【文章內容簡介】 壓時的工作應力和等效應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，則在擠壓過程中，作用在擠壓筒工作內襯套上的等效應力值就越小。確定擠壓筒各層套的厚度尺寸，通常是先根據(jù)經驗初步確定某一數(shù)值，然后通過強度校核進行修正。 ~ 5倍，每層的厚度則根據(jù)內部受壓的空心圓筒，當各層襯套的外、內徑比值相等時的強度最大的原則來確定。對于二層套擠壓筒來說即：。但在生產實際中，考慮到外層套中有加熱孔以及鍵槽等而引起的強度降低，各層直徑比應保持為的關系。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)為了保證強度和質量，擠壓筒的尺寸可以適當放大，則D3/D1的比值在本設計中取4。對于12MN擠壓機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 。擠壓筒各項尺寸如下表31。表31 擠壓筒的各項尺寸擠壓機噸位/MN內襯套內徑D1 /mm內襯套外徑D2/mm外襯套外徑D3/mm比壓p/MPa擠壓筒長度Lt/mm12130234520905580 公盈值的確定擠壓筒各層套之間的配合是采用過盈量的熱裝配合。在擠壓筒裝配前，外套內徑略小于內套外徑，其差值就是過盈量。實際使用的擠壓筒，公盈值都是根據(jù)使用經驗選用非標準的，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，公盈值應選大些； (2)擠壓筒壁厚大時，公盈值應選小些； (3)多層套時，靠近內套的公盈值應大些。公盈值選擇合適時，可以延長擠壓筒的使用壽命。由公盈量引起的熱裝應力，以不超過擠壓筒工作時單位壓力的70%為宜。公盈值過大時，襯套可能產生塑性變形，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構配合直徑/mm公盈值/mm雙層套310~500~12MN擠壓筒內襯套外徑234mm。由于130mm擠壓筒擠壓比大，且為了保證擠壓時內外襯套不產生滑動，因此公盈值應選擇大一些。 擠壓筒強度校核擠壓筒各層套受力情況的計算：擠壓筒工作時受到的徑向壓應力p為： ，MPa (34)式中 P ——擠壓機公稱噸位，N ；F ——擠壓筒內徑斷面積 。由紅裝配合所產生的裝配預應力Pk為： , Mpa (35)擠壓筒可視為承受徑向壓力的厚壁圓筒，當其只受到內壓應力P1時（外壓P2＝0），所引起的切向（或環(huán)向）拉應力及徑向拉應力可按下式計算： ，Mpa (36) ，Mpa (37)而當擠壓筒只受到外壓應力P2時（內壓P1＝0），則所引起的壓應力及可按下式計算： ，Mpa (38)，Mpa (39)上述各式中：△C——過盈量 ；E——彈性模量，105 Mpa ； ； ； ； 。a，b分別為擠壓筒所計算套層的內、外半徑，r為計算半徑。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，在計算由于紅裝所產生的預應力時，對內套筒I而言，受外壓力，其a＝100mm，b＝180mm。對外套筒II而言，受內應力，其a＝180mm，b＝400mm。當計算由于擠壓時的工作壓力對各層套引起的應力時，其a、b數(shù)值的選取方法與上述相同。計算擠壓筒套受力情況，一般可只計算切向拉應力，而對徑向應力可不計算，因它是壓應力，對筒的強度影響不大。如果在計算中把和同時計算后，則將分別求出的合應力再按照第四強度理論，即式(310)求出其等效應力。 (310) 采用這樣的計算方法時，沒有考慮熱應力。擠壓筒內表面沿筒長方向徑向應力的不均勻性，對扁擠壓筒來講，沒有考慮各種不同工藝孔及鍵槽周圍應力的影響，沒有考慮軸向負荷等，因之它是不十分準確的，為了更好地掌握擠壓筒使用情況，對計算方法今后需更進一步研究。本設計擠壓筒各層套受力情況的計算如下：工作時，擠壓筒內套所受的徑向壓應力p為：由紅裝配合所產生的裝配預應力Pk為：式中 △C—— ；E——105 Mpa。對于I而言，所受的熱裝應力是壓應力（外壓），對II套而言，所受的熱裝應力則是拉應力（內壓）。I套內表面：計算半徑r＝65mm，由Pk引起的應力如下：I套外表面：計算半徑r=117mmII套由熱裝配合產生內壓，其內徑計算半徑為r=117mm，內壓Ⅱ套外表面：計算半徑r=260mm擠壓筒在擠壓過程中受到工作壓應力p=905MPa時，對各層套產生的應力在I套內表面上計算半徑r＝65mm，內壓在I層套與II層套的接觸表面上，計算半徑r＝117mm在II層套的外表面上，計算半徑r＝260mm把以上計算的應力迭加后變成合成應力，列在表33中，擠壓筒各層套的應力分布如圖37所示。表33 擠壓筒受力計算結果擠壓筒計算半徑/mm熱裝應力/Mpa工作應力/MPa合成應力/Mpa內襯套654740+1026905+552905117308166+356235+48401外襯套117+251166+356235+607401260+850+1200+2050I套r=100mm處的等效應力：I套r=180mm處的等效應力 II套r=180mm處的等效應力II套r=400mm處的等效應力擠壓筒使用的鋼材要求耐熱、耐壓、耐磨損，且導熱性要好，同時還必須有良好的加工性。本設計內外襯套均采用3Cr2W8V鋼，因為3Cr2W8V鋼在400℃時的為1373MPa。、均小于。所以3Cr2W8V鋼可以滿足擠壓筒的強度要求。 圖36 雙層擠壓筒應力分布圖. 擠壓軸設計 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，使金屬在擠壓筒內產生塑性變形并從?？