挤压工艺及模具设计第二讲
第2章 挤压分类及基本原理ppt课件
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第二章 挤压分类及基本原理
可将坯料内部的变形情况分为五个区域(见图2-5)： 1区为已变形区； 2区为金属“死区”，它紧贴着凸模端表面，呈倒锥形，该 锥形大小随凸模端表面与坯料间的摩擦阻力大小而变化；
图 2-5 反挤压变形分区
1-已变形区 2-死区 3-变形区 4-过渡区 5-待变形区
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第二章 挤压分类及基本原理
二、挤压变形程度
挤压变形程度表示方法有以下三种：
1. 断面减缩率 2. 挤压比 3. 对数变形程度
A A A 0 110% 0 A0
G A0 A1
ln A0 A1
三者之间存在如下关系：
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A
1
1 G
lnG
ln 1 1PaAge 15
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第二章 挤压分类及基本原理
三、应力状态对挤压变形的影响
1. 对塑性的影响 挤压变形区中的基本应力状态是三 向压应力。在塑性成形中，变形区内的金属受拉应力的 影响越小，受压应力的影响越大，则塑性越高；相反， 则塑性越低。因此，挤压变形可以大大提高被挤压坯料 的塑性。
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一、挤压变形的应力与应变状态
正挤压时变形区的应力状态是三向受压，变形是 两向压缩、一向向外挤出伸长的应变状态。
杯形件反挤压可把变形区分为内、外两个不同区 域：内区域的变形与圆柱体镦粗类似，是一向压缩、 两向伸长的应变状态；外区域的变形与受内压的圆环 变形类似，是两向伸长(轴向和切向)、一向压缩(径向) 的应变状态。
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挤压工艺与模具设计..
目录一、挤压相关知识及发展状况 (2)二、总设计过程概论 (5)三、实心型材模设计 (7)四、总结与体会 (19)1.1 挤压加工方法挤压是有色金属、钢铁材料生产与零件成型加工的主要方法之一，也是各种复合材料、粉末材料等先进材料制备与加工的重要方法。
从大尺寸金属铸锭的热挤压开坯、大型管棒型材的热挤压加工至小型精密零件的冷挤压成型，从粉末、颗粒料为原料的复合材料直接固化成型到金属间化合物、超导材料等难加工材料，现代挤压技术得以广泛的应用。
挤压加工的方法主要有正挤压，反挤压，侧向挤压，玻璃润滑挤压，静液挤压，连续挤压。
挤压加工特点是处于强烈的三向压应力状态，这有利于提高金属的塑性变形能力，提高制品的质量，改善制品内部微观组织和性能。
除此以外，挤压加工还具有应用范围广，生产灵活性大，工艺流程简单和设备投资少的特点。
应用挤压加工工艺最多的材料是低熔点的有色合金，如铝及铝合金。
1.2 铝加工行业的分布中国的铝加工企业主要集中于沿海(广东、福建、浙江、上海、江苏、山东、河北、天津、北京、辽宁)地区，即珠江三角洲(广州一深圳为中心的经济圈)、长江三角洲(上海为中心的经济圈)、环渤海湾地区(京津经济圈)所占比例较大，许多铝加工企业都云集于此三大经济圈。
在珠三角地区，主要集中在佛山地区，其中大沥更是全国，甚至世界地区铝加工业的佼佼者。
1.3铝及铝合金的特点与应用铝及铝合金具有一系列特性，在金属材料的应用中仅次于钢材而居第二位。
目前全世界铝材的消费量在1800万吨以上，其中用于交通运输（包括铁道车辆、汽车、摩托车、自行车、汽艇、快艇、飞机等）的铝材约占27%，用于建筑装修的铝材约23%，用于包装工业的铝材约占20%。
随着中国经济建设的高速发展，人民生活水平的不断提高，中国的建筑行业发展迅速，包括铝型材在内的建筑装饰材料不断增加。
铝型材的应用已经扩展到了国民经济的各个领域和人民生活的各个层面。
根据铝合金的成分和生产工艺特点,通常分为变形铝合金与铸造铝合金两大类。
挤压工艺及模具课程设计
