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金属室温挤压成形中的流动规律班级：9131161502学号：8姓名：安志恒理工大学材料科学与工程学院2016．5. 301.实验目的（1）掌握挤压变形过程中金属流动规律的一般测量方法。
（2）学会分析考察轴对称挤压时金属流动区域的特性和产生原因。
（3）学会计算金属沿挤压轴向的应力、应变值，并绘制其分布图。
（4）学会分析考察变形过程挤压力的变化情况，掌握测量挤压时挤压力的一般测量方法。
（5） 了解挤压模具模孔设计不当，可能引起金属出模孔时发生弯曲等的原因。
2.实验原理研究金属在挤压时的挤压力变化规律是非常重要的，因为挤压制品的组织性能、表面质量、形状尺寸和工模具的设计原则都与其密切相关。
影响挤压力的因素有：金属材料的变形抗力、摩擦与润滑、温度、工模具的形状和结构、变形程度与变形速度等。
挤压力的变化规律如图1所示。
图1 挤压力随着挤压轴行程变化 研究挤压时金属流动规律的实验方法有很多种：如坐标网格法、观察塑性法、金相法、光塑性法、莫尔条纹法、硬度法等，其中最常用的是坐标网格法。
多数情况下，金属的塑性变形是不均匀的。
若将变形体分割成无穷多的单元体，如果单元体足够小，则可近似认为是此单元体发生的是均匀变形。
因此可借均匀变形理论来解释不均匀变形过程，此即为坐标网格法的理论基础。
此法中，网格应尽可能小，但考虑到单晶体的各向异性的影响，一般取边长为5mm ，深度为1～2mm 。
坐标网格法是研究金属塑性变形分布应用最广泛的一种方法，其实质是把模型毛坯制成对分试样，变形前在试样的一个剖分面上刻上坐标网如图2所示。
变形后根据网格变化计算相应的应变，也可由此得到应变分布。
坐标网可划成正方形或圆形，其尺寸根据坯料尺寸及变形程度确定，一般在2~10mm 之间。
图3为挤压成形后纵剖面的网格变化情况。
图2 挤压之前剖分面上的坐标网格图3 挤压后剖分面上的坐标网格，坐标原点可以设在左下角，以使最终应变分布曲线分布在第一象限图4为金属挤压变形后单元坐标网格的变化。
2011年第15期总第127期ISSN1672-1438CN11-4994/T正挤压金属流动规律及其挤压力的测定赵培峰 郜建新 周伯楚 辛选荣河南科技大学材料科学与工程学院 河南洛阳 471003摘 要：通过对金属挤压过程流动规律的分析，采用油压传感器、位移传感器、动态应变仪及函数记录仪等仪器，建立力与位移之间的关系曲线。
根据该曲线确定金属材料在挤压过程中各阶段的变形与挤压力之间的关系。
通过不同入模角和不同变形程度，分析正挤压时金属的流动规律。
关键词：挤压；流动规律；力；传感器Determination of metal fl owing regulation and extrusion force under forward extrusionZhao Peifeng, Gao Jianxin, Zhou Buochu, Xin XuanrongHenan university of science and technology, Luoyang, 471003, ChinaAbstract: Relation curve between force and displacement is developed by using oil-pressure sensor, displacement sensor, dynamic strainindicator and x-y graph recording meter after analysis of metal fl owing regulation under forward extrusion. The relation between force and deformation of different stages under forward extrusion is decided through the said crave. The metal fl owing regulation under forward extrusion through different die-entrance angle and deformation.Key words: extrusion; fl owing regulation; force; sensor收稿日期：2011-05-03 稿件编号：1105006作者简介：赵培峰，博士，副教授。
