材料成形机械设备2015
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挤压速度－影响复杂 （铜，2.5倍，10～15%）
开始阶段，挤压力随挤 压速度增加而增加
速度低，温降大，后期 挤压力大
速度高，温降小，变形 热大，后期挤压力小
8.1 挤压加工概述
影响挤压力的因素
模角－存在最佳范围 模角大，材料流动不均匀，
变形功增加，挤压力增大 模角小，流动均匀，变形功
8.1 挤压加工概述
正向挤压的优缺点
优点: 对设备无特殊要求，适用于任何挤压设备 有利于提高表面质量 可以得到任意外形的制品，只受挤压筒内径、挤压 系数限制
缺点： 摩擦力大，消耗大约30%～80%的挤压力 挤压过程不够稳定，组织和力学性能不够均匀 内部易形成缺陷 压余、缩尾等金属损失较大
2. 锭坯尺寸受限制，生产过程间断，辅助时间长，效率 比轧制低（正挤压长径比3-4，挤压速度受限制）
3. 金属收得率低，与轧制相比成材率低（缩尾、压余占锭
坯10-15%）
4. 挤压制品长度和径向方向的组织和力学性能不够均匀
8.1 挤压加工概述
挤压时金属的流动（正挤压）
填充挤压阶段 开始挤压阶段 稳定挤压阶段 挤压终了阶段
8.1 挤压加工概述
影响挤压力的因素
变形抗力
σs ，挤压力
8.1 挤压加工概述
影响挤压力的因素
加工率
ε ，挤压力
8.1 挤压加工概述
影响挤压力的因素
锭坯长度
正向挤压，l ，摩擦力 挤压力 反向无关 锭坯越长，挤压时间越 长，温降越大，挤压力 越大
8.1 挤压加工概述
影响挤压力的因素
8.1 挤压加工概述
径向挤压
8.1 挤压加工概述
减径挤压和墩挤
8.1 挤压加工概述
等通道角挤压 纯剪切大塑性变形 变形前后材料形状和尺寸不变 细化晶粒
8.1 挤压加工概述
静液挤压方法
（1894, J.Robertson，比利时，申请专利） 利用高压压媒代替挤压轴的直接作 用，将锭坯从模具中挤出； 压媒压力达2000MPa； 静液挤压径向和轴向压力相等，传 统挤压径向压力比轴向压力低 20%～80%； 模具各方向受力均匀，壁厚可减薄， 可采用较长的锭坯引入口
8.1 挤压加工概述
8.1 挤压加工概述
联合挤压：一部分正挤压，一部分反向挤压 一般挤压机，挤压筒行程小于自身长度，不能实现反向挤
压，为此，提出联合挤压法，解决挤压筒行程短的问题
8.1 挤压加工概述
联合挤压：
双杯形零件
杯－杆形零件
杆－杆形零件
8.1 挤压加工概述
侧向挤压 ✓ 纵向力学性能均匀 ✓ 变形程度大，挤压比 100，制品强度高 ✓ 在电缆包铅套或铝套上 应用最广
利于提高挤压速度
8.1 挤压加工概述
传统挤压方法 挤压方法－ 静液挤压方法
正向挤压 反向挤压 联合挤压
减径挤压 径向挤压 墩挤
无背压静液挤压 背压静液挤压 串联挤压筒式静液挤压 双动式静液挤压
拉伸－静液挤压
连续挤压方法
8.1 挤压加工概述
传统挤压方法：挤压轴直接将挤压力传递给锭坯
正向挤压：金属流出方向与挤压轴前进方向一致
8.1 挤压加工概述
Max2000mm min0.5mm ±0.05mm
8.1 挤压加工概述
金属挤压加工应具备的三个条件：
使金属锭坯处于三向压应力状态 建立足够的应力，使金属产生塑性变形（单
位变形能不变条件） 有一个能使金属流出的孔或间隙，提供一个
阻力最小方向（最小阻力定律）
8.1 挤压加工概述
挤压的分类
按坯料的温度－冷挤压、温挤压（钢800℃， 铝250℃，铜350℃）和热挤压
按坯料材料种类－有色材料、黑色材料 按挤压时材料流动方向与凸模运动方向－
正挤压、反挤压、联合挤压、径向挤压等
8.1 挤压加工概述
挤压加工主要工艺参数
延伸系数（挤压比）：
At A
Dt2 d2
（棒材）
8.1 挤压加工概述
反向挤压：金属流出方向与 挤压轴前进方向相反
8.1 挤压加工概述
反向挤压的优缺点
优点: 挤压力低，可以用较高的挤压系数挤压难变形材料 变形均匀，沿制品长度上的组织性能较均匀 成品率较高，可采样较大的锭坯，有利于提高效率
缺点： 要求挤压筒移动，不是任何一台挤压机都能反向挤压 挤压制品的表面质量较低 辅助时间较长，但锭坯大，压余少，速度高，效率高 挤压制品的最大外接园直径受空心挤压轴强度的限制
材料成形机械设备
挤压设备
8.1 挤压加工概述
挤压加工概念
是用施加外力的方法， 使处于耐压容器中承受 三向压应力的金属产生 塑性变形，并从特设的 孔或间隙中被挤出，而 得到一定截面形状及尺 寸挤压制品的压力成形 过程。
