斗状漏斗状、、环状环状、、半环状半环状的疏松组织缺陷。

的疏松组织缺陷 缩尾破坏组织的连续性和致密性，降低制品性能缩尾破坏组织的连续性和致密性，降低制品性能 缩尾依其存在的部位可分为以下三种：缩尾依其存在的部位可分为以下三种： 环形缩尾环形缩尾 中心缩尾中心缩尾 皮下缩尾皮下缩尾  A 环形缩尾环形缩尾 a 特征特征 分布在制品分布在制品尾部尾部中间中间部位，呈完整的圆环部位，呈完整的圆环或部分圆环，一般在或部分圆环，一般在200－－1000mm内 b 形成原因形成原因 挤压末期发生挤压末期发生紊乱流动，即外层金属发生紊乱流动，即外层金属发生回流回流，，由于后端难变形区的存在，回流由于后端难变形区的存在，回流的金属沿难变形区界面流动，分的金属沿难变形区界面流动，分布在制品的中间层由于外层金布在制品的中间层由于外层金属含有氧化皮、油污等脏物，流属含有氧化皮、油污等脏物，流入制品内部与基体金属不能焊合，入制品内部与基体金属不能焊合，形成环形缩尾形成环形缩尾 环形缩尾是最常见的缩尾环形缩尾是最常见的缩尾难变形区难变形区 B 中心缩尾中心缩尾 a 特征特征 分布在制品分布在制品尾部尾部中心中心部位，短而粗，呈漏部位，短而粗，呈漏斗状，一般留在压余内，只有在大规格制品、压余又薄斗状，一般留在压余内，只有在大规格制品、压余又薄时才能观察到。

时才能观察到 b 形成原因形成原因 随着挤压过程随着挤压过程的进行，后端难变形区逐渐变成的进行，后端难变形区逐渐变成一小楔形，回流的金属沿此界面一小楔形，回流的金属沿此界面流动，分布在制品的中心由于流动，分布在制品的中心由于外层金属含有氧化皮、油污等脏外层金属含有氧化皮、油污等脏物，流入制品内部与基体金属不物，流入制品内部与基体金属不能焊合，形成中心缩尾能焊合，形成中心缩尾 当回流的外层金属也不能补充当回流的外层金属也不能补充中心金属的短缺时，形成中心金属的短缺时，形成缩孔缩孔难难变变形形区区 C 皮下缩尾皮下缩尾 a 特征特征 分布在制品分布在制品尾部尾部周边周边部位，没有规律性部位，没有规律性 b 形成原因形成原因 挤压末期，金挤压末期，金属温降大、塑性低，导致属温降大、塑性低，导致剧烈滑剧烈滑移区与死区界面发生断裂移区与死区界面发生断裂（内摩（内摩擦转变为外摩擦），含有氧化皮、擦转变为外摩擦），含有氧化皮、油污等脏物的外层金属沿此界面油污等脏物的外层金属沿此界面流出，同时，死区也不是完全的流出，同时，死区也不是完全的刚体，也会沿模孔一点一点的流刚体，也会沿模孔一点一点的流出，包覆在由死区界面流出的脏出，包覆在由死区界面流出的脏金属上面，形成皮下缩尾。

金属上面，形成皮下缩尾  D 防止措施防止措施 a 使挤压不处于末期使挤压不处于末期 如留压余（压余长度一般如留压余（压余长度一般为锭径的为锭径的10－－30％％）、半连续挤压；）、半连续挤压； b 使变形均匀，金属不产生回流，主要措施是制订使变形均匀，金属不产生回流，主要措施是制订合理的工艺参数，如润滑、锥模挤压、低温挤压、提高合理的工艺参数，如润滑、锥模挤压、低温挤压、提高工具表面光洁度等；工具表面光洁度等； c 提高坯料表面质量提高坯料表面质量 如机加工、加热时尽量减少如机加工、加热时尽量减少氧化、热剥皮、氧化、热剥皮、脱皮挤压脱皮挤压等制品制品垫片垫片脱皮脱皮四四、挤压力、挤压力 挤压力挤压力：轴通过垫片作用在坯料上使之从模孔中流出的：轴通过垫片作用在坯料上使之从模孔中流出的力，是指曲线上的最大力力，是指曲线上的最大力 挤压力挤压力是制订工艺、选择设备、校核工具强度的依据是制订工艺、选择设备、校核工具强度的依据 影响因素影响因素：有很多，如摩擦、：有很多，如摩擦、金属性质、挤压温度、变形程金属性质、挤压温度、变形程度、度、模角模角等。