金属锻造挤压成型技术金属锻造挤压成型技术是一种重要的金属加工方法，广泛应用于航空航天、汽车制造、机械工程等领域。
它通过对金属材料施加压力，使其在高温下发生塑性变形，从而得到所需的形状和尺寸。
本文将详细介绍金属锻造挤压成型技术的原理、应用和优势。
一、原理金属锻造挤压成型技术基于金属材料的塑性变形性质。
在加热至合适温度后，金属材料的结晶粒会发生变形，从而改变其原有的形状和尺寸。
通过在金属材料两侧施加压力，使其发生挤压变形，从而得到所需的形状。
挤压过程中，金属材料会经历压缩、延伸和弯曲等变形，最终形成所需的产品。
二、应用金属锻造挤压成型技术在工业生产中有着广泛的应用。
首先，在航空航天领域，金属锻造挤压可用于制造飞机发动机叶片、涡轮叶片等关键零部件。
这些零部件需要具备高强度和高耐热性能，而挤压成型能够满足这些要求。
其次，在汽车制造领域，金属锻造挤压可用于制造汽车车身结构、车轮毂等零部件。
挤压成型具有高效率和高精度的特点，能够提高汽车的安全性和稳定性。
此外，金属锻造挤压还广泛应用于机械工程、电子设备制造等领域。
三、优势金属锻造挤压成型技术具有以下几个优势。
首先，它可以提高材料的密度和强度。
在挤压过程中，金属材料会发生塑性流动，使得晶粒更加致密，从而提高了材料的密度和强度。
其次，它可以实现复杂形状的制造。
通过调整挤压过程的参数，可以制造出各种复杂的形状和结构，满足不同产品的需求。
再次，它可以节约材料和能源。
相比于传统的切削加工方法，挤压成型可以减少材料的浪费和能源的消耗，有利于环境保护和资源节约。
最后，它可以提高生产效率和产品质量。
挤压成型具有高效率和高精度的特点，能够实现批量生产，提高生产效率，同时保证产品的一致性和稳定性。
金属锻造挤压成型技术是一种重要的金属加工方法，具有广泛的应用前景和优势。
在未来的发展中，我们可以进一步改进挤压设备和工艺，提高挤压成型的效率和质量，推动金属加工技术的发展，为各行各业的发展提供支持。
江西理工大学挤压复习资料挤压：对放在模具模腔内的金属坯料施加外力，迫使金属从模孔挤出，获得所需断面形状和尺寸并具有一定力学性能的挤压件的塑性加工方法。
减径挤压：是一种变形程度较小的变态正挤压法，毛坯断面仅作轻度缩减。
塑性：指金属在外力作用下，可以稳定地发生永久变形而不破坏其完整性的能力。
软化处理：为降低材料的硬度，提高材料的塑性，得到良好的显微组织，消除内应力所进行对材料的处理。
硬度试验法：在冷变形时，金属的硬度是随变形程度的增加而增加的，所以只要知道变形体各部分硬度的变化，就可以大体上了解变形的数值以及变形不均匀分布的情况。
摩擦力：阻碍物体相对运动的力，摩擦力的方向与物体相对运动或相对运动趋势的方向相反。
缩孔：变形过程中变形体一些部分上产生较大的空洞或者凹坑的缺陷。
冷作硬化：金属材料在常温或在结晶温度以下的加工产生强烈的塑性变形，使晶格扭曲、畸变，晶粒产生剪切、滑移，晶粒被拉长，这些都会使表面层金属的硬度增加，减少表面层金属变形的塑性，称为冷作硬化。
变形粘滞区（死区）：在挤压过程中位于挤压筒与挤压模交界处金属不发生塑性变形的区域。
分流面：复合挤压存在向不同出口挤出的流动分界面。
残余应力：当外力取消以后，附加应力并不消失而残留在变形内部，称为残余应力附加应力：由于物体内各层的不均匀变形受到变形体整体性的限制，而引起变形金属内部各部分自相平衡的应力挤压件常见缺陷： 1.表面折叠2.表面折缝 3.缩孔 4.裂纹冷挤压工件的原材料：线材、棒材、管材、板材坯料制备方法：截切下料、冲裁下料、切削下料、锯切下料毛坯相对高度：h0/d0,反映了工件与模具间摩擦阻力关系。
