【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 壓時(shí)的工作應(yīng)力和等效應(yīng)力的分布和大小均有很大影響。擠壓筒襯套的層數(shù)越多，各層厚度比值越合理，則在擠壓過(guò)程中，作用在擠壓筒工作內(nèi)襯套上的等效應(yīng)力值就越小。確定擠壓筒各層套的厚度尺寸，通常是先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)初步確定某一數(shù)值，然后通過(guò)強(qiáng)度校核進(jìn)行修正。 ~ 5倍，每層的厚度則根據(jù)內(nèi)部受壓的空心圓筒，當(dāng)各層襯套的外、內(nèi)徑比值相等時(shí)的強(qiáng)度最大的原則來(lái)確定。對(duì)于二層套擠壓筒來(lái)說(shuō)即：。但在生產(chǎn)實(shí)際中，考慮到外層套中有加熱孔以及鍵槽等而引起的強(qiáng)度降低，各層直徑比應(yīng)保持為的關(guān)系。擠壓筒各層套的厚度如圖33所示：圖33 擠壓筒各層套的厚度兩層套擠壓筒各層套之間合理直徑比為： ； (33)為了保證強(qiáng)度和質(zhì)量，擠壓筒的尺寸可以適當(dāng)放大，則D3/D1的比值在本設(shè)計(jì)中取4。對(duì)于12MN擠壓機(jī)則各層套擠壓筒直徑為：D1=130mm 。D2=(4+1)D1=(4+1)130=234mm 。D3=4D1=4130=520mm則 ； 。滿足 。擠壓筒各項(xiàng)尺寸如下表31。表31 擠壓筒的各項(xiàng)尺寸擠壓機(jī)噸位/MN內(nèi)襯套內(nèi)徑D1 /mm內(nèi)襯套外徑D2/mm外襯套外徑D3/mm比壓p/MPa擠壓筒長(zhǎng)度Lt/mm12130234520905580 公盈值的確定擠壓筒各層套之間的配合是采用過(guò)盈量的熱裝配合。在擠壓筒裝配前，外套內(nèi)徑略小于內(nèi)套外徑，其差值就是過(guò)盈量。實(shí)際使用的擠壓筒，公盈值都是根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)選用非標(biāo)準(zhǔn)的，其值取配合直徑的1/700 ~ 1/1000。選取公盈值的原則是：(1)工作壓力愈大時(shí)，公盈值應(yīng)選大些； (2)擠壓筒壁厚大時(shí)，公盈值應(yīng)選小些； (3)多層套時(shí)，靠近內(nèi)套的公盈值應(yīng)大些。公盈值選擇合適時(shí)，可以延長(zhǎng)擠壓筒的使用壽命。由公盈量引起的熱裝應(yīng)力，以不超過(guò)擠壓筒工作時(shí)單位壓力的70%為宜。公盈值過(guò)大時(shí)，襯套可能產(chǎn)生塑性變形，造成更換的困難。公盈值的選擇范圍如表32所示。表32 擠壓筒配合公盈值范圍擠壓筒結(jié)構(gòu)配合直徑/mm公盈值/mm雙層套310~500~12MN擠壓筒內(nèi)襯套外徑234mm。由于130mm擠壓筒擠壓比大，且為了保證擠壓時(shí)內(nèi)外襯套不產(chǎn)生滑動(dòng)，因此公盈值應(yīng)選擇大一些。 擠壓筒強(qiáng)度校核擠壓筒各層套受力情況的計(jì)算：擠壓筒工作時(shí)受到的徑向壓應(yīng)力p為： ，MPa (34)式中 P ——擠壓機(jī)公稱噸位，N ；F ——擠壓筒內(nèi)徑斷面積 。由紅裝配合所產(chǎn)生的裝配預(yù)應(yīng)力Pk為： , Mpa (35)擠壓筒可視為承受徑向壓力的厚壁圓筒，當(dāng)其只受到內(nèi)壓應(yīng)力P1時(shí)（外壓P2＝0），所引起的切向（或環(huán)向）拉應(yīng)力及徑向拉應(yīng)力可按下式計(jì)算： ，Mpa (36) ，Mpa (37)而當(dāng)擠壓筒只受到外壓應(yīng)力P2時(shí)（內(nèi)壓P1＝0），則所引起的壓應(yīng)力及可按下式計(jì)算： ，Mpa (38)，Mpa (39)上述各式中：△C——過(guò)盈量 ；E——彈性模量，105 Mpa ； ； ； ； 。