等 模角逐渐增大过程中，一方模角逐渐增大过程中，一方面弯曲变形增大，导致挤压力面弯曲变形增大，导致挤压力升高；另一方面摩擦面减小，升高；另一方面摩擦面减小，导致挤压力减小，结果存在一导致挤压力减小，结果存在一最佳模角，使挤压力最小最佳模角，使挤压力最小挤挤压时最佳模角为压时最佳模角为45－－60°模角模角应力应力平模挤压时形成死区，模角取平模挤压时形成死区，模角取60°模子模子筒筒ⅠⅠ ⅡⅡ ⅢⅢ ⅠⅠ ⅡⅡ ⅢⅢ 挤压力的计算挤压力的计算: : 定径区定径区: : ⅠⅠ 变形区变形区: : 近似塑性条件近似塑性条件: : 边界条件边界条件: : 时时 时时 因此有因此有: : 即即: : 未变形区未变形区: : ⅢⅢ 因此有因此有: : 五、挤压工艺五、挤压工艺 1 挤压温度确定挤压温度确定 确定原则确定原则：：1）在所确定的温度范围内，合金具有）在所确定的温度范围内，合金具有高的塑性和低的变形抗力；高的塑性和低的变形抗力；2））满足制品的组织、性满足制品的组织、性能和表面质量要求能和表面质量要求 确定方法确定方法：：“三图三图”定温。

定温 相图相图：确定出大致：确定出大致温度范围，原则是保温度范围，原则是保证在单相区加工一证在单相区加工一般为般为（（0.7 - 0. 9））T0 0.7T0温度范围温度范围0.9T0相图相图 塑性图塑性图：合金：合金塑性塑性随随温度温度而而变化的图，可进一步确定（缩变化的图，可进一步确定（缩小）温度范围，保证合金具有小）温度范围，保证合金具有最好的塑性最好的塑性 第二类再结晶图第二类再结晶图：：晶粒度晶粒度随随变形程度变形程度和和温度温度（变形后温度）（变形后温度）而变化的图，用于控而变化的图，用于控制制品的组织和性能，制制品的组织和性能，防止晶粒过分长大防止晶粒过分长大由左图知，由左图知，500℃左右左右合理 临界变形程度临界变形程度温度温度塑性图塑性图第二类再结晶图第二类再结晶图 三图定温是确定热加工温度的基础，在具体确定三图定温是确定热加工温度的基础，在具体确定挤压温度时，还应考虑：挤压温度时，还应考虑： 1）） 易氧化易氧化（如铜合金、钛合金）及（如铜合金、钛合金）及易粘结易粘结工具工具（铝合金以及含铝的青铜）的合金，（铝合金以及含铝的青铜）的合金，温度取下限温度取下限；； 2）） 挤压时挤压时的变形程度大、摩擦大，因此的变形程度大、摩擦大，因此变形热效变形热效应和摩擦热大应和摩擦热大，又由于变形系统封闭，热量不易散，又由于变形系统封闭，热量不易散失，结果导致变形区温度升高。