h0、d0为坯料的高度和直径。
正挤压时，随毛坯相对高度的增加而单位挤压力也增加。
反挤压时，若小于1，则单位挤压力随相对高度的增加而增加，若大于1，则基本保持不变。
一、冷挤压方法可分为：正挤压、反挤压、复合挤压、径向挤压。
按温度分：热挤压、温挤压、冷挤压。
中南大学金属液态成形原理老师标记的重点课后题答案P31．2.如何理解实际液态金属结构及其三种“起伏”特征？答：实际液态金属合金的结构式及其复杂的，它有大量各种成分的时聚时散，此起彼伏游动原子集团，空穴所组成，同时也含有各种固态，液态，气态杂质或化合物，而且还表现出能量，结构及浓度三种起伏特征。
三种起伏影响液态金属的结晶凝固过程，从而对铸件的质量产生重要的影响。
11.某飞机制造厂的一牌号A l-Mg合金机翼因铸造常出现浇不足缺陷而报废，。
请问可采取哪些措施来提高成品率？答：机翼铸造常出现“浇不足”缺陷可能是由金属液的充型能力不足造成的，可采取以下工艺提高成品率：（1）调整铸型性质。
使用小蓄热系数的铸型来提高金属液的充型能力；采用预热铸型，减小金属与铸型的温差，提高金属液充型能力。
（2）改善浇注条件。
提高浇注温度，加大充型压头，改善浇注系统结构，提高金属液的充型能力。
P53．1. 凝固速度对铸件凝固组织、性能与凝固缺陷的产生有重要影响。
试分析可以通过哪些工艺措施来改变或控制凝固速度？答：可以通过以下的工艺措施改变或控制凝固速度：①改变铸件的浇注温度、浇注方式以及浇注速度；②选用适当的铸型材料和预热温度；③在铸型中适当设置一些冒口、浇口等；④在铸型型腔内表面涂适当厚度与性能的材料。
3.何为凝固动态曲线？有何意义？答：根据凝固体断面各位置的温度与时间的关系曲线，在位置与时间的坐标图上绘制成的凝固体断面上，不同位置、不同时间达到同一温度的连线，称之为凝固动态曲线。
凝固动态曲线的意义：可以判断金属在凝固过程中两相区（凝固区）的宽窄，由两相区的宽窄判断凝固断面的凝固方式。
4.铸件凝固方式由哪些因素决定？凝固方式与铸件质量有何关系？答;影响铸件凝固方式的因素有合金凝固的温度区间和铸件断面的温度梯度两方面。
机械挤压成型技术的塑性流动与变形机械挤压成型技术是一种常用的塑性加工方法，通过施加外力使金属材料产生塑性流动和变形，从而得到所需的形状和尺寸。
在这篇文章中，我们将探讨机械挤压成型技术中的塑性流动和变形的原理和特点。
首先，我们来了解一下机械挤压成型技术的基本过程。
机械挤压成型是将金属坯料放入挤压机的模腔中，然后通过活塞施加压力使金属坯料从模腔的出口挤出，形成所需的产品。
在这个过程中，金属坯料会受到巨大的压力和剪切力，从而产生塑性流动和变形。
塑性流动是指金属材料在受到外力作用下，原子、晶粒和位错在微观层面上发生移动和变形的过程。
在机械挤压成型技术中，金属坯料受到的压力会使其内部的原子和晶粒发生位移和重新排列，从而形成所需的形状和尺寸。
塑性流动的过程中，金属材料的内部结构和性质会发生改变，从而使其具有更好的力学性能和工艺性能。
塑性变形是指金属材料在受到外力作用下，其形状和尺寸发生变化的过程。
在机械挤压成型技术中，金属坯料受到的压力会使其产生塑性变形，从而得到所需的形状和尺寸。
塑性变形的过程中，金属材料的内部结构和性质也会发生改变，从而使其具有更好的力学性能和工艺性能。
机械挤压成型技术的塑性流动和变形具有以下几个特点：首先，机械挤压成型技术可以实现金属材料的大变形。
由于挤压过程中金属坯料受到的压力较大，因此可以实现金属材料的大变形，从而得到更复杂和精密的产品。
其次，机械挤压成型技术可以提高金属材料的力学性能。
在塑性流动和变形的过程中，金属材料的晶粒会发生细化，位错会发生增多，从而使其具有更好的强度和韧性。
再次，机械挤压成型技术可以提高金属材料的工艺性能。
通过机械挤压成型技术，可以改变金属材料的晶粒取向和组织结构，从而提高其加工硬化能力和抗疲劳性能，减少其加工变形和开裂的倾向。
