压力加工：借助外力使金属产生塑性变形进而形成各种尺寸、形状和用途的零件和半成品。（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：
铸造，如轧机牌坊；铸造——机加工，如轧辊；铸造——压力加工，如钢轨；铸造——压力加工——机加工，如螺栓等。
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：轧制；挤压与拉拔；锻造与冲压主要产品有：
板、带、条、箔；轧制管、棒、型、线；挤压与拉拔各种零件如车轴、饭盒、洗衣机筒等；锻造与冲压
1）挤压与拉拔产品简介
A 管材
按截面形状分：圆管、型管如方、六角形管等；
按合金种类分：铝管、铜管、钢管等；
按生产方法分：挤制管、拉制管、焊管、铸管、盘管、无缝管等；
按用途分：空调管、压力表管、波导管、锅炉管、输油管、冷凝管、天线管等；
按性能分：M（退火态）、R（热态）、Y（硬态）、Y2（半硬态）、C（淬火态）、CZ（淬火自然时效态）、CS（淬火人工时效态）等；
此外：翅片管、蚊香管等。
B 棒、线材
棒材：D>6mm；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；
线材：D<6mm；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。
C 型材
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；
许多型材只能用压力加工法生产，如
钢轨、变断面型材
2）产品的生产方法
产品的生产一般可分两步;
坯料制取（开坯）：充分利用金属在高温时的塑性对其进行大变形量加工，如热挤、热轧、热锻。
制品的获得：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。
目前研究：近终形成形技术、短流程生产技术
挤压：生产灵活、产品质量好，适用于品种、规格多、产量小（有色金属）的场合，但成本高、成品率低；
斜轧穿孔：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，有色金属厂基本没有；
铸造：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；
轧管：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（使盘管生产得以实现），但形状、尺寸精度差；
拉拔：是获得精确尺寸、优质表面和性能的主要方法；
焊管：效率高、成本低，但性能、质量差。
先进工艺：挤压——轧管——（圆盘）拉拔——联合拉拔
水平连铸管坯——行星轧制——拉拔
挤压：适用于多品种、多规格、复杂断面；
连铸连轧：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；
型轧：适于单一品种、大批量产品的生产。
发展方向：
中小棒材：挤压（轧制）圆盘坯料后联合拉拔出成品；
线材：多模、高速方向发展。
2 基本概念
挤压：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。
欲完成挤压需有：
1）产生动力的装置：挤压机
2）传递动力、容纳坯料控制制品尺寸和形状的工具：
轴、筒、模、穿孔针、垫片、模座、锁键
过程：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。
3 基本方法
根据变形温度分：热挤压、冷挤压和温挤压；
根据变形特征分：正（向）挤压、反（向）挤压、连续挤压等。
方法有很多，但最基本的方法有以下两种：
1）正向挤压
制品流出的方向与挤压杆的运动方向相同。
特点：
1）存在较大的外摩擦（高温、高压），导致能耗大、变形不均匀（组织性能不均）,制品表面质量好；
2）操作方便、适用范围广，是目前最广泛应用的方法。
2）反向挤压
制品流出的方向与挤压杆的运动方向相反。
特点：
1）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（组织性能均匀）；
2）操作不方便、制品的尺寸范围小；
3）制品表面质量差。
此外还有：卧式挤压、立式挤压等。
注：
1）冷、热变形应以合金的再结晶温度界定，如Sn、Pb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
1）优点
A 可最大限度提高材料的变形能力，因此可加工脆性材料；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、模即可生产不同的制品），制品性能高。
2）缺点
A 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，原料成本高，占制品成本35％以上
B 生产率低
挤压速度低、辅助工序多
C 成品率低
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
D 制品组织性能不均匀。
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。
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，现以生产中广泛使用的简单挤压（单孔模正挤圆棒）过程为例进行分析。
1、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：
填充挤压阶段：金属在挤压杆（力）的作用下首先充满挤压筒和模孔（金属主要径向流动），挤压力急剧升高；
基本挤压阶段：又称层流挤压阶段，金属不发生紊乱流动，即锭外（内）层金属出模后仍在外（内）层，挤压力稳中有降；
终了挤压阶段：又称紊流挤压阶段，金属发生紊乱流动，即外层进入内层，挤压力上升。
1）填充挤压阶段
挤压时，为便于将锭坯放入筒中，常使锭坯的外径小于筒内径1－15mm，因此在挤压力的作用下，锭坯首先径向流动充满挤压筒，同时有少量金属流入模孔。杆、垫片、锭坯开始接触到锭坯充满挤压筒的阶段称为填充挤压阶段。
A 必要性
a 操作要求；
b 实心锭挤管，否则穿孔针弯曲导致管材偏心；
c 制品要求横向性能，如航空用型材必须有一定的镦粗变形（25－30％）
B 应力分析
作用于坯料上的外力：挤压力P ；模端面反力N ；摩擦力T
应力状态类似于自由体镦粗，为三向压应力，即L 、
R 、θ，且均可看成是主应力，但由于挤压模孔的存在，导致分布不均匀，体现在：
径向上：中心小，两边大，差异由前向后逐渐减小。
轴向上：
对着模孔部分：由前向后增大
对着模壁部分：由前向后减小
C 变形（应变）分析
应变状态：一向压缩（轴向）、二向延伸（径向、周向）
变形过程：开始出鼓形，断面首先充满挤压筒；继续加
力，断面充满挤压筒；最后，断面充满挤
压筒。
D 坯料端面变形分析
填充挤压时，部分金属会流入模孔，但此部分金属并不是发生塑性变形后流入模孔的，而是被剪出的，其组织是铸态组织，必须切下（棒材头）。
原因：轴向应力L 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，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。
E 填充阶段应注意的问题
a 尽量减小变形量（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；低塑性材料易出现表面裂纹。此阶段的变形量用填充挤压系数表征，定义填充挤压系数为：
b 锭坯的长度与直径比小于3－4，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，若未焊合则出现起皮缺陷。
c 锭坯梯温加热，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后依次变形，从而将空气排除。