a，b分別為擠壓筒所計(jì)算套層的內(nèi)、外半徑，r為計(jì)算半徑。如圖34。 圖34 擠壓筒受力示意圖 圖35 雙層套擠壓筒例如圖35所示的雙層套擠壓簡(jiǎn)，在計(jì)算由于紅裝所產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力時(shí)，對(duì)內(nèi)套筒I而言，受外壓力，其a＝100mm，b＝180mm。對(duì)外套筒II而言，受內(nèi)應(yīng)力，其a＝180mm，b＝400mm。當(dāng)計(jì)算由于擠壓時(shí)的工作壓力對(duì)各層套引起的應(yīng)力時(shí)，其a、b數(shù)值的選取方法與上述相同。計(jì)算擠壓筒套受力情況，一般可只計(jì)算切向拉應(yīng)力，而對(duì)徑向應(yīng)力可不計(jì)算，因它是壓應(yīng)力，對(duì)筒的強(qiáng)度影響不大。如果在計(jì)算中把和同時(shí)計(jì)算后，則將分別求出的合應(yīng)力再按照第四強(qiáng)度理論，即式(310)求出其等效應(yīng)力。 (310) 采用這樣的計(jì)算方法時(shí)，沒(méi)有考慮熱應(yīng)力。擠壓筒內(nèi)表面沿筒長(zhǎng)方向徑向應(yīng)力的不均勻性，對(duì)扁擠壓筒來(lái)講，沒(méi)有考慮各種不同工藝孔及鍵槽周圍應(yīng)力的影響，沒(méi)有考慮軸向負(fù)荷等，因之它是不十分準(zhǔn)確的，為了更好地掌握擠壓筒使用情況，對(duì)計(jì)算方法今后需更進(jìn)一步研究。本設(shè)計(jì)擠壓筒各層套受力情況的計(jì)算如下：工作時(shí)，擠壓筒內(nèi)套所受的徑向壓應(yīng)力p為：由紅裝配合所產(chǎn)生的裝配預(yù)應(yīng)力Pk為：式中 △C—— ；E——105 Mpa。對(duì)于I而言，所受的熱裝應(yīng)力是壓應(yīng)力（外壓），對(duì)II套而言，所受的熱裝應(yīng)力則是拉應(yīng)力（內(nèi)壓）。I套內(nèi)表面：計(jì)算半徑r＝65mm，由Pk引起的應(yīng)力如下：I套外表面：計(jì)算半徑r=117mmII套由熱裝配合產(chǎn)生內(nèi)壓，其內(nèi)徑計(jì)算半徑為r=117mm，內(nèi)壓Ⅱ套外表面：計(jì)算半徑r=260mm擠壓筒在擠壓過(guò)程中受到工作壓應(yīng)力p=905MPa時(shí)，對(duì)各層套產(chǎn)生的應(yīng)力在I套內(nèi)表面上計(jì)算半徑r＝65mm，內(nèi)壓在I層套與II層套的接觸表面上，計(jì)算半徑r＝117mm在II層套的外表面上，計(jì)算半徑r＝260mm把以上計(jì)算的應(yīng)力迭加后變成合成應(yīng)力，列在表33中，擠壓筒各層套的應(yīng)力分布如圖37所示。表33 擠壓筒受力計(jì)算結(jié)果擠壓筒計(jì)算半徑/mm熱裝應(yīng)力/Mpa工作應(yīng)力/MPa合成應(yīng)力/Mpa內(nèi)襯套654740+1026905+552905117308166+356235+48401外襯套117+251166+356235+607401260+850+1200+2050I套r=100mm處的等效應(yīng)力：I套r=180mm處的等效應(yīng)力 II套r=180mm處的等效應(yīng)力II套r=400mm處的等效應(yīng)力擠壓筒使用的鋼材要求耐熱、耐壓、耐磨損，且導(dǎo)熱性要好，同時(shí)還必須有良好的加工性。本設(shè)計(jì)內(nèi)外襯套均采用3Cr2W8V鋼，因?yàn)?Cr2W8V鋼在400℃時(shí)的為1373MPa。