所以挤压失，结果导致变形区温度升高所以挤压温度应适温度应适当降低当降低，一般比热轧温度低；，一般比热轧温度低； 此外还应考虑挤压方法，如立式挤压时速度快，此外还应考虑挤压方法，如立式挤压时速度快，温度可低些；舌模以及分流组合模挤压时，为提高温度可低些；舌模以及分流组合模挤压时，为提高焊合性能，温度可高些焊合性能，温度可高些 总之，在确定坯料加热温度时，必须总之，在确定坯料加热温度时，必须考虑合金在考虑合金在挤压时的温度变化挤压时的温度变化 2 挤压速度或金属流出速度确定挤压速度或金属流出速度确定 挤压时的速度有三种：挤压时的速度有三种： 挤压速度挤压速度：挤压轴的运动速度；：挤压轴的运动速度； 流出速度流出速度：制品的流出速度；：制品的流出速度； 变形速度变形速度：单位时间内变形量的大小，只理论上用单位时间内变形量的大小，只理论上用 实际中一般确定流出速度实际中一般确定流出速度，因它可综合衡量挤压速度，因它可综合衡量挤压速度和挤压比对挤压过程的影响，且可直观地看出生产率的和挤压比对挤压过程的影响，且可直观地看出生产率的大小 确定流出速度的原则是：在保证制品质量（一般是表确定流出速度的原则是：在保证制品质量（一般是表面不出现裂纹）的前提下尽量大，以提高生产率。

根据面不出现裂纹）的前提下尽量大，以提高生产率根据实际经验，有以下规律：实际经验，有以下规律： 1）） 合金的塑性变形温度范围越宽，流出速度越大；合金的塑性变形温度范围越宽，流出速度越大； 2）） 复杂断面比简单断面的流出速度要低；大断面比复杂断面比简单断面的流出速度要低；大断面比小断面的流出速度要低；小断面的流出速度要低； 3）） 润滑条件好时流出速度可提高；润滑条件好时流出速度可提高； 4）） 纯金属的流出速度可高于合金的；纯金属的流出速度可高于合金的； 5）） 挤压温度越高，流出速度应越低；挤压温度越高，流出速度应越低； 6）） 管材挤压时的流出速度应比同样断面棒材的低管材挤压时的流出速度应比同样断面棒材的低 总之，总之，塑性好的合金、挤压时流动均匀的合金，流塑性好的合金、挤压时流动均匀的合金，流出速度可大些出速度可大些  3 挤压挤压优化（温度－速度控制）优化（温度－速度控制） 挤压时希望流出速度越大越好，但挤压时希望流出速度越大越好，但流出速度受合金流出速度受合金性能以及设备能力所制约性能以及设备能力所制约，如图所示。

如图所示温度温度速速度度 曲线曲线1是设备能力极限曲是设备能力极限曲线，由设备吨位和工具强度线，由设备吨位和工具强度决定；决定；曲线曲线2是制品表面开是制品表面开始出现裂纹的冶金学极限，始出现裂纹的冶金学极限，由合金的性能决定；两曲线由合金的性能决定；两曲线所围成的所围成的阴影区域阴影区域提供了可提供了可选择的温度和速度范围；两选择的温度和速度范围；两曲线的交点给出了最佳的挤曲线的交点给出了最佳的挤压温度以及在此温度下允许压温度以及在此温度下允许的最大挤压速度的最大挤压速度温度温度速速度度 由图可看出，由图可看出，低温时低温时由于合金的变形抗力大，由于合金的变形抗力大，此时此时制约流出速度的因制约流出速度的因素是设备能力素是设备能力；；高温时高温时由于合金的变形抗力较由于合金的变形抗力较低，此时低，此时制约流出速度制约流出速度的因素是合金的性能的因素是合金的性能 曲线曲线2的位置比较固定，由合金的性能决定；但的位置比较固定，由合金的性能决定；但曲线曲线1的影响因素较多，如减小挤压比、润滑等由的影响因素较多，如减小挤压比、润滑等由于降低了挤压力而导致曲线左移，进而扩大可供选于降低了挤压力而导致曲线左移，进而扩大可供选择的工艺参数范围。