挤压工艺及模具课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解挤压工艺的基本概念，掌握金属挤压的基本原理；2. 学生能够描述挤压模具的构成、分类及工作原理；3. 学生能够掌握影响挤压工艺的主要因素，如材料性能、挤压温度、挤压速度等；4. 学生能够了解挤压工艺在实际生产中的应用及发展趋势。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，分析并解决挤压工艺中的实际问题；2. 学生能够设计简单的挤压模具，并进行初步的模具分析与优化；3. 学生能够运用计算机辅助设计软件（如CAD）进行挤压模具的设计与仿真。
情感态度价值观目标：1. 学生通过学习挤压工艺及模具课程，培养对制造业的兴趣和热情；2. 学生能够认识到挤压工艺在现代化生产中的重要性，增强对制造业的责任感和使命感；3. 学生在学习过程中，培养团队合作意识，提高沟通与表达能力。
分析课程性质、学生特点和教学要求：1. 课程性质：本课程为机械制造及自动化专业的一门专业课程，具有实践性和应用性；2. 学生特点：学生为高职或中职院校机械制造及自动化专业二年级学生，具备一定的机械基础知识；3. 教学要求：注重理论与实践相结合，强调实际操作能力的培养，提高学生的综合素质。
二、教学内容1. 挤压工艺基本概念与原理- 金属挤压的基本概念与分类- 挤压工艺的优缺点分析- 挤压工艺的基本原理及过程2. 挤压模具设计与分析- 挤压模具的构成与分类- 挤压模具的设计原则与方法- 模具分析与优化- 计算机辅助设计软件在模具设计中的应用3. 影响挤压工艺的因素- 材料性能对挤压工艺的影响- 挤压温度、挤压速度等工艺参数对挤压质量的影响- 挤压润滑对挤压工艺的影响4. 挤压工艺在实际生产中的应用- 挤压工艺在各类产品中的应用实例- 挤压工艺在制造业中的发展趋势- 新型挤压工艺及模具技术的探讨5. 实践教学环节- 挤压模具设计与制作实践- 挤压工艺操作实践- 案例分析与讨论教学大纲安排：第一周：挤压工艺基本概念与原理第二周：挤压模具设计与分析第三周：影响挤压工艺的因素第四周：挤压工艺在实际生产中的应用第五周：实践教学环节（挤压模具设计与制作实践、挤压工艺操作实践、案例分析）教学内容根据课程目标，结合教材章节进行组织，注重理论与实践相结合，旨在培养学生的实际操作能力和创新能力。
挤压工艺与模具设计
挤压工艺及模具设计Extrusion Technology and Mould Design一、挤压工艺分类挤压可分为以下三类：1）冷挤压，又称冷锻，一般指在回复温度以下（室温）的挤压。
2）温挤压，一般指坯料在金属再结晶温度以下、回复温度以上进行的挤压。
对于黑色金属，以600℃为界，划分为低温挤压和高温挤压。
3）热挤压，指坯料在金属再结晶温度以上进行的挤压。
1）冷挤压工艺冷挤压是在冷态下，将金属毛坯放入模具模腔内，在强大的压力和一定的速度作用下，迫使金属从模腔中挤出，从而获得所需形状、尺寸以及一定力学性能的挤压件。
冷挤压与热锻、粉末冶金、铸造及切削加工相比，具有以下主要优点：1）因在冷态下挤压成形，挤压件质量好、精度高、其强度性能也好；2）冷挤压属于少、无切削加工，节省原材料；3）冷挤压是利用模具来成形的，其生产效率很高；4）可以加工其它工艺难于加工的零件。
2）温挤压工艺温挤压成形技术是近年来在冷挤压塑性成形基础上发展起来的一种少无切削新工艺，又称温热挤压。
它与冷、热挤压不同，挤压前已对毛坯进行加热，但其加热温度通常认为是在室温以上、再结晶温度以下的温度范围内。
对温挤压的温度范围目前还没有一个严格的规定。
有时把变温前将毛坯加热，变形后具有冷作硬化的变形，称为温变形。
或者，将加热温度低于热锻终锻温度的变形，称为温变形。
从金属学观点来看，区分冷、热加工可根据金属塑性变形后有无加工硬化现象存在来决定似乎更合理些。
在金属塑性变形后存在加工硬化现象这个过程称为冷变形及温变形。
3）热挤压工艺热挤压是几种挤压工艺中最早采用的挤压成形技术，它是在热锻温度时借助于材料塑性好的特点，对金属进行各种挤压成形。
目前，热挤压主要用于制造普通等截面的长形件、型材、管材、棒料及各种机器零件等。
热挤压不仅可以成形塑性好，强度相对较低的有色金属及其合金，低、中碳钢等，而且还可以成形强度较高的高碳、高合金钢，如结构用特殊钢、不锈钢、高速工具钢和耐热钢等。
2 挤压的基本原理
性能变化
1.机械性能变化显著 组织决定性能，组织的变化必然引起机械性 能的改变：
–强度硬度提高； –塑性韧性下降；
2.出现“各向异性” 沿纤维方向，材料的强度硬度明显较高； 垂直方向，塑性韧性较好。
八、挤压件常见缺陷