、均小于。所以3Cr2W8V鋼可以滿足擠壓筒的強(qiáng)度要求。 圖36 雙層擠壓筒應(yīng)力分布圖. 擠壓軸設(shè)計(jì) 擠壓軸斷面尺寸確定擠壓軸是與擠壓筒及穿孔針配套使用的最重要的工具之一。擠壓軸的主要作用是傳遞主柱塞的壓力，使金屬在擠壓筒內(nèi)產(chǎn)生塑性變形并從?？字辛鞒龀蔀橹破贰D壓型材用實(shí)心擠壓軸的尺寸參數(shù)如圖37所示。擠壓軸的軸桿直徑d根據(jù)擠壓筒的內(nèi)孔直徑大小來(lái)確定。臥式擠壓機(jī)擠壓軸的軸桿直徑一般比擠壓筒內(nèi)孔直徑小4mm~10mm，大型擠壓機(jī)可達(dá)到20mm；立式擠壓機(jī)的小2~5mm。本設(shè)計(jì)中因擠壓筒內(nèi)徑較小，所以選擠壓軸的軸桿直徑d比擠壓筒內(nèi)徑小5mm，則軸桿直徑d為128mm。圖37 實(shí)心擠壓軸尺寸參數(shù)圖 擠壓軸長(zhǎng)度l的確定擠壓軸是由軸桿、軸座及過(guò)渡圓錐三部分構(gòu)成。其中軸桿部分要保證能夠把壓余和擠壓墊從擠壓筒中推出，其長(zhǎng)度應(yīng)比擠壓筒的長(zhǎng)度大15 ~ 20mm；軸座部分的長(zhǎng)度和直徑是根據(jù)軸支承的相應(yīng)部分的尺寸來(lái)確定；過(guò)渡圓錐部分的長(zhǎng)度是根據(jù)錐面斜角的大小計(jì)算確定。其中擠壓桿的總長(zhǎng)度l可按下式確定： (311)式中 l1 ——軸支承的長(zhǎng)度，mm；l2 ——擠壓筒的長(zhǎng)度，mm；l3 ——增加量，不小于10mm。本設(shè)計(jì)中：l1 = 128mm；l2 = 580mm ；l3 = 10mm 。l = l1 + l2 + l3 = 128+580+10 =718㎜本設(shè)計(jì)中取L1為40，斜面角度α選擇45186。，則軸支撐直徑D=(12840)tan(45176。)2+128=304mm，取295mm。 擠壓軸強(qiáng)度校核擠壓軸在工作中不僅受到壓應(yīng)力作用，還受到偏心載荷作用（如圖38所示），后者主要是由于擠壓軸與擠壓筒不可能完全同心所造成。擠壓軸的強(qiáng)度校核主要就是校核擠壓軸工作端面的面壓、軸的縱向彎曲應(yīng)力和穩(wěn)定性。圖38 擠壓軸受力分析圖（1）擠壓軸的面壓的p面計(jì)算為了防止擠壓軸在使用過(guò)程中端面壓塌，作用在擠壓軸端面上的最大單位壓力（面壓）應(yīng)不大于擠壓軸材料的許用壓縮應(yīng)力。即： (312)式中 P — 擠壓機(jī)的額定擠壓力，N；F — 擠壓軸端面面積，mm2；[σ]壓 — 擠壓軸材料的許用壓縮應(yīng)力。在400℃時(shí)，對(duì)于5CrNiMo鋼，取[σ]壓=950MPa；對(duì)于3Cr2W8V鋼，取[σ]壓=1100MPa。（2）縱向彎曲應(yīng)力計(jì)算在擠壓時(shí)，擠壓軸所受到的全應(yīng)力σn應(yīng)等于其所受到的壓應(yīng)力σ180。 和彎矩所引起的應(yīng)力σ 的總和，即：σn =σ180。 +σ (313)由擠壓力所產(chǎn)生的壓應(yīng)力σ180。 可由下式計(jì)算： (314)式中 P — 擠壓機(jī)的額定壓力，N；F — 擠壓軸的橫截面面積，mm2；φ — 許用應(yīng)力的折減系數(shù)，其取值與擠壓軸的柔度（細(xì)長(zhǎng)比）λ和材料有關(guān)，一般φ=； [σ]穩(wěn) — 穩(wěn)定條件下的許用應(yīng)力，[σ]穩(wěn)≈ φ[σs]，MPa。由彎曲力矩M所產(chǎn)生的應(yīng)力σ為： (315)式中 W — 擠壓軸截面模數(shù)，；l — 偏心距，最大可達(dá)擠壓筒與擠壓軸直徑差之半；即（D 0 – d ）/ 2；擠壓軸的柔度λ可用下式計(jì)算： (316)式中 μ — 長(zhǎng)度系數(shù)，取μ = ~ ；L — 擠壓軸的工作長(zhǎng)度；i — 擠壓軸截面的慣性半徑，對(duì)圓擠壓軸為d /4。