最后，机械挤压成型技术可以实现金属材料的节能和资源利用。
由于机械挤压成型技术可以实现金属材料的大变形，因此可以减少金属材料的消耗量，节约能源和资源。
金属室温挤压成形中的流动规律
南京理工大学
材料科学与工程学院
2016．5. 30
1.实验目的 （1） 掌握挤
压变形过程中金
属流动规律的一
般测量方法。
（2） 学会分析考察轴对称挤压时金属流动区域的特性和产生原因。
（3） 学会计算金属沿挤压轴向的应力、应变值，并绘制其分布图。
（4） 学会分析考察变形过程挤压力的变化情况，掌握测量挤压时挤压力
的一般测量方法。
（5） 了解挤压模具模孔设计不当，可能引起金属出模孔时发生弯曲等的
原因。
2.实验原理
研究金属在挤压时的挤压力变化规律是非常重要的，因为挤压制品的组织性能、表面质量、形状尺寸和工模具的设计原则都与其密切相关。
影响挤压力的因素有：金属材料的变形抗力、摩擦与润滑、温度、工模具的形状和结构、变形程度与变形速度等。
挤压力的变化规律如图1所示。
班 级： 学 号： 姓 名： 安 志 恒
图1 挤压力随着挤压轴行程变化 研究挤压时金属流动规律的实验方法有很多种：如坐标网格法、观察塑性法、金相法、光塑性法、莫尔条纹法、硬度法等，其中最常用的是坐标网格法。
多数情况下，金属的塑性变形是不均匀的。
若将变形体分割成无穷多的单元体，如果单元体足够小，则可近似认为是此单元体发生的是均匀变形。
因此可借均匀变形理论来解释不均匀变形过程，此即为坐标网格法的理论基础。
此法中，网格应尽可能小，但考虑到单晶体的各向异性的影响，一般取边长为5mm ，深度为1～2mm 。
坐标网格法是研究金属塑性变形分布应用最广泛的一种方法，其实质是把模型毛坯制成对分试样，变形前在试样的一个剖分面上刻上坐标网如图2所示。
变形后根据网格变化计算相应的应变，也可由此得到应变分布。
坐标网可划成正方形或圆形，其尺寸根据坯料尺寸及变形程度确定，一般在2~10mm 之间。
图3为挤压成形后纵剖面的网格变化情况。
图2 挤压之前剖分面上的坐标网格
图3 挤压后剖分面上的坐标网格，坐标原点可以设在左下角，以使最终应变分布曲线分布在第一象限
图4为金属挤压变形后单元坐标网格的变化。
如图4a 所示，在正方形坐标网格内刻有内切圆。
若变形时坐标面上无剪应力，则正方形变成了矩形，内切圆变成了内切椭圆（图4b ），椭圆轴的尺寸和方向反映了主变形的大小和方向（即主轴的方向）。
若坐标面上作用有剪应力，则正方形变成了平行四边形，内切圆变成了内切椭圆，切点不在椭圆的顶点（图4c ），椭圆的轴与新的主应力方向重合，只要测出变形后椭圆的尺寸r 1、r 2，便可按照下式计算应变ε1和ε2，即
22011ln ;ln r r r r ==εε （1） 如果r 1、r 2难以测准，则可测量平行四边形的边长a 1，b 1和剪切角γ，然后
由下面关系式换算出r 1和r 2，即
212122*********])sin ([21])sin ([21b a b a b a r -+++=γ
γ （2） 212122*********])sin ([21])sin ([21b a b a b a r -+-+=
γγ （3） 依次测量挤压成形后试样纵剖面不同结点位置平行四边形的边长a 1，b 1和剪切角γ，代入上述表达式（1）,（2）和（3）即可获得该结点对应的应变，然后依次对结点进行计算，最后画出金属挤压成形的应变分布图。
(a) (b)
(c)
图4 单元坐标网格变形情况（a）变0形前（b）无剪应力变形后（c）有剪应力变形后，其中实线框为剪应力较小的情况，虚线框为剪应力较大的情况
3.实验设备、材料
实验设备
此实验主体设备为YJQ-500B金属卧式正向挤压机，最大主缸压力500吨，能够进行室温及加热条件下的棒材和管材挤压等操作。
图5 YJQ-500B卧式挤压机外观
模具：金属正挤成形专用模具，挤压筒入口直径80mm，出口直径30mm 实验材料
工业纯铅，Φ78×70 mm·mm; 润滑剂选用石墨与二硫化钼的机械混合物。