2）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，又称平流挤压阶段。
A 挤压比
挤压时的变形量常用挤压比表征，定义挤压比为：
挤压比的大小由被挤压材料的塑性决定，可查表。
挤压比λ的选择与合金种类、挤压方法、产品性能、挤压机能力、挤压筒内径及锭坯长度等因素有关。如果λ值选用过大，挤压机会因挤压力过大而发生“闷车”，使挤压过程不能正常进行，甚至损坏工具，影响生产率。如果λ值选用过小，挤压设备的能力不能得到充分利用，也不利于获得组织和性能均匀的制品。挤压比λ一般应满足下列要求：一次挤压的棒、型材≥8～12
轧制、拉拔、锻造用毛坯≥5
二次挤压用毛坯不限。
B 应力分析
外力：挤压力P ；筒、模的反力N ；筒、模、垫片与坯料间的摩擦力T 。
应力状态：为三向压应力，即L 、r 、θ，且可近似看成是轴对称，即r=θ。
实际上，在区有：
轴向应力分布规律：
轴向上：由前向后逐渐增大；
径向上：由中心向边部逐渐增大。
C 变形（应变）分析
应变状态：二向压缩（径向、周向）、一向延伸（轴向）
变形规律（应变分布）：可由此阶段坐标网格变化分析。
a 纵向网格在进、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的区域叫变形区压缩锥，或简称变形区。
b 在变形区中，横向网格的中心朝前，且越接近模孔弯曲越大，说明中心质点的流速大于外层质点的流速，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；
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。
c 制品的网格也有畸变，表现在：
①横向线的弯曲程度以及弯曲顶点的间距由前向后逐渐增大，说明变形（延伸变形和剪切变形）由前向后逐渐增大。
②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，还承受了附加的剪切变形，且剪切变形由中心向外层逐渐增大。
变形规律总结：
径向上：外层大，中心小；
轴向上：后端大，前端小；
变形差异：由前向后逐渐增加；
流动速度：中心大，外层小；
总体看流动平稳（层流）。
D 挤压筒内金属分区
①前端难变形区又称死区，位于筒、模交界处的环形区域，是由于筒、模的摩擦和冷却，使此部分金属不易变形形成的。死区在基本挤压阶段基本不参与流动。
死区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，随这些参数的增大，死区增大，如平模挤压时死区大。
②后端难变形区位于垫片端面附近，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，在基本挤压末期，此区域逐渐变成一小楔形区。
③在变形区中，有一个剧烈滑移区，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微裂纹和组织粗大（粗晶环），导致制品性能下降。
3）终了挤压阶段：
筒内锭坯长度减小到接近变形区高度时的流动阶段。
主要特征：
A 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）（维持体积不变规律）。
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
1）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；
2）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。
3、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；
2）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。
4、影响挤压时金属流动规律的因素
1）摩擦与润滑挤压时的摩擦有：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。润滑时摩擦力小，金属流动均匀；
2）金属强度强度高流动均匀。（强度高，摩擦小；变形热大，温度分布均匀）；
3）温度有坯料温度和工具预热温度。
坯料温度高，流动不均匀。（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，变形不均匀；一般温度高导热性能下降，锭温度梯度大，变形不均匀）；
工具预热温度高，流动均匀。（使锭温度分布均匀）
4）工具结构与形状指与坯料接触的筒、模、垫片和穿孔针，筒、穿孔针的结构和形状基本不变，为圆柱形，故只分析模和垫片。
模主要有平模（ɑ=90）和锥模（ɑ < 90 ），模角越大，流动越不均匀，平模挤压时流动最不均匀（死区大，摩擦大；弯曲（剪切）变形大）。
垫片主要有平、凸、凹三种，凹垫片流动均匀，但仅在挤压初期有作用，同时由于加工、切压余困难，实际中除了在半连续挤压中外，还是采用平垫片。
5）变形程度及速度
随变形程度的增大，外层质点向中心流动的阻力增加，导致坯料中心质点与外层质点的流速差增加，变形不均匀。但当变形程度增加到一定程度时，剪切变形深入到内部，变形向均匀方向转化。
实践表明：
当变形程度为60％时，变形最不均匀；
当变形程度>85－90％时，变形均匀，性能均匀；
当变形程度<6％时，变形较均匀，但性能低。
挤压速度：三个方面，流动不均匀、加工硬化、变形热
三、挤制品的组织、性能和主要缺陷
1、挤制品的组织
1）挤制品组织的不均匀性
A 特征一般情况，前端、中心晶粒粗大，后端、边部晶粒细小。
B 原因
a 变形特点决定的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由前向后、由里向外逐渐增大；
b 温度分布规律决定的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、中心在高温下变形，而后端、外层在低温下变形；
注：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。
c 合金在相变温度下变形，会引起组织不均。如HPb59－1，在720℃以上为均匀的相，若在挤压过程中温度低于720℃，则会析出相，导致组织不均。
2）挤制品的层状组织
A 特征断口呈现出与木质折断后相似的形貌，分层的断口凸凹不平并带有裂纹；分层面近似平行于轴线；一般出现在前端。
B 原因
a 根本原因是坯料中存在有大量的气孔、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，从而出现层状组织；
b 与变形特点有关挤压初期流动平稳，形成的杂质膜不易破坏，后期变形逐渐紊乱，杂质膜破坏，层状组织不明显。
c 与铸造条件有关冷却速度大，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。
d 与合金成分有关出现层状组织的合金不多，在铜合金中主要是含Al的青铜QAl10-3-1.5和QAl10-4-4以及含Pb的黄铜HPb59-1；铝合金中主要是LD2和LD4，而LY11、LY12、LC4中较少、主要是由于这些合金中易出现氧化物夹杂。
C 对性能的影响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30％。
D 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，分散杂质；
b 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
某些合金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。
易出现粗晶组织的主要是某些铝合金，如纯铝、软铝在挤压后即出现；而锻铝、硬铝在挤压后的淬火时出现。
