挤压与挤压模具设计

【挤压与挤压模具设计】挤压部分一：挤压的基本方法有哪几种？各有何特点？答：《1》正向挤压，特点是：金属的流动方向与挤压杆的运动方向相同，其主要的特征是铸锭与挤压筒内壁有相对滑动，二者之间存在着很大的摩擦。《2》反向挤压，其特点是金属的流动方向与挤压杆的运动方向相反。金属与挤压筒内壁间无相对运动，继而无外摩擦。二：试述正向挤压时金属在变形区的变形规律与流动规律。答：《1》变形规律：外层金属变形程度大于中心的变形程度，后端变形大于前端变形。《2》流动规律：中心金属流动速度大于边部金属流动速度。三：挤压法与其它热加工方法相比具有那些特点？答：《1》优点：《1》壁轧制具有更强的三向压应力状态图，可发挥其最大的塑性。（2）具有极大的灵活性，适宜生存小批量多品种多规格的产品。（3）产品尺寸精度高，表面质量好（4）实现生产自动化和封闭化比较容易。《2》缺点：（1）金属的固定废料（挤压余量挤压缩尾挤压料头）损失较大（2）加工速度低（避免塑性区间）（3）沿长度和断面的组织和性能不够均一（4）工具消耗大。四：正像挤压过程分为哪几个阶段？各阶段的金属流动有何特点？答：《1》开始挤压阶段：特点是在挤压杆的作用下，金属产生径向流动填充间隙和模孔。《2》基本挤压阶段：特点是筒内的铸锭金属不发生中心层与外层的紊乱流动，即铸锭外层金属出模后仍旧在制品的外层，不会流到制品的中心，铸锭断面径向上的金属质点，总是中心部分首先流入变形区，外层流动的较慢，形成难变形区。《3》终了挤压阶段：特点是桶内金属产生剧烈的径向流动，即紊流。外层金属流入内层或中心的同时，难变形区内的金属也开始向模孔流动，从而产生缩尾。五：稳定挤压阶段变形区内有那三种特殊变形区域，各起何作用？答：《1》前端难变形区：作用是阻碍金属表面氧化物流到制品表面上,对产品表面质量有好处。《2》后端难变形区：作用是阻止锭表面的金属氧化物过早流入制品内部形成挤压缩尾。《3》剧烈滑移区：对某些合金组织性能有一定的影响，如：LY12.LC4会出现淬火粗晶环，对铝青铜由于晶粒破碎严重会导致表面硬度超高。对一些热塑性差的金属易产生皮下缩尾。六：挤压缩尾有哪几种形式？如何形成？减少和消除的措施？答：《1》：包括中心缩尾，环形缩尾，皮下缩尾；《2》形成机理（1)中心缩尾是在挤压后期由于外层金属径向流动时将铸抷表面上常有的氧化皮偏析瘤杂质或油污一起带入制品中心，且彼此不可焊合，从而破坏挤压制品所应有的致密性和连续性形成缩尾；（2）环形缩尾是堆积在挤压垫和挤压筒交界角落处的金属沿着后端难变形区的界面流向制品中间层形成缩尾；（3）皮下缩尾是剧烈滑移区金属和死区金属之间发生断裂或者形成滞留区，死区金属参与流动而包覆在制品的表面，形成分层或起皮。《3》减少措施：（1）选用适当的工艺条件，使金属流动不均匀性的以改善，减少锭呸尾部径向流动的可能性。（2）进行不完全挤压，即在缩尾前停止挤压（3）进行脱皮挤压（4）机械加工锭呸表面，使径向流动进入制品中心的金属纯净，消除缩尾现象七：影响金属挤压时金属变形不均匀的因素有哪些，如何影响？答：《1》接触摩擦与润滑：挤压筒壁上摩擦小时，变形区小且集中在模孔附近，摩擦力大时变形区和死去的高度都会增大，金属流动的很不均匀，并会促使外层金属过早的向中心流动而形成较长的挤压缩尾《2》工具与锭呸温度：（1）由于工具的冷却作用，金属导热性的作用，以及润滑剂导热性能的作用，使得锭呸的内外温度不均，挤压时金属外层变形抗力不均，导致流动不均匀。挤压筒的冷却作用越强，内外温度越不均，对于同种合金，金属加热温度升高则导热性能降低致使锭呸表面温度分布不均，变形抗力不均，从而金属流动不均，且润滑剂的导热性能越好，锭呸断面的温度分布越不均匀。（2）对于合金相变，其合金相随温度升高而降低，流动不均匀强度增加。（3）温度对摩擦系数的影响，温度越高摩擦系数越大，流动越不均匀。《3》金属强度特性的影响：强度高的金属往往比强度低的金属变形更均匀，对同一种金属来说，低温时强度高，其流动要比高温时的均匀。