字辛鞒龀蔀橹破?。擠壓型材用實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)擠壓筒的內孔直徑大小來確定。臥式擠壓機擠壓軸的軸桿直徑一般比擠壓筒內孔直徑小4mm~10mm，大型擠壓機可達到20mm；立式擠壓機的小2~5mm。本設計中因擠壓筒內徑較小，所以選擠壓軸的軸桿直徑d比擠壓筒內徑小5mm，則軸桿直徑d為128mm。圖37 實心擠壓軸尺寸參數(shù)圖 擠壓軸長度l的確定擠壓軸是由軸桿、軸座及過渡圓錐三部分構成。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，其長度應比擠壓筒的長度大15 ~ 20mm；軸座部分的長度和直徑是根據(jù)軸支承的相應部分的尺寸來確定；過渡圓錐部分的長度是根據(jù)錐面斜角的大小計算確定。其中擠壓桿的總長度l可按下式確定： (311)式中 l1 ——軸支承的長度，mm；l2 ——擠壓筒的長度，mm；l3 ——增加量，不小于10mm。本設計中：l1 = 128mm；l2 = 580mm ；l3 = 10mm 。l = l1 + l2 + l3 = 128+580+10 =718㎜本設計中取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。 擠壓軸強度校核擠壓軸在工作中不僅受到壓應力作用，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面計算為了防止擠壓軸在使用過程中端面壓塌，作用在擠壓軸端面上的最大單位壓力（面壓）應不大于擠壓軸材料的許用壓縮應力。即： (312)式中 P — 擠壓機的額定擠壓力，N；F — 擠壓軸端面面積，mm2；[σ]壓 — 擠壓軸材料的許用壓縮應力。在400℃時，對于5CrNiMo鋼，取[σ]壓=950MPa；對于3Cr2W8V鋼，取[σ]壓=1100MPa。（2）縱向彎曲應力計算在擠壓時，擠壓軸所受到的全應力σn應等于其所受到的壓應力σ180。 和彎矩所引起的應力σ 的總和，即：σn =σ180。 +σ (313)由擠壓力所產生的壓應力σ180。 可由下式計算： (314)式中 P — 擠壓機的額定壓力，N；F — 擠壓軸的橫截面面積，mm2；φ — 許用應力的折減系數(shù)，其取值與擠壓軸的柔度（細長比）λ和材料有關，一般φ=； [σ]穩(wěn) — 穩(wěn)定條件下的許用應力，[σ]穩(wěn)≈ φ[σs]，MPa。由彎曲力矩M所產生的應力σ為： (315)式中 W — 擠壓軸截面模數(shù)，；l — 偏心距，最大可達擠壓筒與擠壓軸直徑差之半；即（D 0 – d ）/ 2；擠壓軸的柔度λ可用下式計算： (316)式中 μ — 長度系數(shù)，取μ = ~ ；L — 擠壓軸的工作長度；i — 擠壓軸截面的慣性半徑，對圓擠壓軸為d /4。（3）擠壓軸的穩(wěn)定性計算當擠壓軸的柔度λ＞100時，應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 — 擠壓軸的有效長度。若P k ≥ P / n，認為擠壓軸的穩(wěn)定性較好，可滿足生產要求；若P k ＜ P / n，則擠壓軸在生產時可能失穩(wěn)。一般來說，當擠壓軸的工作長度與其直徑之比小于5時，不會產生縱向失穩(wěn)。本設計擠壓軸強度校核計算過程如下：若選用5CrNiMo鋼，[σ]壓=950MPa，即p面[σ]壓，擠壓軸在使用過程中不會壓塌。[σ]穩(wěn)σn =σ180。 +σ=1093MPa[σ]壓即縱向彎曲應力校核通過。100可以不用校核擠壓軸的穩(wěn)定性，安全起見，本設計中還是校核了，過程如下：擠壓軸穩(wěn)定性較好，可以滿足生產要求。[6]. 擠壓墊設計擠壓墊是用來將擠壓軸與高溫錠坯隔開，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早磨損，延長擠壓軸的使用壽命。同時，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構形式如圖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摩擦，一般采用一端帶凸緣（工作帶）的擠壓墊。工作時，帶凸緣一端與錠坯接觸，另一端與擠壓軸接觸，本設計中采用此種墊片形式。近年來，為了簡化生產工藝，提高生產效率，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方法，如圖39b所示。擠壓墊是由內墊和外墊組成，用螺栓固定在擠壓軸上。內墊在受到壓力前突出外墊1mm左右。擠壓時，受到壓力作用后，內墊縮進，迫使外墊漲開，實現(xiàn)對擠壓筒的密封。擠壓結束后，作用在擠壓墊上的壓力消失，內、外墊恢復原狀。內墊重新伸出外墊，推動殘料使其與擠壓墊分離。采用固定墊擠壓時，要求擠壓機的對中性好，剪刀動作要精確，同時應潤滑擠壓墊。 圖39 擠壓墊的結構形式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的結構形式。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，擠壓筒直徑大時取上限，擠壓筒直徑小時取下限?！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，殘留在擠壓筒內的金屬殘片在下次擠壓時被包在制品上形成起皮、分層等缺陷