A 分布规律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，又称粗晶环。
B 形成机理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集聚再结晶，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。
a 与变形特点有关
对于纯铝、软铝合金而言，挤压速度快，变形热大，制品出模后温度应较高，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。
b 与合金成分有关
易出现粗晶环的合金中均含有Mn、Cr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，以第二相如MnAl6、CrAl7在晶界析出时能阻碍晶粒长大。
挤压时，由于中心质点流动速度快，导致边部产生拉副应力，促进Mn、Cr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，加热温度高、时间长，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晶粒吞并周围的晶粒并迅速长大，形成粗晶组织。
注：
1）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。
2、挤制品的性能
1）挤制品性能的不均性
a 制品前端、内部强度低、塑性高；后端、外层相反；（纯铝、软铝分布规律相反）
b 各向异性，纵向性能高于横向性能；
c 性能差异随变形程度不同而不同。当变形程度<20%时，性能均匀但较低；当变形程度为60％时，性能差异最大；当变形程度>80％时，性能均匀且较高。因此挤压时变形程度应>80％。
2）挤压效应
某些工业用铝合金，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，在纵向上具有较高的强度和较低的塑性，这一现象叫挤压效应。
易出现挤压效应的合金：锻铝、硬铝
A 特征出现在制品内部（外部因粗晶环而消失）；组织是未再结晶的加工组织。
B 形成机理
a 与形成的织构有关挤压时，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，形成较强的纵向织构，即大多数晶粒的某一晶向（111）均按挤压方向取向，导致纵向强度升高。
b 与合金成分有关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，因此内部产生压副应力，不利于Mn、Cr元素的析出，使再结晶温度升高，可认为挤压后制品内部是过饱和的、未再结晶的加工组织。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（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。
c 与强烈的三向压应力状态有关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，使强度升高。
注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：
均出现在含Mn、Cr元素的铝合金中；
粗晶出现在外层，
挤压效应出现在内层；
粗晶产生的根本原因是发生了集聚再结晶；
挤压效应产生的根本原因是未发生再结晶。
形成机理：铸造时冷速快导致铸锭是过饱和组织；
3、挤制品的主要缺陷
1）挤制品裂纹
A 特征出现在制品表面，外形大致相同，呈周期性分布，又称周期性裂纹。
裂纹一般出现在高温塑性差的合金中，如锡磷青铜、锡黄铜、硬铝等合金。
B 形成原因
根本原因是变形不均所产生的轴向拉副应力作用结果
挤压时中心质点流速快，中心产生轴向拉副应力，当此力与基本应力叠加后的工作应力
达到合金的强度极限时，就会产生裂纹。由于在表面的拉副应力最大，故裂纹首先在表面产生。
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副应力，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，合金又会由于拉副应力的产生而形成裂纹，因而裂纹呈周期性分布。
C 消除措施
a 使变形均匀，消除轴向拉副应力，如润滑等；
b 提高基本应力，如施加反压力、增加定径带长度、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，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。
2）挤压缩尾
又称挤压缩孔，是出现在制品尾部的一种缺陷，是指挤压过程中，坯料表面的缺陷（氧化物、偏析瘤、杂质、油污等）进入制品内部或出现在制品的表明层，而形成的一种漏斗状、环状、半环状的疏松组织缺陷。
缩尾破坏组织的连续性和致密性，降低制品性能。
缩尾依其存在的部位可分为以下三种：
环形缩尾
中心缩尾
皮下缩尾
A 环形缩尾
a 特征分布在制品尾部中间部位，呈完整的圆环或部分圆环，一般在200－1000mm 内。
b 形成原因挤压末期发生紊乱流动，即外层金属发生回流，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，流入制品内部与基体金属不能焊合，形成环形缩尾。
环形缩尾是最常见的缩尾。
B 中心缩尾
a 特征分布在制品尾部中心部位，短而粗，呈漏斗状，一般留在压余内，只有在大规格制品、压余又薄时才能观察到。
b 形成原因随着挤压过程的进行，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、油污等脏物，流入制品内部与基体金属不能焊合，形成中心缩尾。
当回流的外层金属也不能补充中心金属的短缺时，形成缩孔。
C 皮下缩尾
a 特征分布在制品尾部周边部位，没有规律性。
b 形成原因挤压末期，金属温降大、塑性低，导致剧烈滑移区与死区界面发生断裂（内摩擦转变为外摩擦），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出，包覆在由死区界面流出的脏金属上面，形成皮下缩尾。
D 防止措施
a 使挤压不处于末期如留压余（压余长度一般为锭径的10－30％）、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；
c 提高坯料表面质量 如机加工、加热时尽量减少氧化、热剥皮、脱皮挤压等。
四、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力，是指曲线上的最大力。 挤压力是制订工艺、选择设备、校核工具强度的依据。
影响因素：有很多，如摩擦、金属性质、挤压温度、变形程度、模角等。
模角逐渐增大过程中，一方面弯曲变形增大，导致挤压力升高；另一方面摩擦面减小，导致挤压力减小，结果存在一最佳模角，使挤压力最小。挤压时最佳模角为45－60°。 平模挤压时形成死区，模角取60°。
五、挤压工具
1、挤压筒
作用：容纳金属。
1） 结构
一般由二层或三层过盈热装组成，分别称为内套、中套和外套，目的是：a 使筒壁中的应力分布均匀（降低筒壁中的应力峰值）；b 筒磨损后只需更换内套，不必更换整个挤压筒，可节约材料。
各套之间的配合可以是圆柱形的（a ）、带一定锥度的（b 、c ）或带止口的（d ）。圆柱形衬加工容易，但更换困难；锥形衬加工困难，但更换容易；带止口衬与圆柱形衬基本相同，只是热装时依靠止口自动找准。
内套两端面均做成锥面，有助于挤压时顺利将坯料、垫片推入挤压筒，更重要的是起定心作用，即使模子在模座靠近筒内衬套锥面后，能准确地位于挤压中心线上，因此，这个锥面又叫定心锥。
2） 预热
目的：a 减小坯料的温降、改善坯料的温度分布，进而使流动均匀；b 避免筒受剧烈的热冲击，延长其使用寿命。
一般预热温度为：350－400 °，预热温度过高，耐热合金钢强度损失太大。
