【正文】 d? 臥 式 — ≤100 1～ 3 1～ 5 100～ 300 5 ≥300 10 立 式 6 75～ 120 1～ 2 KhLLLL )( 3210 ???? ?3L銅陵學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 第 3 章 擠壓 設(shè)備的計(jì)算與選擇 擠壓力 及擠壓設(shè)備 擠壓過程中 ，為了使金屬能夠順利從?？字辛鞒?，需要施加一個通過擠壓桿與擠壓墊作用在錠坯的外力稱為擠壓力。由于擠壓力通過擠壓桿，所以擠壓力受其的影響。平時所說的擠壓力為擠壓突破壓力即 Pmax。擠壓力是制定擠壓工藝、選擇與校核擠壓設(shè)備與工模具的強(qiáng)度的重要依據(jù)。 影響擠壓力的主要因素： （ 1）擠壓力與材料抵抗變形的有關(guān)，抵抗能力越強(qiáng)擠壓力越大； （ 2）錠坯的組織狀 態(tài)不同，擠壓力也就不同，金屬組織越均勻擠壓力越??； （ 3）擠壓力的大小與錠坯的規(guī)格也有關(guān)，主要是產(chǎn)生的摩擦力產(chǎn)對其影響。粗、長的錠坯，擠壓力大； （ 4）擠壓比越大擠壓力也就越大，一般來說兩者成正比關(guān)系； （ 5）變形溫度主要是通過變形抗力的大小對擠壓力產(chǎn)生影響。隨著溫度增大，金屬軟化，變形能力增大，擠壓力變小。 （ 6） 擠壓速率也會影響到擠壓力 ， 內(nèi)因也是由于變形能力的影響 。 在相同情況下，擠壓力隨擠壓速率直線增大 。 （ 7） 由于摩擦的存在阻礙錠坯的運(yùn)動會增大擠壓力 。 （ 8）模角 增大會使錠坯在變形區(qū)會產(chǎn)生附加彎矩增 大，同時又會降低變形區(qū)的空間 ，減小與變形區(qū)接觸的長度 ， 這兩方面互相疊加影響，則會形成一個模角使得擠壓力最小，即最佳模角。 一般情況下， 最佳 模角 根據(jù)模子結(jié)構(gòu)而變化 。 最佳模角確定 如圖 31 所示。 擠壓力計(jì)算 已知條件：在臥式擠壓機(jī)上將 Φ 2801000mm 的錠坯擠壓成 Φ 303mm 的銅管。擠壓筒 D0=290mm；擠壓溫度 Tj=700℃ :； 擠壓比 λ =120； MPa45?bσ 。采用 皮爾林公式 公式計(jì)算擠壓力。 皮爾林公式在結(jié)構(gòu)上由四部分組成 ， 其表達(dá)式為： P＝ Rs＋ Tt＋ Tzh＋ Tg Rs— 使錠坯產(chǎn)生塑性變形的力； Tt— 抵消擠壓筒內(nèi)壁的摩擦力； Tzh— 抵消變形區(qū)內(nèi)壁的摩擦 力 ； Tg— 抵消工作帶對其產(chǎn)生的摩擦 力。 （ 1） 使錠坯產(chǎn)生塑性變形的力 Rs 圖 31 擠壓力分量與模角的關(guān) 系 劉成成： 年產(chǎn) 4 萬噸 H68 黃銅管擠壓車間設(shè)計(jì) 12 （ 31) 式中 D0— 擠壓筒內(nèi)徑， mm； — 邊線球壓縮錐入口的 值與變形區(qū)壓縮錐出口的值 的算術(shù)平均值。但是 ，有 的研 究者 認(rèn)為 ，擠 壓時 的變 形程 度很 大， 建議 采用 幾何 平均 值確 定 值，即： （ 32） 錠坯經(jīng)過變形區(qū)的時間 ts： （ 33） 式中 λ — 擠壓比 ,120； — 金屬流出速度，本設(shè)計(jì)中取為 m/s； — 擠壓筒直徑 ,290mm； — 制品直徑 ,30mm。 代入數(shù)據(jù)得： = 根據(jù)上述計(jì)算得到擠壓比以及錠坯經(jīng)過變形區(qū) ts確定 硬化系數(shù) Cy可 得 ： Cy＝ 。帶入 公式（ 32）得： MPa 將 代入 公式（ 31） 得： Rs＝ （ 2） 抵消擠壓筒內(nèi)壁的摩擦力 （ 34） 式中 — 為填充擠壓后的錠坯長度， L0＝ LpD2p/D20=932mm； — 金屬塑性剪切應(yīng)力，潤滑擠壓時 St= =； — 為摩擦系數(shù)。 潤滑擠壓 時可取 ft＝ fzh＝ ； 代入公式得： tT = = （ 3） 抵消變形區(qū)內(nèi)壁的摩擦 力 Tzh； （ 35） 式中 D0— 擠壓筒直徑， mm； d1— 成品內(nèi)徑， mm； D1— 成品外徑， mm； 代入數(shù)據(jù)得 ： Tzh = . 0 2 40 . 0 3 0 . 0 2 40 . 