当入模角为180°时，变形区及 变形的不均匀程度都将达到最大。 甚至出现“涡流”，产生缩孔裂纹。
3.变形速度的影响： 当变形速度很高，热效应显著，毛坯温度 升高，抗力降低，塑性增加，变形不均匀 程度减少。
4.变形温度的影响 一般而言，温度升高，金属塑性提高
5.应力状态的影响 主应力中，压应力数越多， 数值越大，则塑性越好； 反之，塑性越差。
“三向压应力状态”能提高塑性的原因：
1)减少晶格间变形，从而防止晶格间变形引起的晶 界破坏； 2)减少或弥合内部缺陷（缩孔、缩松、气孔） 3)降低夹杂物引起的危害（应力集中引起的致裂） 4)减少或抵消附加拉应力，避免翘曲或开裂。
(3) 降低金属的耐蚀性 当挤压件表层具有残余应力时, 会降低其耐 蚀性。此外, 残余应力还会使金属的塑性、冲击 韧性及疲劳强度等降低。
防止和消除附加应力 和残余应力的方法：
(1) 减少摩擦阻力的影响 (2) 合理设计模具工作部分的结构和尺寸 以保证挤压件的变形与应力分布较为均 （3) 尽可能采用组织均匀的金属变形 挤压前对坯料进行均匀化处理, 使其尽可能在 晶粒大小均匀的状态下变形, 以减小附加应力。
(3) 变形金属的组织结构不均匀 变形金属的组织结构往往是不均匀的, 例如晶 粒有大有小, 方位也不相同, 从而引起不均匀变形 , 会导致附加应力的产生。 (4) 模具工作部分的形状与尺寸不合理 例如在正挤压时 ，如果凹模工作带高度尺寸不 一致, 那么在工作带较高的一边的金属流动速度将 慢于较矮的一边 。这样, 挤压件便产生弯曲, 因 此在挤压件内部将产生相互牵制的附加应力。
冷挤压工艺及模具设计课件
对修复后的模具进行全面检测 和调试，确保其性能达到要求 。
05
冷挤压工艺与模具 设计的未来发展
新材料的应用
高强度轻质材料
随着新材料技术的不断发展，高强度轻质材料如钛合金、铝合金等在冷挤压工 艺中的应用将更加广泛，能够满足产品轻量化、高性能的要求。
复合材料
复合材料的出现为冷挤压工艺提供了更多的可能性，通过将不同材料组合在一 起，可以实现单一材料无法达到的性能，提高产品性能和降低成本。
合理布局
根据产品特点和工艺要求，合 理布置模具结构，确保产品成
型和出模顺利。
优化流道设计
优化模具流道设计，减少流动 阻力，降低成型难度和压力。
增强刚性和稳定性
为确保模具在使用过程中不易 变形和损坏，应加强模具的刚 性和稳定性设计。
易于维修和更换
模具结构应便于维修和更换损 坏或磨损的部件，降低维护成
本。
冷挤压特点
冷挤压工艺具有高效率、高精度、低 成本等优点，能够加工出形状复杂、 精度要求高的零件，广泛应用于汽车 、家电、电子、航空航天等领域。
冷挤压的应用范围
汽车零件制造
家用电器制造
冷挤压工艺可以用于制造汽车发动机、底 盘、电气系统等零部件，如活塞、连杆、 气瓶等。
家用电器中的金属零部件，如空调压缩机 、冰箱压缩机、洗衣机电机等，也广泛采 用冷挤压工艺制造。
模具的制造工艺
选择合适的加工方法
根据模具材料和结构特点，选择合适的加工方法，确保模具精度 和表面质量。
控制加工参数
合理控制加工参数，如切削速度、进给量等，以提高加工效率和模 具质量。
热处理和表面处理
根据需要，对模具进行热处理和表面处理，提高其硬度和耐久性。
03
铝型材挤压工艺及模具设计
铝型材挤压工艺及模具设计
铝型材挤压工艺是将铝合金坯料通过挤压机进行挤压加工成型
的一种工艺。
这种工艺适用于生产各种截面形状的铝型材，如圆管、方管、角材、异形材等。
挤压工艺的优点是生产效率高，成本低，生产的铝型材具有优良的力学性能和表面质量。
在铝型材挤压工艺中，模具设计是非常重要的环节。
好的模具设计可以提高生产效率和产品质量，减少生产成本。
模具设计要考虑到铝型材的截面形状、厚度、长度等因素，以及挤压机的参数，如挤压压力、挤压速度等。
同时，模具的材料要选择高强度、高耐磨性的材料，如合金工具钢、硬质合金等。
综上所述，铝型材挤压工艺及模具设计是铝型材生产过程中的关键环节，只有精细的工艺和合理的模具设计才能生产出优质的铝型材。
- 1 -。
冷挤压工艺及模具设计课件
•冷挤压工艺及模具设计
•23
冷挤压工艺及模具设计
3．模具的易损部位，应考虑通用性和互换性。并便于 更换、修理。
4．对于精度要求较高的挤压件，模具设计要有良好的 稳定导向装置。
5．坯料取放应方便，毛坯易放入模腔。
6．模具应安全可靠，制造工艺简便，成本低，使用寿 命长。