方法：主要采用感应加热，即将加热元件绝缘后插入沿挤压筒圆周布置的轴向孔中，然后串联起来通电，靠磁场感应产生的涡流加热。加热元件一般布置在外衬套中，在强度允许的情况下，布置在中套中较有力，可使断面温度分布均匀；也有用电阻元件由筒外加热的；也可用煤气或热的坯料由筒内加热的；还有将筒放在加热炉中加热的。
3） 尺寸设计
内径：筒内径越大，垫片上的单位压力越小，因此，最大内径应保证作用在垫片上的单位压力不低于被挤金属的变形抗力；最小内径应保证工具（尤其是轴）的强度。不同吨位的挤压机一般配2－4个不同内径的筒。
长度：
加长度穿孔时坯料向后流动增模进入筒深度垫片锭筒l t S L L ?+++=
挤压筒长度一般为：800－1000。
此外还有过盈量、层数、各层厚度，参见P89。
4） 强度校核
2、挤压轴
作用：传递挤压力。
1）种类
实心轴：用于
正挤棒、型材；反挤大尺寸管材；空心锭挤管材。
空心轴：用于
正挤管材；反挤棒、型、管材。
为节约材料，有时也做成过盈装配式轴，即轴身用高强度钢，支座用一般钢。
2） 尺寸设计
外径：由筒内径决定，一般比筒内径小4－10mm ；
内径：由环形断面所承受的压应力不超过材料的许用应力决定，此内径也是该轴能通过的最大穿孔针外径。
长度：
）－（筒轴mm 105l L L ?+=
长5－10mm 是为了将垫片和压余推出挤压筒。
注：轴在高温下工作，端部有可能镦粗，因此外径设计时应小些，内径应大些。
3） 强度校核
稳定性校核；抗压强度校核。
3、垫片
作用：
保护挤压轴，防止轴端面温度过高和减小轴的磨损；
可改善挤压过程，如凹形可使流动均匀、表面刻花纹可增大摩擦减少缩尾形成、锥形可实现无压余挤压等。
按使用方式有两种：
自由式垫片：使用时不与轴固定在一起；
固定式垫片：使用时与轴固定在一起。
1）自由式垫片
A 种类与结构
脱皮用垫片的凸缘有利于压余、脱皮与垫片的分离，减少垫片与金属的粘结和摩擦，也
用于粘性大合金的挤压如软铝合金、含铝的青铜和黄铜等；锥形垫片与锥模配合可实现无压余挤压，主要用于无独立穿孔系统的立式挤压机上。
2）固定式垫片
由内垫片和外垫片组成，用螺栓固定在轴上，内垫片比外垫片凸出1mm 左右。挤压时，内垫片受力而缩进，致使外垫片胀开而密封挤压筒；挤压后，内垫片凸出推动压余，外垫片恢复原状。
注:a 垫片应润滑以利于压余的分离；
b 一般用于挤低温合金如铝合金，否则垫片过热。
4、穿孔针
作用：对坯料穿孔，控制制品内表面质量和尺寸精度。常用的有圆柱式针、瓶式针和浮动式针三种。
1） 圆柱式针
A 结构
工作部分为圆柱形，沿轴向上有稍许锥度，以有利于穿孔；减少金属流动时作用在针上的摩擦力（引起拉应力）；挤压后易退出。对于固定不动的针，只在针的前端一段有锥度，而随动针在整个长度上都带锥度。
B 尺寸设计
外径D ：由制品的内径决定（以正差为限）；
锥度：不易过大，否则会影响内径的尺寸精度、易在垫片内孔与针之间充满金属。具体见P94 。
长度：
长10mm 起导向作用，以防制品弯曲。
2） 瓶式针
A 结构 由针头和针身两部分组成，工作时针头部分与模孔配合控制制品的内径尺寸和精度，粗的针身部分提高强度。
B 特点 a 抗弯强度高，挤出制品的同心度好；b 可防止垫片划伤针头（工作部分）表面，因此能提高内表面质量；c 粗的针身部分承载能力高，针的使用寿命长；d 主要用于挤压内径<20－30 的管材。
C 尺寸设计
针头直径由制品内径决定；针身直径为50－60或更粗，以提高抗弯强度；二者的过渡锥角以30－40°为宜。
针头长度：
＋余量伸出模定径带针l L L +=
余量一般为20－30mm ，太大易导致挤压末期金属倒流到挤压轴中；太小则针身离模端面太近，导致挤出管材内径过大。
3） 浮动式针
A 结构 由针头、连接器、浮动套和连接杆组成，其主要特点是能自动纠正管材的偏心。原理是 ：采用浮动针挤
压时由于不能填充，导致穿孔针偏离挤压中心线，结果浮动套与模孔所形成的环形截面（缝隙）不均匀，缝隙小处流动阻力大，静压力大，迫使浮动套向流动阻力小、静压力小的一侧移动，直至缝隙均匀。
B 尺寸设计 见P95 。
4） 强度校核 抗压、抗拉、稳定性
挤压与拉拔新技术 静液挤压简介：挤压方式的一种。通过凸模加压给液体，由液体将压力传给坯料，使金属通过凸模成形。由于坯料侧面无普通挤压时存在的摩擦力所以变形均匀，可提高挤压变形量所需的挤压力也比普通挤压时小。主要用于挤压大变形量的线材、型材或是挤压低塑性材料。 静液挤压所使用的高压介质，一般有粘性液体和粘塑性体。前者如蓖麻油、矿物油等，主要用于冷静液挤压和500～600℃以下的温、热静液挤压；后者如耐热脂、玻璃、玻璃-石墨混合物等，主要用于较高熔点金属的热静液挤压(坯料加热温度在700℃以上的挤压)。 与普通挤压法一样，根据需要，静液挤压可在不同的温度下进行。一般将金属和高压介质均处于室温时的挤压过程，称为冷静液挤压；在室温以上变形金属的再结晶温度以下的挤压过程，称为温静液挤压；而在再结晶温度以上的挤压过程，称为热静液挤压。 类型： 静液挤压的类型按挤压时的温度不同可分为冷静液挤压和高温静液挤压两种。(1)冷静液挤压在常温下进行。布彼克等人研究的一种兼有拉线作用的线材静液连续挤压，就属于冷静液挤压，它的原理如图2所示。被加工的线坯通过起拉伸作用和密封作用的入口模，在拉力和高压液体的共同作用下被挤出，借助于卷筒的不停转动，便可实现连续挤压。采用这种方法生产线材，可使道次变形率大大超过拉伸极限。冷静液挤压的主要缺点是设备结构与操作比较复杂，卷筒的传动部分在高压室外，需采用高密封技术，每次拉线前的准备时间较长。(2)高温静液挤压使用的高压液体的温度超过金属的再结晶温度的静液挤压。高压液体一般是动物油和矿物油，挤压温度可在300℃左右。采用耐热油脂作为高压液体时，挤压温度最高可达到1000℃；但当挤压温度高于500℃时，通常不用耐热油脂，而使用金属氧化物或一些盐类作高压液体。 优点：摩擦小，变形均匀，模磨损小，材料处于高压介质中，有利于提高材料的变形能力，适用于低温大变形加工。 缺点：需要对坯料进行预加工，介质的填充和排泄，效率低，需要解决高压密封
压力加工：借助外力使金属产生塑性变形进而形成各种尺寸、形状和用途的零件和半成品。（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： 铸造，如轧机牌坊；铸造——机加工，如轧辊；铸造——压力加工，如钢轨；铸造——压力加工——机加工，如螺栓等。 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：轧制；挤压与拉拔；锻造与冲压主要产品有： 板、带、条、箔；轧制管、棒、型、线；挤压与拉拔各种零件如车轴、饭盒、洗衣机筒等；锻造与冲压 1）挤压与拉拔产品简介 A 管材 按截面形状分：圆管、型管如方、六角形管等； 按合金种类分：铝管、铜管、钢管等； 按生产方法分：挤制管、拉制管、焊管、铸管、盘管、无缝管等； 按用途分：空调管、压力表管、波导管、锅炉管、输油管、冷凝管、天线管等； 按性能分：M（退火态）、R（热态）、Y（硬态）、Y2（半硬态）、C（淬火态）、CZ（淬火自然时效态）、CS（淬火人工时效态）等； 此外：翅片管、蚊香管等。 B 棒、线材 棒材：D>6mm；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； 线材：D<6mm；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。 C 型材 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； 许多型材只能用压力加工法生产，如 钢轨、变断面型材 2）产品的生产方法 产品的生产一般可分两步; 坯料制取（开坯）：充分利用金属在高温时的塑性对其进行大变形量加工，如热挤、热轧、热锻。 制品的获得：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。 目前研究：近终形成形技术、短流程生产技术 挤压：生产灵活、产品质量好，适用于品种、规格多、产量小（有色金属）的场合，但成本高、成品率低； 斜轧穿孔：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，有色金属厂基本没有； 铸造：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；