择的工艺参数范围 4 挤压比挤压比 （变形程度）（变形程度） 确定挤压比时应考虑：确定挤压比时应考虑： 1）） 合金的性能合金的性能 温度确定后，挤压比越大，制品流出速度越大，出模温度确定后，挤压比越大，制品流出速度越大，出模温度越高，越易出现裂纹温度越高，越易出现裂纹 2）） 制品的性能制品的性能 为保证制品性能均匀，挤压比应为保证制品性能均匀，挤压比应>10 3）） 设备能力和工具强度设备能力和工具强度 挤压比越大，挤压力越大，易导致闷车或损坏工具挤压比越大，挤压力越大，易导致闷车或损坏工具 5 多孔模挤压多孔模挤压 在挤压小尺寸（直径在挤压小尺寸（直径 < 30－－40）制品时，为提高）制品时，为提高生产率、降低挤压比，或受料台长度的限制，常采用生产率、降低挤压比，或受料台长度的限制，常采用多孔模挤压；此外，挤压小规格复杂断面型材时，为多孔模挤压；此外，挤压小规格复杂断面型材时，为使金属流动均匀，也常采用多孔模挤压使金属流动均匀，也常采用多孔模挤压 模孔数目确定模孔数目确定：太多易导致制品出模后相互缠绕而：太多易导致制品出模后相互缠绕而划伤制品；操作困难；模子强度降低。

当仅考虑合金划伤制品；操作困难；模子强度降低当仅考虑合金性能时，孔数性能时，孔数 n 可按下式确定：可按下式确定： 实际中，孔数一般实际中，孔数一般< 4－－6 模孔布置原则模孔布置原则：：均匀布置在同心圆上均匀布置在同心圆上同心圆直径同心圆直径应适当，过分靠近边缘易导致死区流动，还易导致制应适当，过分靠近边缘易导致死区流动，还易导致制品外测产生裂纹；过分靠近中心易导致制品内侧出现品外测产生裂纹；过分靠近中心易导致制品内侧出现裂纹 6 型材模挤压型材模挤压 型材挤压时型材挤压时，由于坯料和制品失去了对称性以及制品，由于坯料和制品失去了对称性以及制品本身可能不对称，如壁厚不同，因此本身可能不对称，如壁厚不同，因此流动非常不均匀流动非常不均匀，，若设计不当，则由于不均匀变形会导致制品出现裂纹、若设计不当，则由于不均匀变形会导致制品出现裂纹、波浪、弯曲、扭拧等缺陷设计的波浪、弯曲、扭拧等缺陷设计的基本原则基本原则是：是： 1））型材的重心布置在模孔的中心线上型材的重心布置在模孔的中心线上 对于只有一个对称轴且壁厚差较大的型材，对于只有一个对称轴且壁厚差较大的型材，型材的型材的重心必须偏离模孔中心一定距离重心必须偏离模孔中心一定距离，且使难流动的薄壁，且使难流动的薄壁部分更接近中心。

部分更接近中心 2））采用多孔模对称布置（增加整体对称性）采用多孔模对称布置（增加整体对称性） 不不正正确确 正正确确  3））采用不等长的定径带采用不等长的定径带 不易流动的薄壁部分定径带短，易流动的厚壁部不易流动的薄壁部分定径带短，易流动的厚壁部分定径带长分定径带长 利用不等长定径带利用不等长定径带控制流速是实际中广泛控制流速是实际中广泛采用的方法，但有限度，采用的方法，但有限度，定径带长到一定值时，定径带长到一定值时，金属由于冷却收缩不与金属由于冷却收缩不与其接触，失去阻碍作用其接触，失去阻碍作用 4））采用阻碍角或促流斜面采用阻碍角或促流斜面 在易流动的厚壁模孔入口处做一斜面，此斜面与轴线在易流动的厚壁模孔入口处做一斜面，此斜面与轴线的夹角的夹角 叫阻碍角；同样，对于难流动的薄壁部分，可叫阻碍角；同样，对于难流动的薄壁部分，可做一具有做一具有 角（倾斜的模子端面与水平面的夹角）的促角（倾斜的模子端面与水平面的夹角）的促流斜面 阻碍角阻碍角增加了摩擦增加了摩擦面积；面积；促流促流斜面斜面对金属对金属反作用力的反作用力的水平分力，水平分力，促使金属向促使金属向薄壁处流动。