为满足以上各项要求，必须慎重考虑模具结构的设计、 材料的选择、制造工艺及其热处理等问题。
F1——冷挤压变形后工件的横截面积，mm2。
•冷挤压工艺及模具设计
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冷挤压工艺及模具设计
(2) 挤压面积比 G F 0
F1
（5-4）
式中 G——挤压面积比；
F0——冷挤压变形前毛坯的横截面积，mm2；
F1——冷挤压变形后工件的横截面积，mm2；
F 与G之间存在如下关系：
F
(11)100% G
•冷挤压工艺及模具设计
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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冷挤压工艺及模具设计
冷挤压的许用变形程度取决于下列各方面的因素：
(1) 可挤压材料的力学性能 材料越硬，许用变形程 度就越小，塑性越好，许用变形程度越大。
(2) 模具强度 选用的模具材料好，且模具制造中冷、 热加工工艺合理，模具结构也较合理，其模具强度就越高， 许用变形程度就越大。
•冷挤压工艺及模具设计
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冷挤压工艺及模具设计
(2) 提高零件的力学性能 在冷挤压过程中，金属处于三向挤压应力状态，变形后
材料的组织致密，又有连续的纤维流向，变形中的加工硬化 也使材料的强度和刚度大大提高，从而可用低强度钢材代替 高强度钢。 (3) 可加工形状复杂的零件
对复杂零件可以一次加工成型，加工十分方便，大批大 量生产时，加工成本低。
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P 850 MPa
0 h / d 1 . 5 , 90 0 ⑶ 考虑到 0 上述单位挤压力需要修正， 因此可根据图③中相应的曲线，查得修正的单位挤压力：
P 1050 MPa
⑷根据毛坯直径 和修正的单位压力 从图④中查得总 d0 挤压力： p
P 4500 MPa
第二篇 冷锻工艺及模具设计
ห้องสมุดไป่ตู้
第二篇 冷锻工艺及模具设计
7.2 冷锻坯料的制备
7.2.1 毛坯形状和尺寸的确定 1. 冷挤压对毛坯的要求 冷挤压毛坯的几何形状(如图7.1） 冷锻毛坯的形状，基本上都是轴对称形的。
第二篇 冷锻工艺及模具设计
2、毛坯尺寸的计算 毛坯尺寸是根据体积不变条件计算的。如果 冷挤压压后还要进行切削加工，则计算毛坯体 积还应加上修边量，即 ：
第二篇 冷锻工艺及模具设计
４.模具几何形状 模具的几何形状对单位挤压力影响颇大，尤其是正挤 压时的凹模锥角和反挤压时冲头的形状，对单位挤压力的 影响更大（图8.5）为反挤压冲头形状对单位挤压力的影响 关系曲线。 ５.坯料的相对高度 它反映了工件与模具之间的摩擦阻力关系 . ６.润滑 摩擦愈大，单位挤压力愈大，因此，生产实际中大都 采用较好的润滑方法
第二篇 冷锻工艺及模具设计
第二篇 冷锻工艺及模具设计
第二篇 冷锻工艺及模具设计
第二篇 冷锻工艺及模具设计
第二篇 冷锻工艺及模具设计
第二篇 冷锻工艺及模具设计
7．1．2冷锻用原材料的加工
第二篇 冷锻工艺及模具设计
7．1．3材料的冷锻性能及参数指标 材料的冷锻性能是指材料对冷锻加工的适应能力，包 括单位冷锻压力小、变形程度大、产品的质量和性能符合 要求，模具寿命长等。材料的冷锻性能与板材冲压成形性 能的涵义相似。材料冷锻的主要性能有： 较低的变形抗力 较高的塑性 均匀的金相组织 良好的表面质量
8.1、压力行程曲线(如图8.1)
冷挤压力与行程的关系一般可以分为三个阶段 : 第一阶段(镦粗与充满阶段)：
第二阶段（稳定挤压阶段）：
第三阶段（非稳定变形阶段）：
第二篇 冷锻工艺及模具设计
8.2 影响挤压力的因素:
挤压材料的力学性能、变形程度、变形速度、挤压变 形方式、毛坯几何形状、模具几何形状、摩擦与润滑等。 1. 压金属的力学性能 强度指标和硬化指数越大，材料变形抗力也越大。 2 .变形程度 (如图8.2)是正挤压和反挤压15号钢的单位压力与变形 程度的关系图 3 .变形方式 某些零件的成形加工，往往可以采用两种不同的方式。 如杆形件，既可以采用正挤压成形，也可采用反挤压成形 （如图8.3）杯形件也是如此。（如图8.4）是某种材料的杯 形件挤压变形程度为59％条件下的单位挤压力曲线.