概念题： 1、拉拔：在外力作用下，迫使金属坯料通过模孔，以获得相应形状、尺寸的制品的塑性加 工方法。 2、挤压：就是对放在容器（挤压筒）内的金属锭坯从一端施加外力，强迫其从特定的模孔 中流出，获得所需要的断面形状和尺寸的制品的一种塑性成型方法。 3、挤压缩尾：挤压快要结束时，由于金属的径向流动及环流，锭坯表面的氧化物、润滑剂及污物、气泡、偏析榴、裂纹等缺陷进入制品内部，具有一定规律的破坏制品组织连续性、致密性的缺陷。 4、死区：在基本挤压阶段，位于挤压筒与模子端面交界处的金属，基本上不发生塑性变形，故称为死区。 5、粗晶环：许多合金（特别是铝合金）热挤压制品，经热处理后，经常会形成异常大的晶粒，这种粗大晶粒在制品中的分布通常是不均匀的,多数情况下呈环状分布在制品断面的周边上，故称为粗晶环。 6、残余应力：由于变形不均，在拉拔结束、外力去除后残留在制品中的应力。 7、粗化：许多合金（特别是铝合金）热挤压制品，经热处理后，经常会形成异常大的晶粒，比临界变形后热处理所形成的再结晶晶粒大得多，晶粒的这种异常长大过程称为粗化。 8、带滑动多模连续拉拔配模的必要条件： 当第n道次以后的总延伸系数λn→k大于收线盘与第n个绞盘圆周线速度之比γk→n，才能保证成品模磨损后不等式un> vn仍然成立，保证拉拔过程的正常进行。 9、带滑动多模连续拉拔配模的充分条件：任一道次的延伸系数应大于相邻两个绞盘的速比。 10、挤压效应： 某些高合金化、并含有过渡族元素的铝合金（如2A11、2A12、6A02、2A14、7A04等）挤压制品，经过同一热处理（淬火与时效）后，其纵向上的抗拉强度比其他加工（轧制、拉拔、锻造）制品的高，而伸长率较低，这种现象称为挤压效应。 简述题： 1、影响管材空拉时的壁厚变化的因素有那些？各是如何影响的？ 2、挤压缩尾有那几种形式，其产生原因各是什么？ 3、锥形拉拔模孔由那几部分构成，各部分的主要作用是什么？ 4、对于存在着偏心的管坯，通过安排适当道次的空拉就可以使其偏心得到纠正。请问：（1）空拉为什么能够纠正管材的偏心？ （2）采用固定短芯棒拉拔时，在一定程度上也能够纠正管材的偏心，这是为什么？ 5、挤压效应产生的主要原因是什么？影响挤压效应的因素有那些方面？ 6、挤压机的主要工具有哪些，各自的主要作用是什么？ 7、什么是残余应力？画图说明圆棒材拉拔制品中残余应力的分布及产生原因。 8、简述在挤压过程中，影响挤压力的主要因素？ 9、在挤压过程中，试详细阐述影响金属流动的因素？ 10、产生粗晶环的主要原因是什么？粗晶环对制品力学性能有何影响？
学院： 专业班级： 学号： 姓名：教师： 目录 1拉拔的基本概念 2拉拔的特点 3基本方法
4实现拉拔的必要条件 5管材拉拔时的应力与变形 6拉拔力 7拉拔速度 8反拉力 9拉制品的残余应力及主要缺陷 : 拉拔的基本概念1 拉拔是指在外加拉力的作用下，使金属通过模孔以获得所需形状和尺寸制 品的塑性加工方法。 坯制 一般在室温进行， 只有室温强度高、 塑性差的合金如P 钨、锌等才加热； 是管、棒、型、线 的主要生产方法模子 2拉拔的特点:
1）制品的尺寸精确，表明光洁； 2）工具和设备简单，维修方便； 3）可连续高速生产小规格长制品； 4）受安全系数K 的限制，道次变形量小，简单断面型材也难一次成形。如： 3基本方法: 1）实心材拉拔截面为实心，如棒、型和线材拉拔。 2）空心材拉拔截面为空心，如管和空心型材拉拔。 4实现拉拔的必要条件:
在制品上的拉应力小于材料的屈服极限。 作用 ?b K?为安全系数，则实现拉拔的必要条件是：安若定义：?L K ＝1.4－2.0。全系数K >1。一般取 本文以空拉管材为例介绍拉拔 管材拉拔时的应力与变形5 :空拉1） 按目的不同有：减径空拉：目的是减径，主要用于中间道次，一般认为拉拔后壁厚不变； ，一般在最1－）整径空拉：目的是精确控制制品的尺寸，减径量不大（0.5 后道次进行；即用于圆截面向异型主要用于异型管材拉拔，目的是控制形状，定型空拉：截面过渡拉拔。
应力2） 应力状态：与圆棒拉拔时类似，即：周向、径向为压，轴向为拉，但 径向变形阻力小。），。且有（内表面为自由表面，应力状分布规律： 变形（应变）3） ，0（不变）应变状态：轴向延伸、周向压缩、径向可能是延伸、压缩或为这取决于三个应力之间的关系。直观上看，轴向应力（拉）使壁变薄，周向应力 ???????d rr为瞬时的非负，（压）使壁变厚。从力学角度分析有： ???2??????L)????(rmrr23的比例系数。又，因此??????2((?))2???当当时，壁厚不变；时，壁厚增加；??LrrL???)(2??时，壁厚增加。当?Lr???和相对与较小，因此近似有：由于?Lr????????00时，壁厚不变；当时，壁厚增加；当??LL???0?当时，壁厚增加。?L??沿轴向上越来越大，由于越来越小，因此，某一断面从入口向出?L口的变形过程中，在不同部位壁厚的变化规律是：在模子入口处增厚，到一定值时开始变薄。空拉后壁厚究竟如何变化，取决于全过程变形的累积。
挤压：对放在容器中的钢坯一端施加以压力，使之通过模孔成型的一种压力加工方法。正挤压特征：金属流动方向与挤压杆运动方向相同，钢坯与挤压筒内壁有相对滑动，二者间存在很大外摩擦。正挤压三个阶段：开始，金属承受挤压杆的作用力，首先充满挤压筒和模孔，挤压力急剧上升。基本，一般筒内的锭坯金属不发生中心层与外层的紊乱流动，挤压力随筒内锭坯长度的缩短，表面摩擦总量减少，几乎呈直线下降。终了，管内金属产生剧烈的径向流动，即紊流，易产生缩尾，此时工具对金属的冷却作用，强烈的摩擦作用，使挤压力迅速上升。填充系数：挤压筒内断面积与锭坯的断面积之比，指金属发生横向流动，出现单鼓或双鼓时的变形指数。挤压比：挤压筒腔的横断面积与挤压制品总横断面积之比，指金属不发生横向流动时的变形指数。粗晶芯：反挤压棒材纵向低倍组织上，沿中心缩尾边缘一直向前延伸，形成一个特殊粗晶区，叫。死区：在基本挤压阶段，位于挤压筒与模子端面交界处的金属，基本上不发生塑性变形，故称为死区。死区产生原因：强烈的三向压应力状态，金属不易达到屈服条件。受工具冷却，σs增大。摩擦阻力大。影响死区因素：模角，摩擦力，挤压比，挤压温度速度，模孔位置。死区的作用：可阻碍锭坯表面的杂质、氧化物、偏析瘤、灰尘及表面缺陷进入变形区压缩锥而流入制品表面，提高制品表面质量。终了挤压三大挤压缩尾及防止措施：挤压缩尾是出现在制品尾部的一种特有缺陷，主要产生在终了挤压阶段。缩尾使制品金属不连续，组织与性能降低，依其出现部位有中心缩尾(当钢坯渐渐被挤出模孔，后端金属容易克服挤压垫上的摩擦力产生径向流动，将钢坯表面上常有的氧化物，偏析瘤，杂质或油污带入制品中心，破坏了制品致密性，使制品低劣)。环行缩尾(出现在制品断面中间，形状为圆环。堆积在靠近挤压垫和挤压筒交界处的金属沿着后端难变形区的界面流向了制品中间层)。皮下缩尾(出现在制品表皮内，存在一层使金属径向上不连续的缺陷)。措施：对锭坯表面进行机械加工~车皮。采用热剥皮挤压。采用脱皮挤压。进行不完全挤压~留余压。保持挤压垫工作面清洁，减少锭坯尾部径向流动可能性。影响金属流动因素：接触摩擦与润滑的影响。工具与锭坯温度(工具的冷却作用，金属导热性，合金相变，摩擦条件)。金属强度特性。工具结构与形状(挤压模，模角越大，越不均匀。挤压筒。挤压垫)。变形程度。挤压力：挤压杆通过挤压垫作用在钢坯上使之依次流出模孔的压力。影响挤压力因素：挤压温度与变形抗力(挤压力大小与金属变形抗力成正比)。变形程度(正比)。挤压速度(开始挤压，力大。继续进行，力降。若缓慢挤压，力可能一直升高)。挤压模角(角大，力先高后小)。制品断面形状。锭坯长度(越长，越大)。挤压方法(反挤小，正大)。粗晶环：合金在热变形处理中形成异常大的晶粒，这种粗大晶粒在制品中分布通常不均匀，呈环状分布在制品断面周围，称粗晶环。