（3）擠壓軸的穩(wěn)定性計(jì)算當(dāng)擠壓軸的柔度λ＞100時(shí)，應(yīng)按照歐拉公式校核擠壓軸的穩(wěn)定性：P k ≥ P / n (317) 式中 n — 強(qiáng)度安全系數(shù)，取n = ~ ； (318)式中 P k — 許可的最大臨界載荷。E — 擠壓軸材料的彈性模量，取E = 105MPa；J — 擠壓軸斷面慣性矩，J = πd4/64；l — 擠壓軸的有效長(zhǎng)度。若P k ≥ P / n，認(rèn)為擠壓軸的穩(wěn)定性較好，可滿足生產(chǎn)要求；若P k ＜ P / n，則擠壓軸在生產(chǎn)時(shí)可能失穩(wěn)。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)擠壓軸的工作長(zhǎng)度與其直徑之比小于5時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生縱向失穩(wěn)。本設(shè)計(jì)擠壓軸強(qiáng)度校核計(jì)算過(guò)程如下：若選用5CrNiMo鋼，[σ]壓=950MPa，即p面[σ]壓，擠壓軸在使用過(guò)程中不會(huì)壓塌。[σ]穩(wěn)σn =σ180。 +σ=1093MPa[σ]壓即縱向彎曲應(yīng)力校核通過(guò)。100可以不用校核擠壓軸的穩(wěn)定性，安全起見(jiàn)，本設(shè)計(jì)中還是校核了，過(guò)程如下：擠壓軸穩(wěn)定性較好，可以滿足生產(chǎn)要求。[6]. 擠壓墊設(shè)計(jì)擠壓墊是用來(lái)將擠壓軸與高溫錠坯隔開(kāi)，防止擠壓軸與高溫錠坯直接接觸，避免擠壓軸端部變形和過(guò)早磨損，延長(zhǎng)擠壓軸的使用壽命。同時(shí)，可防止金屬倒流，避免出現(xiàn)包軸事故。 擠壓墊尺寸確定擠壓墊的結(jié)構(gòu)形式如圖39所示。圖39a是常用的普通擠壓墊，為了減小擠壓墊與變形金屬的粘結(jié)摩擦，一般采用一端帶凸緣（工作帶）的擠壓墊。工作時(shí)，帶凸緣一端與錠坯接觸，另一端與擠壓軸接觸，本設(shè)計(jì)中采用此種墊片形式。近年來(lái)，為了簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝，提高生產(chǎn)效率，減少擠壓殘料，提高成品率，研制成功了一種固定擠壓墊生產(chǎn)方法，如圖39b所示。擠壓墊是由內(nèi)墊和外墊組成，用螺栓固定在擠壓軸上。內(nèi)墊在受到壓力前突出外墊1mm左右。擠壓時(shí)，受到壓力作用后，內(nèi)墊縮進(jìn)，迫使外墊漲開(kāi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)擠壓筒的密封。擠壓結(jié)束后，作用在擠壓墊上的壓力消失，內(nèi)、外墊恢復(fù)原狀。內(nèi)墊重新伸出外墊，推動(dòng)殘料使其與擠壓墊分離。采用固定墊擠壓時(shí)，要求擠壓機(jī)的對(duì)中性好，剪刀動(dòng)作要精確，同時(shí)應(yīng)潤(rùn)滑擠壓墊。 圖39 擠壓墊的結(jié)構(gòu)形式a普通擠壓墊；b固定擠壓墊（1）擠壓墊的外徑尺寸D1的確定擠壓墊的外徑尺寸主要取決于擠壓筒的直徑和擠壓機(jī)的結(jié)構(gòu)形式。擠壓墊的外徑尺寸D1可由下式確定：D1 = D 0－△D (319) 式中 D 0 — 擠壓筒直徑，mm；△D — 擠壓筒直徑與擠壓墊外徑之差?！鱺，擠壓筒直徑大時(shí)取上限，擠壓筒直徑小時(shí)取下限?！鱀的取值不能太大，否則易造成金屬倒流，可能形成局部脫皮擠壓，殘留在擠壓筒內(nèi)的金屬殘片在下次擠壓時(shí)被包在制品上形成起皮、分層等缺陷