第二篇 冷锻工艺及模具设计
7.2.3 毛坯的预成形
经过预成形后的毛坯，当然会更有利于某些冷锻工艺特别 是冷挤压成形。毛坯的预成形，主要有下面几种基本方法： 1）冷镦(粗) 2）压凹 3）精压 4）缩颈 5）车形
第二篇 冷锻工艺及模具设计
7.3 冷挤压毛坯的软化和表面处理
7.3.1 毛坯的软化 1. 作用 2. 方法-退火
第二篇 冷锻工艺及模具设计
8.3、冷挤压力的确定
确定冷挤压力的方法很多。图算法简便因此应用较普遍 . 1.黑色金属冷挤压力图算法
正挤压实心件的图算法（图8.6） 例１求解步骤： ⑴ 根据相应的 d0 及 d1 ，查图①得断面减缩率：
A 64%
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⑵ 根据 A 64%及毛坯材料查图②，求得未经修正的单位 挤压力：
v坯 v工 v修
3
式中：
v坯 坯料体积（m m ) v工 挤压件体积（ m m3 ) v修 修正余量体积（ mm )
3
毛坯体积确定后，其高度为：
h0 v坯 / A0
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7.2.2 冷锻毛坯的加工方法
选择：应该根据坯料形状、精度要求，材料利用 率及生产现场的实际条件等因素进行选择 １.切削 在批量不大时常用车削、铣削、锯切法加工挤 压毛坯 ２.剪切 剪切下料是在专用的棒料剪切机或冲剪机上进 行的 （精密剪切方法a高速剪切法 b轴向加压 c径向 加紧法 d相互制约多面剪切法 e蓝脆法（见幻灯片 7 图） ３.冲裁 对于板形坯料，宜用冲裁方法加工。
第二篇 冷锻工艺及模具设计
7.1.4冷锻用金属材料的类别 目前可供冷挤压的金属材料有：铅、锡、银、纯 铝（L1～L5）、铝合金（LF21、LY11、LY12、）、紫 铜与无氧铜（T1、T2、T3、TU1、TU2等）、黄铜 （H62、H68、等）、锡磷青铜（QSn6.5一0.1等）、镍 （N1、N2等）、锌及锌镉合金、纯铁、碳素钢（Q195、 Q215、Q235、Q255、)低合金钢（15Cr、20Cr、 20MnB、 16Mn、30CrMnSiA）和不锈钢（1Cr13、 2Cr13、1Cr18Ni9Ti等）
第二篇 冷锻工艺及模具设计
第七章 冷挤压原材料与毛坯的制备
7.1 常用原材料
7．1．1 冷锻用原材料的型式 用于冷锻的原材料．随冷锻加工工序的不同，其型式 也有所不同。大致可以分为线材、棒材和板材三种，以线 材、棒材为主。这些原材料从采购到用于冷锻前的准备工 序一般需经以下加工相处理的工艺流程： 线材→拉丝→退火→润滑处理→剪切→冷锻 棒材→拉拔→剪切→退火→润滑处理→冷锻 板材→冲裁→退火→润滑处理→冷锻
7.3.2 坯料的润滑与表面处理工艺 1. 润滑 a.润滑剂 b.磷化皂化(如图7.3) 2.其他
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图7.1 毛坯的基本形状
第二篇 冷锻工艺及模具设计
第二篇 冷锻工艺及模具设计
图7.2 压凹的一些形状
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第二篇 冷锻工艺及模具设计
第八章 冷锻压力的计算与压机的选择