粗晶环分布规律：单孔模粗晶环均匀的分布在周边，多~出现在局部周边，呈月牙形。模孔数少，牙形粗晶环较长，~多，短。型材棒材断面上分布不均匀，在型材角部或转角区，粗晶环厚度较大，晶粒较粗。粗晶环形成基理：粗晶环产生部位常常是金属材料承受剧烈附加剪切变形的部位。挤压温度越高，粗晶环越厚。影响粗晶环因素：合金元素。铸锭均匀化。挤压温度。应力状态。挤压方式。变形程度。挤压效应及产生原因：某些工业用铝合金经过同一热处理，淬火与时效后，发现挤压制品纵向上的抗拉强度要比其他压力加工制品的高，而延伸效率较低的情况称挤压效应。原因：内因：凡是含有过渡元素的热处理可强化的铝合金都会产生挤压效应。外因：变形与织构：挤压时，金属处于三向压缩应力状态和二压一拉变形状态，变形区的内部金属流动平稳，网状膜不破，使得制品纵向抗拉强度提高。阻碍角：在型壁较厚和比周长较短处的模孔入口做一个小斜面，斜面与模子轴线间的夹角。促流角：为了促进金属向弯壁部分流动，对阻力大的薄壁部分做一个具有rc角的促流斜面。挤压机分类：传动类型：机械，液压（结构：卧式，立式。）。舌比：对于半空心型材，把型材断面所包围的空心部分的面积A与型材开口宽度的平方W^2之比，R=A/W^2。穿孔针：对实心锭进行穿孔或用实心锭生产管材。挤压垫：防止高温金属与挤压杆直接接触，并防止金属倒流。挤压模：用于生产所需要的形状尺寸的制品。挤压杆：用
挤压与拉拔复习题 概念题： 挤压：就是对放在容器（挤压筒）内的金属锭坯从一端施加外力，强迫其从特定的模孔中流出，获得所需要的断面形状和尺寸的制品的一种塑性成型方法。 拉拔：在外力作用下，迫使金属坯料通过模孔，以获得相应形状、尺寸的制品的塑性加工方法。 挤压效应：某些高合金化、并含有过渡族元素的铝合金挤压制品，经过同一热处理（淬火与时效）后，其纵向上的抗拉强度比其他加工（轧制、拉拔、锻造）制品的高，而伸长率较低，这种现象称为挤压效应。 挤压缩尾：挤压快要结束时，由于金属的径向流动及环流，锭坯表面的氧化物、润滑剂及污物、气泡、偏析榴、裂纹等缺陷进入制品内部，具有一定规律的破坏制品组织连续性、致密性的缺陷。 阻碍角：在型材壁厚处的模孔入口处做一个小斜面，以增加金属的流动阻力，该斜面与模子轴线的夹角叫阻碍角。 促流角：在型材壁较薄、金属不易流动的模孔入口端面处做一个促流斜面，该斜面与模子平面间的夹角叫促流角。 粗化：许多合金（特别是铝合金）热挤压制品，经热处理后，经常会形成异常大的晶粒，比临界变形后热处理所形成的再结晶晶粒大得多，晶粒的这种异常长大过程称为粗化。 粗晶环：许多合金（特别是铝合金）热挤压制品，经热处理后，经常会形成异常大的晶粒，这种粗大晶粒在制品中的分布通常是不均匀的,多数情况下呈环状分布在制品断面的周边上，故称为粗晶环。 拉拔配模：根据成品的尺寸、形状、机械性能、表面质量及其他要求，确定坯料尺寸、拉拔方式、拉拔道次及其所使用的工模具的形状和尺寸。 1、正、反向挤压时的主要特征是什么？ 正向挤压：特征：变形金属与挤压筒壁之间有相对运动，二者之间有很大的滑动摩擦。引起挤压力增大；使金属变形流动不均匀，导致组织性能不均匀；限制了挤压速度提高；加速工模具的磨损。反向挤压：特征：变形金属与挤压筒壁之间无相对运动，二者之间无外摩擦。 2、什么是死区？死区的产生原因是什么？ 死区概念：在基本挤压阶段，位于挤压筒与模子端面交界处的金属，基本上不发生塑性变形，故称为死区。死区产生原因： a、强烈的三向压应力状态，金属不容易达到屈服条件； b、受工具冷却，σs增大； c、摩擦阻力大。 3、挤压缩尾的形式及产生原因，减少挤压缩尾的措施。 三种：中心缩尾、环形缩尾、皮下缩尾 A、中心缩尾 （1）筒内剩余的锭坯高度较小，金属处于紊流状态，径向流动速度增加。 （2）将锭坯表面的氧化物、油污等集聚到锭坯的中心部位。 （3）进入制品内部，形成中心缩尾。 随着挤压过程进一步进行，径向流动的金属无法满足中心部位的短缺，于是在制品中心尾部出现了漏斗状的空缺，即中空缩尾。 B、环形缩尾
概念题： 1、拉拔：在外力作用下,迫使金属坯料通过模孔,以获得相应形状、尺寸地制品地塑性加工 方法. 2、挤压：就是对放在容器（挤压筒）内地金属锭坯从一端施加外力,强迫其从特定地模孔中 流出,获得所需要地断面形状和尺寸地制品地一种塑性成型方法. 3、挤压缩尾：挤压快要结束时,由于金属地径向流动及环流,锭坯表面地氧化物、润滑剂及污物、气泡、偏析榴、裂纹等缺陷进入制品内部,具有一定规律地破坏制品组织连续性、致密性地缺陷. 4、死区：在基本挤压阶段,位于挤压筒与模子端面交界处地金属,基本上不发生塑性变形,故称为死区. 5、粗晶环：许多合金（特别是铝合金）热挤压制品,经热处理后,经常会形成异常大地晶粒,这种粗大晶粒在制品中地分布通常是不均匀地,多数情况下呈环状分布在制品断面地周边上,故称为粗晶环. 6、残余应力：由于变形不均,在拉拔结束、外力去除后残留在制品中地应力. 7、粗化：许多合金（特别是铝合金）热挤压制品,经热处理后,经常会形成异常大地晶粒,比临界变形后热处理所形成地再结晶晶粒大得多,晶粒地这种异常长大过程称为粗化. 8、带滑动多模连续拉拔配模地必要条件： 当第n道次以后地总延伸系数λn→k大于收线盘与第n个绞盘圆周线速度之比γk→n,才能保证成品模磨损后不等式un> vn仍然成立,保证拉拔过程地正常进行. 9、带滑动多模连续拉拔配模地充分条件：任一道次地延伸系数应大于相邻两个绞盘地速比. 10、挤压效应： 某些高合金化、并含有过渡族元素地铝合金（如2A11、2A12、6A02、2A14、7A04等）挤压制品,经过同一热处理（淬火与时效）后,其纵向上地抗拉强度比其他加工（轧制、拉拔、锻造）制品地高,而伸长率较低,这种现象称为挤压效应. 简述题： 1、影响管材空拉时地壁厚变化地因素有那些？各是如何影响地？ 2、挤压缩尾有那几种形式,其产生原因各是什么？ 3、锥形拉拔模孔由那几部分构成,各部分地主要作用是什么？ 4、对于存在着偏心地管坯,通过安排适当道次地空拉就可以使其偏心得到纠正.请问： （1）空拉为什么能够纠正管材地偏心？ （2）采用固定短芯棒拉拔时,在一定程度上也能够纠正管材地偏心,这是为什么？ 5、挤压效应产生地主要原因是什么？影响挤压效应地因素有那些方面？ 6、挤压机地主要工具有哪些,各自地主要作用是什么？ 7、什么是残余应力？画图说明圆棒材拉拔制品中残余应力地分布及产生原因. 8、简述在挤压过程中,影响挤压力地主要因素？ 9、在挤压过程中,试详细阐述影响金属流动地因素？ 10、产生粗晶环地主要原因是什么？粗晶环对制品力学性能有何影响？
1.挤压的定义 所谓挤压，就是对放在容器（挤压筒）内的金属锭坯从一端施加外力，强迫其从特定的模孔中流出，获得所需要的断面形状和尺寸的制品的一种塑性成型方法。 2.正向挤压法 定义：金属的流动方向与挤压杆（挤压轴）的运动方向相同的挤压生产方法. 特征：变形金属与挤压筒壁之间有相对运动，二者之间有很大的滑动摩擦。引起挤压力增大；使金属变形流动不均匀，导致组织性能不均匀；限制了挤压速度提高；加速工模具的磨损。 3.反向挤压法 定义：金属的流动方向与挤压杆（或模子轴）的相对运动方向相反的挤压生产方法。特征：变形金属与挤压筒壁之间无相对运动，二者之间无外摩擦。 特点：挤压力小；金属变形流动均匀；挤压速度快。但制品表面较正挤压差；外接圆尺寸较小；设备造价较高；辅助时间较长。 4.粗晶环与粗晶芯 反挤压棒材横截面边缘只有较轻微的粗晶环，深度较正向挤压的浅得多，晶粒尺寸也小得多。 反挤压棒材纵向低倍组织上，沿中心缩尾边缘一直向前延伸，有一个特殊的粗晶区—粗晶芯，这是正挤压所没有的组织特征。 在挤压后期，在中心金属补充困难的情况下，模孔侧面金属夹持着沿堵头表面径向流动的金属进入棒材尾部中心，这部分金属受表面摩擦作用，在淬火后形成粗大晶粒。 5.正向挤压时金属的变形流动 根据金属变形流动特征和挤压力的变化规律，可将挤压过程分为开始(填充) 、基本（平流）和终了（紊流）挤压三个阶段。 6.开始挤压金属变形流动特点