4.实验内容与步骤
（1）选取一套剖分好的纯铅试样，测量并记录实际试样尺寸。
（2）将试样分开并进行拍照，对原始坐标网格进行计算。
（3）用粉笔灰对坐标网格进行填充，以便清晰反映变形流线。
（4）将样品放入卧式挤压机挤压筒内。
（5）安装好挤压模具。
（6）开机，接通挤压机主电源，5秒内打开电机开关。
合模、挤压杠进，对剖分试样进行室温挤压变形。
当挤压杠前进位置接近限位开关时完成挤压变形。
挤压杆退，开模、停电机、断开电源，分步操作。
最后对变形后试样进行剪切。
（7）对纯铅棒中心剖面的网格进行拍照、计算并分析前后的变化。
5.实验注意事项
（1）自备相机、直尺等。
（2）准备彩色粉笔末
（3）遵守实验室规章制度，安全规范操作。
（4）不能穿拖鞋进实验室。
6.实验报告
挤压前后剖分试样及流动规律
图6 挤压前剖分试样
图7 挤压后剖分试样
金属流动规律：正挤压时材料的流动方向与施力方向相同，金属坯料与挤压筒壁之间的滑动存在摩擦力。
正挤压时的材料流动一般可分为如下三个阶段：（1）开始挤压阶段坯料受轴向比力后，首先使坯料填满挤压筒和模孔，挤压力直线上升．
（2）基本挤压阶段在轴向力继续作用下，坯料的任一断面上的各质点，均以相同速度或以—定的速度差进入变形压缩锥。
坯料的外层流出模口后,仍处于制件的外层，而不会流入制件的中心。
靠近垫片和模子角落处的坯料不流动，
形成死区。
挤压时，变形区内的坯料呈三向应力状态，即轴向压应力、径向压应力和周向压应力。
（3）终了阶段是指挤压筒内坯料长度小到接近变形区压缩锥的高度时。
此时压力重新升高，外层坯料向中心急潮流动，“死区”的积料也开始流向模孔，形成“挤压缩层”的。
定量计算
问题、意见与建议
实验中，可以考虑通过蘸取荧光液对样品网格进行标记，同时人工取样品耗时耗力，建议可以反向取样来达到目的。
7．思考题
1、金属在室温进行挤压变形时，哪些因素会影响金属的流动？请分别进
行描述。
（1）摩擦与润滑的影响：用表面粗糙磨损的挤压筒内衬挤压时，金属流动不均匀；无润滑挤压时，产生很大的摩擦阻力，变形扩展很深，金属流动不均匀；润滑挤压时，摩擦阻力小，变形区在模子附近，金属流动较均匀；挤压管材时，锭坯中心部分受穿孔针摩擦力和冷却作用，降低了其流动速度，挤压管材时比挤压棒材金属流动要均匀。
（2）锭坯温度与挤压筒温度的影响：对多数金属，如黄铜等，随着锭坯温度升高，摩擦系数增大，金属流动不均匀。
由不同合金的导热性不同，纯铜的导热系数较高,锭坯内外层金属的温差较小，使变形抗力接近一致。
而导热性低的合金,锭坯断面上温度若分布不均匀，金属的变形抗力也不同。
温度的改变，使合金可能发生相变，影响金属流动的均匀性。
挤压筒温度升高，金
属流动趋于均匀。
因为挤压筒温度升高，使锭坯内外层温度差减小，挤压时金属内外层变形抗力趋于一致,使得挤压过程中的金属流动均匀。
对传热系数低的金属，锭坯径向上的温度分布和硬度分布都很不均匀，其金属流动不均匀程度严重。
（3）挤压工具形状和结构的影响：挤压生产时,最常用的挤压模具有两种类型:平模和锥模。
模角增大挤压时死区高度增大，金属流动间的摩擦作用增大,当模角增大到90°时，金属流动最不均匀，所以,锥模挤压时要比乎模挤压时金属流动均匀。
（4）变形程度与挤压速度的影响：变形程度增加时，锭坯中心层与表层金属的流动速度差增加，金属流动的均匀性下降。
金属流出速度与延伸系数成正比例增加，一般是挤压速度大，金属不均匀流动加剧，由于挤压速度大来不及软化，从而加快了加工硬化，使金属塑性降低。
此外，挤压速度的提高，增加了变形热效应，使锭坯温度升高,有可能进入高温脆性区，降低了金属加工塑性。
（5）金属强度特性的影响：强度高的金属比强度低的金属流动均匀，对同一种金属，低温时强度高，其金属流动要比高温时的均匀。
2、对本实验中可能造成误差的各个因素进行分析与讨论，提出改善误差的方法与手段等。
造成误差的因素可能有：在使用网格法时，用粉笔涂抹网格造成的模糊，以及网格的本身有一定的宽度，使得在标定变形流线时出现误差。