《4》工具结构与形状的影响：（1）挤压模，模角越大，流动越不均匀。采用多孔挤压，可以增加非轴对称型材挤压式的金属流动均性。对于良好焊接性能的金属采用“组合模”，通过桥阻碍中心金属的流动从而使流动更均匀。（2）挤压筒:对于宽厚比较大的制品，采用扁挤压筒减少金属流动的不均匀性。（3）挤压垫：采取凸面或凹面的挤压垫，使填充挤压时铸抷外层先变形的金属部分平衡横断面上的流速差，使金属的流动更均匀。《5》变形程度：金属变形程度越大，变形和流动不均性越大，当变形不均匀性达到一定程度后，剪切变形深入内部而开始向均匀变形方向转变。八：挤压制品的组织与性能如何分布？答：挤压制品的组织沿长度方向上前端晶粒粗大后端细小，沿断面径向上中心晶粒粗大外层晶粒细小；其性能挤压制品内部与前端的强度低而延伸率高，外层与后端的强度高而延伸率低。九：挤压粗晶环有哪几种形式？形成机理？答：《1》形式包括：挤压粗晶环，淬火粗晶环，二次粗晶环；《2》机理：（1）挤压粗晶环形成机理：挤压过程中由于外层晶粒承受剧烈的剪切变形，其晶粒破碎和晶粒扭曲的程度比内部严重的多。从而降低了外层的再结晶温度，使晶粒形核以及核子长大的驱动力提高，挤压后的冷却过程中，由于静态再结晶而产生粗晶环,且温度越高粗晶环越厚；（2）淬火粗晶环形成机理：由于粗晶环多产生于可热处理强化的合金。在挤压过程中其强化相如MnAL6CrAL7等，在应力作用下部分强化相析出并聚集在晶界上使晶粒形核率和长大速度都下降。再结晶温度的提高阻碍了晶粒的长大和聚集，得到部分金属化合物析出，并聚集在晶界上的不完全组织（纤维组织）。淬火前加热时一般温度高，时间长使这些金属化合物重新溶入固熔体内，于是阻碍再结晶的条件消失,制品表层细小晶粒区的晶粒极易长大聚集而成为粗晶环（3）二次粗晶环：由于挤压金属变形程度大，使制品破碎严重的细晶粒在淬火加热时，以一次再结晶的晶粒作核，进而继续长大的粗晶环.十：挤压工模具包括哪几种？答：模子，穿孔针或芯棒，挤压垫，挤压杆和挤压筒十一：最大挤压筒和最小挤压筒依据什么原则来选择？答：最大挤压筒直径确定：应保证作用在垫片上的单位压力不低于所有挤压合金中最高一种的变形抗力。最小筒径确定：根据挤压轴的强度来定，显然筒越小，轴也需小，这时就需要校核轴的强度，在保证强度的前提下再确定最小筒径。十二：管棒挤压机根据穿孔系统位置分为几种？各有何特点？答：《1》后置式，其优点是穿孔系统与主缸之间是完全独立的，穿孔柱塞的行程比主柱塞的行程长，可实现随动针挤压，延长针的使用寿命。缺点是机身长，占地面积大，穿孔系统易倾斜，导致管子偏心，由于穿孔系统太长，刚性差。《2》侧置式，其特点是穿孔柱塞的行程比主柱塞的行程相同，不可实现随动针挤压，对其寿命不利，又因主缸后面安装主柱塞回程缸，机身也较长。《3》内置式，其特点是穿孔缸安装在主柱塞前端内部，从而机身较短。由于穿孔系统较短，刚性好导向性精确，管子不易偏心。穿孔缸和穿孔回程刚所需的工作液体各用一个套筒式导管供给，穿孔针可随主柱塞一起前进，实现随动针挤压，同时也可实现固定针挤压。缺点是因其位置有限穿孔力受一定限制，且维修和保养困难。十三：挤压工艺参数有哪几个？各自选择依据有哪些？答：《1》挤压温度：依据是合金状态图，高温塑性图，第二类再结晶图及生产车间的实际生产规格与设备性能，具体包括1）金属与合金的可挤压性，包括高温条件下金属与合金的变形抗力与塑性两个指标2）制品质量要求，包括制品的尺寸，组织与性能，表面质量及焊接性能3）挤压时的变形热4）生产车间的实际生产规程与设备性能。《2》金属流出速度：依据是挤压力极限曲线和热脆性曲线，包括（1）金属与合金的可挤压性（2）制品质量要求（3）设备能力限制《3》挤压比：依据是（1）金属与合金的可挤压性（2）制品质量要求（3）设备能力限制十四：挤压裂纹产生的原因及消除措施？答：《1》原因：由于挤压过程中金属的流动不均匀导致出现附加拉应力，一旦应力值达到在该温度下的抗拉强度时，产生裂纹。