薄壁处流动 5））采用平衡模孔采用平衡模孔 在挤压异形管材、大尺寸制品时，模上只能布置一个在挤压异形管材、大尺寸制品时，模上只能布置一个模孔，为了平衡流动，可配置平衡模孔，平衡模孔最好模孔，为了平衡流动，可配置平衡模孔，平衡模孔最好为圆形以便利用为圆形以便利用平衡模孔平衡模孔 7 舌形模挤压舌形模挤压 舌形模（将模与舌芯做成一体）挤压又称焊合挤压，舌形模（将模与舌芯做成一体）挤压又称焊合挤压，挤压时挤压时金属金属在强大的压力作用下在强大的压力作用下被分成几股流入模孔被分成几股流入模孔，，借助于模壁的压力使金属借助于模壁的压力使金属重新焊合重新焊合起来形成空心制品起来形成空心制品主要用于小尺寸管材、形状复杂制品、焊合性能好的合主要用于小尺寸管材、形状复杂制品、焊合性能好的合金挤压结构多为金挤压结构多为桥式桥式，桥的断面形状主要为，桥的断面形状主要为水滴形水滴形 舌模的制造费用高，易于损坏，压余长且分离麻烦，舌模的制造费用高，易于损坏，压余长且分离麻烦，目前已逐渐被分流组合模所取代目前已逐渐被分流组合模所取代 8 分分流组合模挤压流组合模挤压 由上模和下模组成，二者用螺栓连接（有定位销）。

由上模和下模组成，二者用螺栓连接（有定位销）特点特点与舌模相同，但结构比后者更合理、使用更方便与舌模相同，但结构比后者更合理、使用更方便按结构形式可分孔道式和叉架式两种按结构形式可分孔道式和叉架式两种 叉架式叉架式组合模挤压组合模挤压力小，挤压后修模、力小，挤压后修模、清理压余容易，适于清理压余容易，适于生产大尺寸空心型材，生产大尺寸空心型材，但加工制造困难，但加工制造困难，应应用较少用较少叉叉架架下下模模制制品品挤挤压压方方向向螺孔螺孔孔道孔道 孔道式孔道式组合模加工组合模加工制造方便、生产操作制造方便、生产操作简单，能生产形状复简单，能生产形状复杂的空心型材，但挤杂的空心型材，但挤压力大，易闷车，挤压力大，易闷车，挤压后修模困难实际压后修模困难实际中中应用最广泛应用最广泛制品制品孔道孔道下下模模上模上模挤挤压压方方向向 挤压时金属产生两次激烈变挤压时金属产生两次激烈变形，一次是进入模腔的变形，一形，一次是进入模腔的变形，一次是进入模孔的变形，流动阻力次是进入模孔的变形，流动阻力大，因此适于强度低、易焊合合大，因此适于强度低、易焊合合金（纯铝、软铝合金）的挤压。