2 2 ?? ）（ =。 zh20 SiDR S ??zhS0zhS 1zhSzhSM P ???? bzhS ?jv0D1Dst ???? ＝zhyzhzhzh SCSSS?zhSttt SfLDT 00??tf010 zhyzhzhzh SCSSS ????js DDt ???? /])0 3 3 ()1 0 [( 12021 ??? ?????0LtS zh0Szh11 1020zh SdD dDDT ）（?銅陵學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 （ 4） 抵消工作帶對其產(chǎn)生的摩擦 力 gT ； （ 36） 式中 fg — 工作帶壁上摩擦系數(shù) ，帶潤滑擠壓時取 ； hg— 工作帶 長度 ； Szh— 變形區(qū)出口處金屬塑性剪切應(yīng)力。 代入數(shù)據(jù)得： gT = 2 ????? ）（? = 所以求得擠壓棒材時的總擠壓力： gzhts TTTRP ???? = 擠壓設(shè)備的選擇 擠壓生產(chǎn)中最主要的設(shè)備是擠壓機(jī)，擠壓機(jī)的合理選擇對成品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、工模具使用壽命有著重大影響。常用的為機(jī)械和液壓擠壓機(jī)，兩者以傳動方式區(qū)分。傳統(tǒng)機(jī)械傳動擠壓機(jī)以其速度快而用于擠壓鋼材和冷擠壓方面。液壓傳動擠壓機(jī)是當(dāng)前利用最普遍的擠壓裝備。其中油壓機(jī)用的較為廣泛，水壓機(jī)多用于大噸位擠壓機(jī)。通常說的臥式和立式擠壓時是按結(jié)構(gòu)分的。兩者沒有原則性差異。擠壓機(jī)的分類如 表 31 所示。 表 31 擠壓機(jī)的分類應(yīng)用表 分類方式 類型 能力范圍 /MN 擠壓主要品種 按傳動方式 機(jī)械傳動 小型 短小沖擠或擠壓件 油壓（油泵直接傳動） ~ 管、棒、型材 水壓（水泵蓄勢器集中傳動） ~ 管、棒、型材 按結(jié)構(gòu)方式 立式 ~ 管材 臥式 ~196 管、棒、型材 按穿孔系統(tǒng) 單動（不帶穿孔系統(tǒng)） ~98 型、棒材 雙動（帶穿孔系統(tǒng)、內(nèi)置式） ~196 管、棒、型材 雙動（帶穿孔系統(tǒng)、外置式） ~196 管、棒、型材 按擠壓方式 正向擠壓 ~196 管、棒、型材 反向擠壓 ~98 優(yōu)質(zhì)管、棒、型材 聯(lián)合擠壓（正、反向） ~ 管、棒、型材 按行程距離 短行程 ~ 管、棒、型材 標(biāo)準(zhǔn)行程 ~196 管、棒、型材 按裝料方式 前裝料短行程 ~ 管、棒、型材 后裝料標(biāo)準(zhǔn)型 ~196 管、棒、型材 綜合比較各種擠壓設(shè)備，本次設(shè)計(jì)中，由于錠坯尺寸較長，擠壓制品內(nèi)徑較小，所以采用單動式臥式擠壓機(jī)。 選擇擠壓機(jī)的噸位時， 應(yīng)該考慮設(shè)備的安全性，噸位應(yīng)大于計(jì)算的擠壓力， 故本設(shè)計(jì)中選用的擠壓機(jī)最大擠壓力定為 50MN。 擠壓工具及其設(shè)計(jì) 完成擠壓過程所要的工具稱為擠壓工具，但不是所有的擠壓過程需要所有工具，根據(jù)zhgg11g SfhdDT ?? ）（ ??劉成成： 年產(chǎn) 4 萬噸 H68 黃銅管擠壓車間設(shè)計(jì) 14 擠壓制品的要求以及擠壓機(jī)類型來選取。擠壓工具一般包括： 模子、穿孔針或芯棒、擠壓墊、擠壓桿和擠壓筒。此外，還包括其他一些配件，對擠壓成品的影響不是太大。 擠壓模及其材質(zhì)的選擇 管材擠壓時常用的模具一般有兩種：一種是?？着c穿孔針一起組合成一個或多個環(huán)形通道，金屬錠坯擠壓后流過該環(huán)形通道即形成管材，其中 ，模孔是形成管材外徑，穿孔針形成管材制品的內(nèi)徑；另一種是用舌形模使金屬錠坯經(jīng)過擠壓形成幾股金屬流，在焊合室中經(jīng)過焊合后在經(jīng)過與模橋一體的模心配合模孔組成環(huán)形通道而形成管材。 選擇擠壓工具材料時應(yīng)根據(jù)擠壓工具所工作的具體條件且滿足下列條件：高溫強(qiáng)度大、硬度高、耐回火穩(wěn)定性、耐熱疲勞性、熱膨脹系數(shù)低、導(dǎo)熱性好以及良好的韌性和制造成本。