金属发生横向流动，出现单鼓或双鼓变形。其变形指数——用填充系数λc 来表示：λc =F0 / F p 挤压力的变化规律：随着挤压杆的向前移动，挤压力呈直线上升 7.基本挤压金属变形流动特点 不发生横向流动。其变形指数——用挤压比λ来表示：λ = F0 / F1 8.终了挤压阶段特点： （1）金属的横向流动剧烈增加，并产生环流； （2）挤压力增加； （3）产生挤压缩尾。 9.挤压变形区：分别连接各条线的两个拐点，形成两个曲面。把这两个曲面与模孔锥面或死区界面间包围的体积称为挤压变形区或变形区压缩锥。 10.前端难变形区——死区 (1)死区概念：在基本挤压阶段，位于挤压筒与模子端面交界处的金属，基本上不发生塑性变形，故称为死区。 死区的的大小和形状并非绝对不变化，如图2-7所示，挤压过程中，死区界面上的金属随流动区金属会逐层流出模孔而形成制品表面，死区界面外移，高度减小，体积变小。 (2)死区产生原因： a、强烈的三向压应力状态，金属不容易达到屈服条件； b、受工具冷却，σs增大； c、摩擦阻力大。 (3)影响死区大小的因素： a、模角α模角大，死区大； b、摩擦系数f 摩擦系数大，死区大； c、挤压比λ挤压比大，死区高度大，但总体积减小；
填充系数：挤压筒内孔断面积与锭坯的断面积之比，指金属发生横向流动，出现单鼓或双鼓变形时的变形指数。 挤压比：挤压筒腔的横断面积与挤压制品总横断面积之比，指金属不发生横向流动时的变形指数。 粗晶环与粗晶芯：反挤压棒材横截面边缘只有较轻微的粗晶环，深度较正向挤压的浅得多，晶粒尺寸也小得多。反挤压棒材纵向低倍组织上，沿中心缩尾边缘一直向前延伸，有一个特殊的粗晶区—粗晶芯，这是正挤压所没有的组织特征。在挤压后期，在中心金属补充困难的情况下，模孔侧面金属夹持着沿堵头表面径向流动的金属进入棒材尾部中心，这部分金属受表面摩擦作用，在淬火后形成粗大晶粒。 前端难变形区~死区：在基本挤压阶段，位于挤压筒与模子端面交界处的金属，基本上不发生塑性变形，故称为死区。 正挤压过程三阶段 开始挤压阶段：金属承受挤压杆的作用力，首先充满挤压筒和模孔，挤压力急剧上深金属发生横向流动，出现单鼓或双鼓变形 基本挤压阶段：①金属变形流动特点：不发生横向流动②挤压力的变化规律：随着挤压杆向前移动，金属不断从模孔中流出，挤压力几乎呈直线下降。 终了挤压阶段：①金属的横向流动剧烈增加，并产生环流②挤压力增加③产生挤压缩尾。 三大挤压缩尾的形成：1.中心缩尾：①筒内剩余的锭坯高度较小，金属处于紊流状态，径向流动速度增加。②将锭坯表面的氧化物、油污等集聚到锭坯的中心部位。③进入制品内部，形成中心缩尾。随着挤压过程进一步进行，径向流动的金属无法满足中心部位的短缺，于是在制品中心尾部出现了漏斗状的空缺，即中空缩尾。2.环形缩尾：①随着挤压过程进行，堆积在挤压垫与挤压筒角落部位中的带有各种缺陷和污物的金属会越来越多。②挤压末期，当中间金属供应不足，边部金属开始发生径向流动时，这部分金属将沿着后端难变形区的边界进入锭坯的中间部位。③流入制品中，形成环形缩尾。挤压厚壁管材时，将形成内成层。3.皮下缩尾：①死区与塑性流动区界面因剧烈滑移使金属受到很大剪切变形而断裂。②表面层带有氧化物、各种表面缺陷及污物的金属，会沿着断裂面流出。③与此同时，死区金属也逐渐流出模孔包覆在制品的表面上，形成皮下缩尾（外成层）或起皮。 减少挤压缩尾的措施：①对锭坯表面进行机械加工——车皮。②采用热剥皮挤压③采用脱皮挤压④进行不完全挤压——留压余。⑤保持挤压垫工作面的清洁，减少锭坯尾部径向流动的可能性。 挤压力：挤压过程中，通过挤压杆和挤压垫作用在金属坯料上的外力。 单位挤压力：挤压垫片单位面积上承受的挤压力。 影响挤压力的主要因素：①金属的变形抗力。挤压力大小与金属的变形抗力成正比。 ②锭坯状态。锭坯组织性能均匀，挤压力较小。不同的组织形态，其挤压力也不一样。③锭坯的规格及长度。锭坯的规格对挤压力的影响是通过摩擦力产生作用的。锭坯的越粗、越长，挤压力越大。④变形程度（或挤压比）。挤压力大小与变形程度成正比，即随着变形程度增大，挤压力成正比升高。⑤变形温度。变形温度对挤压力的影响，是通过变形抗力的大小反映出来的。一般来说，随着变形温度的升高，金属的变形抗力下降，挤压力降
挤压与拉拔复习题 1、什么是挤压？什么是正向挤压？什么是反向挤压？ ?所谓挤压，就是对放在容器（挤压筒）内的金属锭坯从一端施加外力，强迫其从特定的模孔中流出，获得所需要的断面形状和尺寸的制品的一种塑性成型方法。正向挤压：金属的流动方向与挤压杆（挤压轴）的运动方向相同的挤压生产方法。反向挤压：金属的流动方向与挤压杆（或模子轴）的相对运动方向相反的挤压生产方法。 2、正、反向挤压时的主要特征是什么？ 正向挤压：特征：变形金属与挤压筒壁之间有相对运动，二者之间有很大的滑动摩擦。引起挤压力增大；使金属变形流动不均匀，导致组织性能不均匀；限制了挤压速度提高；加速工模具的磨损。反向挤压：特征：变形金属与挤压筒壁之间无相对运动，二者之间无外摩擦。 3、什么是死区？死区的产生原因是什么？ 死区概念：在基本挤压阶段，位于挤压筒与模子端面交界处的金属，基本上不发生塑性变形，故称为死区。死区产生原因： a、强烈的三向压应力状态，金属不容易达到屈服条件； b、受工具冷却，σs增大； c、摩擦阻力大。 4、挤压缩尾的概念、形式及产生原因，减少挤压缩尾的措施。 ?挤压缩尾：挤压快要结束时，由于金属的径向流动及环流，锭坯表面的氧化物、润滑剂及污物、气泡、偏析榴、裂纹等缺陷进入制品内部，具有一定规律的破坏制品组织连续性、致密性的缺陷。三种：中心缩尾、环形缩尾、皮下缩尾 ?A、中心缩尾 ?（1）筒内剩余的锭坯高度较小，金属处于紊流状态，径向流动速度增加。 ?（2）将锭坯表面的氧化物、油污等集聚到锭坯的中心部位。 ?（3）进入制品内部，形成中心缩尾。 ?随着挤压过程进一步进行，径向流动的金属无法满足中心部位的短缺，于是在制品中心尾部出现了漏斗状的空缺，即中空缩尾。 ?B、环形缩尾 ?（1）随着挤压过程进行，堆积在挤压垫与挤压筒角落部位中的带有各种缺陷和污物的金属会越来越多。 ?（2）挤压末期，当中间金属供应不足，边部金属开始发生径向流动时，这部分金属将沿着后端难变形区的边界进入锭坯的中间部位。 ?（3）流入制品中，形成环形缩尾。 ?挤压厚壁管材时，将形成内成层。 ?C、皮下缩尾 ?（1）死区与塑性流动区界面因剧烈滑移使金属受到很大剪切变形而断裂。 ?（2）表面层带有氧化物、各种表面缺陷及污物的金属，会沿着断裂面流出。 ?（3）与此同时，死区金属也逐渐流出模孔包覆在制品的表面上，形成皮下缩尾（外成层）或起皮。 ?减少挤压缩尾的措施 ?（1）对锭坯表面进行机械加工——车皮。 ?（2）采用热剥皮挤压，如图2-14。
挤压：对放在容器（挤压筒）内的金属锭坯从一端施加外力，强迫其从特定的模孔屮流出，获得所需要的断面形状和尺寸的制品的一种塑性成型方法。 挤压方法：①正挤压（基本方法）：金属的流动方向与挤压杆的运动方向相同的挤压方法②反挤压（基本方法）：金属的流动方向与挤压杆的运动方向相反的挤压方法③侧向挤压④连续挤压⑤玻璃润滑挤压⑥静液挤压 正挤压特点：变形金属与挤压筒壁之问有相对运动，二者之间有很大的滑动摩擦。引起挤压力增大：使金属变形流动不均匀，导致组织性能不均匀；限制了挤压速度提高；加速工模具的磨损。 反挤压特点：变形金属与挤压筒壁之间无相对运动，二者之间无外摩擦。挤压力小；金属变形流动均匀；挤压速度快。但制品表面较正挤压差；外接圆尺寸较小；设备造价较高；辅助时间较长。 挤压的优缺点：1.优点：①具有最强烈的三向压应力状态，金属可以发挥其最大的塑性②生产范围广，产品规格、品种多；③生产灵活性大，适合小批量生产；④产品尺寸精度高, 表面质量好；⑤设备投资少，厂房面积小；⑥易实现自动化生产2.缺点：①几何废料损失大；②金属流动不均匀；③挤压速度低，辅助时I'可长；④工具损耗大，成本高。 挤压生产的适用范围：①晶种规格繁多，批暈小②复杂断面，超薄、超厚、超不对称③ 低塑性、脆性材料。 挤压阶段：根据金属变形流动特征和挤压力的变化规律，可将挤压过程分为开始（填充）挤压阶段、基本（平流）挤压阶段和终了（紊流）挤压阶段。 填充挤压阶段：①金属的变形流动特点：金属发生横向流动，出现单鼓或双鼓变形②挤压力的变化规律：随着挤压杆的向前移动，挤压力呈直线上升。③金属受力分析：随着填充过程中锭坯直径增大，在锭坯的表面层出现了阻碍其自由增大的周向附加拉应力。随着填充过程进行，锭坯长度缩短，直径增大，中间部分首先与挤压筒壁接触，由于摩擦作用，从而在表而层出现了阻碍金属向前后两个空间流动的纵向附加拉应力。 基本挤压阶段：①金属变形流动特点：不发生横向流动②挤压力的变化规律：随着挤压杆向前移动，金属不断从模孔中流出，挤压力几乎呈直线下降。 终了挤压阶段特点：①金属的横向流动剧烈增加，并产生环流②挤压力增加③产生挤压缩尾。 填充系数：挤压筒内孔断面积与锭坯的断面积之比，指金属发生横向流动，出现单鼓或双鼓变形时的变形指数。 填充系数对挤压制品质量的影响：①填充系数过大，从而易造成制品表面起皮、气泡缺陷。 ②填充系数过大，用空心锭不穿孔挤压管材吋易造成偏心缺陷。③对于具有挤压效应的铝合金來说，填充系数增大，挤压效应损失增大。