金（纯铝、软铝合金）的挤压 分流比分流比：分流孔的面积与制：分流孔的面积与制品面积之比分流比小，挤压力品面积之比分流比小，挤压力大，对模具和挤压生产都不利，大，对模具和挤压生产都不利，对型材，一般取：对型材，一般取：10－－30；对管；对管材取：材取：5－－10；对非对称制品，；对非对称制品，应尽量保证各部分分流比相等应尽量保证各部分分流比相等定位销定位销凸模凸模凹模凹模 分流孔数量应尽量少以减少焊缝分流孔数量应尽量少以减少焊缝，布置尽量与制品保，布置尽量与制品保持几何相似性持几何相似性 型材模挤压、舌模挤压和分流组合模挤型材模挤压、舌模挤压和分流组合模挤压压非常复杂非常复杂，也，也非常重要非常重要，尤其是近年来，尤其是近年来工业的发展，对（空心）型材的形状、尺工业的发展，对（空心）型材的形状、尺寸精度要求越来越高，这更促进了上述方寸精度要求越来越高，这更促进了上述方法研究和发展法研究和发展 上面仅介绍了一些基本原则，详细内容上面仅介绍了一些基本原则，详细内容可参阅有关资料可参阅有关资料9、变断面制品挤压、变断面制品挤压 变断面制品有变断面制品有阶段变断面阶段变断面和和连续变断面连续变断面两种。

两种 挤压模也有两种：挤压模也有两种：整体模整体模和和可拆卸模可拆卸模 1））整体模整体模 由整块钢料制成由整块钢料制成 平模平模锥模锥模 平模平模：模角为：模角为90 °，，挤压时存在死挤压时存在死区形成自然模角，一般取区形成自然模角，一般取60 ° 平模挤压制品表面质量好，但挤压力大，挤压制品表面质量好，但挤压力大，能耗多 锥模锥模：模角一般为：模角一般为55－－70 °，，挤挤压时流动均匀，挤压力小，但制品压时流动均匀，挤压力小，但制品表面质量差，适于大规格管材和难表面质量差，适于大规格管材和难变形合金管棒型材挤压变形合金管棒型材挤压平锥模平锥模碗形模碗形模平流线模平流线模流线模流线模双锥模双锥模 双锥模双锥模：工作面由两段锥面组成，：工作面由两段锥面组成，锥角分别为锥角分别为60－－65 °和和10－－15 °，，挤挤压时流动压时流动均匀，适于铜、镍、铝合均匀，适于铜、镍、铝合金管材挤压金管材挤压 平锥模平锥模：工作面由平面和锥面组：工作面由平面和锥面组成，兼有平模和锥模的优点，适于成，兼有平模和锥模的优点，适于钢和钛合金挤压。

钢和钛合金挤压 此外还有此外还有：流线模，平流线模和碗形模流线模，平流线模和碗形模 2））可拆卸模可拆卸模 模孔由几个模块（一般为模孔由几个模块（一般为3～～4个个模块模块）组装而成，主要用于变断面制品挤压组装而成，主要用于变断面制品挤压 首先将小断面的可拆卸模装在模支承中并移至挤压首先将小断面的可拆卸模装在模支承中并移至挤压筒进行挤压挤压完毕后，移开模支承，同时，将模筒进行挤压挤压完毕后，移开模支承，同时，将模子同型材和模支承脱开，换上可挤压大断面型材的可子同型材和模支承脱开，换上可挤压大断面型材的可拆卸模，并将模支承再移至挤压筒进行挤压拆卸模，并将模支承再移至挤压筒进行挤压双位楔法挤压阶段变断面制品双位楔法挤压阶段变断面制品连续变断面制品挤压连续变断面制品挤压仿形板与凸模一起运动仿形板与凸模一起运动连续变断面制品挤压连续变断面制品挤压 挤压测试：挤压测试： 一、比较正向挤压与反向挤压的优缺点一、比较正向挤压与反向挤压的优缺点 二、挤压筒内金属的分区及其对制品品质二、挤压筒内金属的分区及其对制品品质的影响的影响 三、比较挤压效应与粗晶环的异同点三、比较挤压效应与粗晶环的异同点 四、建筑铝型材、大型铝型材的挤压特点四、建筑铝型材、大型铝型材的挤压特点 五、镁合金的挤压特点五、镁合金的挤压特点。