當(dāng)然，一種材料不可能滿足全部的要求，所以選擇材料時應(yīng)視實(shí)際情況而定。表32 列舉了兩種模具鋼的性能。 表 32 常用工模具材料 鋼號 成分（ %） 試驗(yàn)溫度 /℃ σb /MPa /MPa Ψ /% δ /% HB 熱處理工藝 5CrMnMo 300 400 500 600 1150 1010 780 430 990 860 690 410 47 61 86 84 351 311 302 235 850℃ 油淬+600℃ 回火 3Cr2W8V 300 400 500 600 1520 1430 1280 1373 1363 15 429 429 405 325 1100℃ 油淬+550℃ 回火 本設(shè)計(jì)錠坯尺寸較長，擠壓制品內(nèi)徑較小，故本設(shè)計(jì)采用平面分流模。熱擠壓模工作環(huán)境較為惡劣，擠壓過程中承受高溫高壓以及較大的摩擦作用，引起模具使用壽命減小，成本提高。所以選擇具有高溫強(qiáng)度、耐熱性、抗熱磨損等較好的鋼種即 3Gr2W8V。 平面分流組合模工作原理及其特點(diǎn) 平面分流模的工作原理較舌形擠壓模大體相同，使用原料為實(shí)心錠坯，錠坯經(jīng)過分流孔時，由于分離橋的阻礙且擠壓力較大，金屬被分成幾股，然后流入 焊合室內(nèi)，在焊合室又被重新焊合，重新形成完整的金屬錠坯，然后，通過模心與模孔的間隙流出金屬，擠壓成尺寸和截面形狀符合一定要求的的管材和空心型材。平面分流模是在橋式舌形模的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，但實(shí)際上是橋式舌形模的一種演變，即把突橋改為平面橋，所以又稱平橋式舌形模。近幾年來，在用擠壓法生產(chǎn)空心型材中平面分流組合模占據(jù)主要地位，在不帶穿孔系統(tǒng)的擠壓機(jī)上得到廣泛使用，在生產(chǎn)各種尺寸規(guī)格和形狀的管材與空心型材中，已經(jīng)成為一種比較成熟的模具。平面分流組合模結(jié)構(gòu)較平模復(fù)雜，由兩部分組成：陽模（上模），陰模（下模），兩者通 過定位銷，聯(lián)結(jié)螺釘鏈接。 分流孔、分流橋與模芯在模陽上，分流孔被劈金屬流動通道，分流橋的作用是使金屬分成幾股金屬流，支撐模芯。下模主要是使重新聚合的金屬通過模孔形成成品形狀，主要部分是焊合室，?？祝ぷ鲙б约翱盏恫糠?。在焊合室重新形成的金屬錠坯是空心的，隨著金屬流不斷流入，所受壓力不斷增大，最終從模孔中擠出來，形成成品的形狀。 銅陵學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 平面分流模的主要優(yōu)點(diǎn)： （ 1）可擠壓雙孔或多孔的管材和斷面形狀較為復(fù)雜的空心型材，也可以同時擠壓多根管材或空心制品，橋式舌型模則很難實(shí)現(xiàn)甚至難以實(shí)現(xiàn)； （ 2）對于半空心型材，由于其懸 臂梁多大，采用分流模較為合理； （ 3）更換方便，模具容易加工，生產(chǎn)成本較低； （ 4）擠壓余量較小，材料與模具容易分離； （ 5）可以根據(jù)用戶需求，截取不同尺寸的成品； （ 6）擠壓一些復(fù)雜空心型材時，可以改變分流孔的大小、形狀和數(shù)目來保證成品的質(zhì)量，其他模具則較難實(shí)現(xiàn)。 （ 7）帶有錐度分流孔帶可以降低擠壓力，提供較大的變形量。 平面分流模擠壓的缺點(diǎn)： （ 1）焊縫較多，制品的組織和力學(xué)性能有一定的影響； （ 2）模子有較高的精度要求，擠壓多空管材是上下模中心線要對中； （ 3）擠壓力比平面、橋式舌型模模大； （ 4）有殘料、修模不方便。 平面分流模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （ 1） 分流比 分流比是指水龍頭孔的面積 ∑F K分的比例部分 F 區(qū)類型 ,即 :K =∑ K 點(diǎn) / F 型 ,分流比的大小直接影響金屬流動阻力的大小 ,產(chǎn)品成型和焊接質(zhì)量。高錳酸鉀值越大 ,金屬流動和焊接在一起 ,也可以降低擠出壓力。 k 值越小 ,擠壓的變形阻力越大 ,擠壓模 ,擠壓生產(chǎn)的使用都是不利的。一