金属挤压与拉拔工艺学复习题 一、名词解释 1脱皮挤压：在挤压过程中，把锭坯表层金属被挤压垫片切离而滞留在挤压筒内的挤压方法，称为脱皮挤压。 2正向挤压：挤压时金属制品的流出方向与挤压杆的运动方向相同的挤压方法，也称直接挤压。 3反向挤压：挤压时金属制品的流出方向与挤压杆的运动方向相反的挤压方法，也称间接挤压。 4侧向挤压：挤压时金属制品的流出方向与挤压杆的运动方向成直角的挤压方法，又称横向挤压。 5层状组织：所谓层状组织，也称片状组织，其特征是制品在折断后，呈现出与木质相似的断口，分层的断口表面凹凸不平，并带有布状裂纹，分层的方向与挤压制品轴向平行，是挤压制品的一种组织缺陷。 6挤压效应：挤压制品与其他加工制品（如轧制、拉伸和锻造等）经相同的热处理后前者的强度比后者高，而塑性比后者低。这一效应是挤压制品所特有的特征，故称挤压效应。 7挤压比：挤压比等于挤压筒的横截面积与制品的横截面积之比。 8挤压力：挤压力就是挤压杆通过垫片作用在被挤压锭坯上使金属从模孔流出来的压力。 9挤压应力：挤压力除以垫片的断面积，又称单位挤压力。 10拉拔：对金属坯料施以拉力，使之通过模孔以获得与模孔截面尺寸，形状相同的制品的塑性加工方法称之为拉拔。 11拉拔力：为实现拉拔过程，作用在模出口加工材料上的外力称为拉拔力。 12死区：挤压筒内存在的前端难变形区，即挤压筒和模子端面交界的角落处。 13模角：模角是指模的轴线与其工作端面间所构成的夹角。 14空拉：拉拔时管坯内部不放芯头即无芯头拉拔。通过模孔后管材外径减小，管壁发生变化（变厚、变薄、不变）的管材拉拔工艺。 15比周长：是指把型材假想分成几部分后，每部分面积上的外周长与该面积的比值。 16残余应力：外力撤销后，材料内部存在的平衡应力。 17延伸系数：0 110L L F F ==λ10F F 、分别为坯料和制品的面积；10L L 、分别为坯料和制品的长度。 18加工率（断面收缩率）：0 10F F F -=ε10F F 、分别为坯料和制品的面积。延伸系数与加工率的关系：λε1 1-=。 二、简答题 1如何实现脱皮挤压？ 当挤压垫片比挤压筒的内径小2～4mm ，在挤压过程中即可实现脱皮。 2挤压速度与挤压流出速度有什么区别和联系？ 区别：挤压速度是指挤压机主柱塞运动速度，也就是挤压杆与垫片前进的速度，挤压流出速度是指金属流出模孔的速度。联系：挤压速度与挤压流出速度的关系是挤流V V λ=，由此可
《挤压与拉拔工艺学》课程教学大纲 课程英文名称：Metal Extrusion and Draw ing 课程编号：61105317 学时数：32学时 其中实验学时数：0 课外学时数: 学分数：2学分 适用专业：材料成型与控制 一、课程的性质、目的和任务 金属挤压、拉拔是一门论述挤压、拉拔变形理论、各种生产方法和各种模具设计的专业课, 其任务是通过课堂教学、多媒体教学等教学环节，使学生掌握挤压、拉拔领域中主要的几种生产方法、金属挤压、拉拔变形理论、生产工艺以及金属制品组织性能对产品质量的影响，使学生初步具有确定金属挤压、拉拔工艺方案和对金属变形进行分析和综合的能力，为培养压力加工专业的高级工程技术人才，提供必要的基础知识技能。 二、课程教学内容的基本要求、重点和难点 了解挤压加工的特点，了解挤压时金属流动的特点、挤压制品的组织性能、主要缺陷及挤压设备挤压力的计算。掌握挤压工具的设计方法及挤压工艺过程的制定。 了解拉拔加工的特点，了解拉拔时应力与变形、了解拉拔设备与拉拔力的计算。掌握拉拔模的设计方法及拉拔工艺过程的制定；掌握拉拔配模的工艺计算。 重点：挤压时金属流动的特点、挤压模具的设计；拉拔模的设计及拉拔配模的工艺计算。 难点：挤压模具的设计；拉拔配模的工艺计算。 （一）、金属挤压概述 了解金属挤压特点，掌握挤压技术的应用。 1、概述 2、挤压特点 3、挤压技术的应用 （二）、挤压时金属的流动 了解金属挤压时金属的流动特点，掌握挤压时各种因素对金属流动的影响。 1挤压时金属的流动特点 2、挤压时各种因素对金属流动的影响 （三）挤压制品的组织性能与主要缺陷
了解挤压制品的组织性能与主要缺陷 1挤压制品组织 2、挤压制品机械性能 3、挤压制品的裂纹 4、挤压缩尾 （四）挤压力 了解影响挤压力因素，掌握挤压力的计算。 1、影响挤压力因素 2、挤压力的计算 （五）挤压设备 了解挤压设备的分类及主要结构形式 1、概述 2、挤压机类型 （六）、挤压工具 掌握挤压筒、挤压杆、挤压垫、穿孔针、挤压模的设计方法 1、挤压筒 2、挤压杆 3、挤压垫 4、穿孔针 5、挤压模 （七）挤压工艺 了解挤压工艺的制定原则，掌握挤压工艺的制定方法 1、锭坯尺寸的选择 2、挤压温度与速度的选择 3、挤压时的润滑 4、挤压工艺 （八）、拉拔概述 了解拉拔特点及应用范围 1、拉拔的一般概念 2、拉拔特点 （九）、拉拔时应力与变形 了解棒材、管材拉拔时的应力与变形特点；了解拉拔时残余应力的产生原因及分布规律 1、圆棒拉拔时的应力与变形 2、管棒拉拔时的应力与应变
学院：专业班级：学号：姓名：教师：
目录1拉拔的基本概念 2拉拔的特点 3基本方法 4实现拉拔的必要条件 5管材拉拔时的应力与变形 6拉拔力 7拉拔速度 8反拉力 9拉制品的残余应力及主要缺陷
1拉拔的基本概念: 拉拔是指在外加拉力的作用下，使金属通过模孔以获得所需形状和尺寸制品的塑性加工方法。 一般在室温进行， 只有室温强度高、 塑性差的合金如 钨、锌等才加热； 是管、棒、型、线 的主要生产方法 2拉拔的特点: 1）制品的尺寸精确，表明光洁； 2）工具和设备简单，维修方便； 3）可连续高速生产小规格长制品； 4）受安全系数 K 的限制，道次变形量小，简单断面型材也难一次成形。如： 3基本方法: 1）实心材拉拔 截面为实心，如棒、型和线材拉拔。 2）空心材拉拔 截面为空心，如管和空心型材拉拔。 P 制品 模子 坯料
4实现拉拔的必要条件: 作用在制品上的拉应力小于材料的屈服极限。 若定义： 为安全系数，则实现拉拔的必要条件是：安 全系数K >1。一般取 K ＝1.4－2.0。 本文以空拉管材为例介绍拉拔 5管材拉拔时的应力与变形 1）空拉: 按目的不同有： 减径空拉：目的是减径，主要用于中间道次，一般认为拉拔后壁厚不变； 整径空拉：目的是精确控制制品的尺寸，减径量不大（0.5－1），一般在最后道次进行； 定型空拉：目的是控制形状，主要用于异型管材拉拔，即用于圆截面向异型截面过渡拉拔。 L b K σ σ=
2）应力 应力状态：与圆棒拉拔时类似，即：周向、径向为 压，轴向为拉，但 ，且有 。（内表面为自由表面，径向变形阻力小。） 应力状分布规律： 3）变形（应变） 应变状态：轴向延伸、周向压缩、径向可能是延伸、压缩或为0（不变）， 这取决于三个应力之间的关系。直观上看，轴向应力（拉）使壁变薄，周向应力（压）使壁变厚。从力学角度分析有： r r d σλε'?= ，λ 为瞬时的非负 的比例系数。又 )2(32 θσσσσσσ+-=-='L r m r r ，因此 当2)(θσσσ+>L r 时，壁厚增加； 当2)(θσσσ+=L r 时，壁厚不变； 当 2)(θσσσ+
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