挤压时，随着裂纹深入，能量消耗，金属内的附加拉应力降低，当第一条裂纹扩展到一定深度时裂纹附近的拉应力场消失裂纹扩展停止，无论是第一条裂纹是否正在扩展，只要制品表面应力与机械性能达到撕裂的条件，下一条裂纹立即形成并扩展，于是形成周期性裂纹。《2》消除措施：①在设备能力允许下降低T↓②控制温度—速度的关系，即T↑,V流↓,采用梯温加热、模拟等温挤压、水冷模等技术.③减少金属流动的不均匀性,采用润滑挤压,锥模挤压等,减少附加应力.④预热工具或采用短小铸锭,以减少内外前后温差.十五：挤压制品产生气泡和起皮的原因及消除措施？答：《1》原因：（1）铸锭质量不好内有气眼缩孔表面不好.（2）筒不清洁内有油、水、脏物、残屑.3）润滑剂太多.《2》消除措施：（1)采用适当的间隙值以外，还希望锭呸的长径比不大于3-4mm.（2)采用锭呸梯温加热方式。挤压模具部分一：按模孔断面形状可分为哪几种模子？各有何特点？答：分为《1》平模;其特点是（1）挤压时形成加大的死区，从而获得优良的制品表面（2）倘若死区断裂，将在制品表面引起起皮和分层，形成缩尾，（3）挤压力比较大，特别是在挤压高温高强的刚时，挤压孔会缩小。《2》锥形模，其特点是①挤压力较平模小，但表面质量下降；②模孔不易变形，寿命较长；③金属流动较均匀，缩尾减小。对一些高温高强度合金为减少挤压力和延长模子寿命，常用锥模挤压。《3》平锥模，其特点是综合了平模和锥模的优点，既能形成死区获得优良的制品质量，又能减小挤压力。《4》双锥模，其特点是其特点是综合了平模和锥模的优点，且在挤压铜合金时能提高其使用寿命，在挤压铝合金时能增大轴向拉应力，从而利于提高挤压速度等。二：挤压模设计中有哪几个基本要素？答：包括模角、工作带直径，工作带长度，出口直径，入口圆角半径，模子的外形尺寸三：为什么要采用多孔模挤压？多孔模设计中模孔数目n如何确定？答：《1》原因是（1）提高挤压机的生产效率（2）为了限制挤压比过大而引起的挤压力太高（3)受料台长度有限使挤出的制品不能太长。《2》在仅考虑产品机械性能时，四：型材模具设计需要解决那两个问题？答;主要解决金属流动的不均匀性和模子的强度问题。《1》型材本身失去对称性，型材与锭呸间的形状也失去对称性，构成了非对称性流动。《2》型材各处的壁厚不同，壁薄处的比表面大于壁厚处的比表面，所以金属冷却变形抗力大，摩擦力也大，又壁薄处的变形程度大于壁厚处的变形程度，所以流动速度慢。五：型材设计时，调整金属流动不均匀有哪些措施？答：《1》型材的重心布置在模子的中心上。《2》采用对称位置布置模孔《3》采用不等长的工作带《4》采用阻碍角或促流斜面《5》采用平衡模孔《6》采用附加筋条六：模具制造关键在于那几个方面？答：1)最佳的热处理工艺;2)加工出高精度的尺寸和形状;3)高光洁度及最合适硬度的表面；七：试述电火花加工特点？答：《1》能“以柔克刚”，所用的电极材料不须比工件材料硬，所以，它便于加工机械加工方法难于加工或无法加工的特殊材料，不必像切削加工那样担心刀具不过硬而无法切削。《2》加工时工具电极与工件不接触，两者之间的宏观作用力极小，所以，它便于加工小孔、窄缝零件，对于各种型孔，立体、曲面、复杂形状的工件，均可采用成型电极一次加工。在挤压模具加工中大多是电火花加工来加工模子出口带八：试述电火花线切割加工的特点？答：《1》不需要制造电极《2》不必考虑电极丝的损耗，因在加工过程中电极丝是以一定的速度移动着的，始终是对未经电蚀加工的部分进行加工，故可不考虑电极丝的损耗。《3》能加工出精密细小，形状复杂的零件。线切割用的电极丝非常细，直径为0.04—0.2mm（常用0.12mm），所以可加工最小为0.05—0.07mm的窄缝小圆角半径的锐角（R≤0.03mm）等。九：对热挤压模具钢的性能要求有哪些？答：《1》高的强度和硬度值，一般要求在常温下，σb应大于500Mp《2》高的耐热性，不过早地产生退火和回火现象，在工作温度下，σs不应小于1000