历史 1797，英国人，S.Bramah-铅管挤压 1820，英国人，T.Burn，第一台液压挤压机 1952，英国人Bridgman，静液挤压试验报告 20世纪60年代，沈重，125MN
批量、多规格生产 4. 制品精度高，尺寸精度IT8～11级，光洁度Ra3.2～
0.8 5. 制品组织致密，具有较高的力学性能 6. 成形过程所用时间短，连续化，自动化
8.1 挤压加工概述
缺点： 1. 挤压工具成本高，消耗量大（挤压应力可达材料变形抗力
的10倍，挤压垫所受压力达400-800MPa，甚至1000MPa，工作 温度450-1200℃）
低，但与模具接触面积增大， 摩擦功增加，挤压力增大 模角在一定范围内，挤压力 最小，对圆锭坯挤压，模角 最佳范围45°～65°
8.1 挤压加工概述
影响挤压力的因素
摩擦条件－正向挤压有很大影响，占30～80%，反 向挤压摩擦忽略不计
挤压筒温度－预热，降低冷却速率，减小挤压力 挤压温度－一般而言，温度提高，挤压力降低，有
At A
Dt2 dn2 d 2 dn2
Fra Baidu bibliotek
Dt2 dn2 4s d s
（管材）
At，Dt：挤压筒截面积和直径，A，D：工件截面积和直径，dn：挤 压管材内径，s：管材壁厚
加工率（断面收缩率）：
At A 100% 1100%
At
8.1 挤压加工概述
挤压加工技术的特点
优点： 1. 可以获得比轧制、锻造更大的塑性变形（5～500) 2. 适于生产复杂截面型材，变断面的管材和型材 3. 改变挤压制品的品种、规格方便，适于多品种，小
开始阶段，挤压力随挤 压速度增加而增加
速度低，温降大，后期 挤压力大
速度高，温降小，变形 热大，后期挤压力小
8.1 挤压加工概述
影响挤压力的因素
模角－存在最佳范围 模角大，材料流动不均匀，
变形功增加，挤压力增大 模角小，流动均匀，变形功
8.1 挤压加工概述
正向挤压的优缺点
优点: 对设备无特殊要求，适用于任何挤压设备 有利于提高表面质量 可以得到任意外形的制品，只受挤压筒内径、挤压 系数限制
缺点： 摩擦力大，消耗大约30%～80%的挤压力 挤压过程不够稳定，组织和力学性能不够均匀 内部易形成缺陷 压余、缩尾等金属损失较大
2. 锭坯尺寸受限制，生产过程间断，辅助时间长，效率 比轧制低（正挤压长径比3-4，挤压速度受限制）
3. 金属收得率低，与轧制相比成材率低（缩尾、压余占锭
坯10-15%）
4. 挤压制品长度和径向方向的组织和力学性能不够均匀
8.1 挤压加工概述
挤压时金属的流动（正挤压）
填充挤压阶段 开始挤压阶段 稳定挤压阶段 挤压终了阶段
8.1 挤压加工概述
影响挤压力的因素
变形抗力
σs ，挤压力
8.1 挤压加工概述
影响挤压力的因素
加工率
ε ，挤压力
8.1 挤压加工概述
影响挤压力的因素
锭坯长度
正向挤压，l ，摩擦力 挤压力 反向无关 锭坯越长，挤压时间越 长，温降越大，挤压力 越大
8.1 挤压加工概述
影响挤压力的因素
8.1 挤压加工概述
径向挤压
8.1 挤压加工概述
减径挤压和墩挤
8.1 挤压加工概述
等通道角挤压 纯剪切大塑性变形 变形前后材料形状和尺寸不变 细化晶粒
8.1 挤压加工概述
静液挤压方法
（1894, J.Robertson，比利时，申请专利） 利用高压压媒代替挤压轴的直接作 用，将锭坯从模具中挤出； 压媒压力达2000MPa； 静液挤压径向和轴向压力相等，传 统挤压径向压力比轴向压力低 20%～80%； 模具各方向受力均匀，壁厚可减薄， 可采用较长的锭坯引入口
8.1 挤压加工概述
8.1 挤压加工概述
联合挤压：一部分正挤压，一部分反向挤压 一般挤压机，挤压筒行程小于自身长度，不能实现反向挤
压，为此，提出联合挤压法，解决挤压筒行程短的问题
8.1 挤压加工概述
联合挤压：
双杯形零件
杯－杆形零件
杆－杆形零件
8.1 挤压加工概述
侧向挤压 ✓ 纵向力学性能均匀 ✓ 变形程度大，挤压比 100，制品强度高 ✓ 在电缆包铅套或铝套上 应用最广
利于提高挤压速度
8.1 挤压加工概述
传统挤压方法 挤压方法－ 静液挤压方法
正向挤压 反向挤压 联合挤压
减径挤压 径向挤压 墩挤
无背压静液挤压 背压静液挤压 串联挤压筒式静液挤压 双动式静液挤压
拉伸－静液挤压
连续挤压方法
8.1 挤压加工概述
传统挤压方法：挤压轴直接将挤压力传递给锭坯
正向挤压：金属流出方向与挤压轴前进方向一致
8.1 挤压加工概述
Max2000mm min0.5mm ±0.05mm
8.1 挤压加工概述
金属挤压加工应具备的三个条件：
使金属锭坯处于三向压应力状态 建立足够的应力，使金属产生塑性变形（单
位变形能不变条件） 有一个能使金属流出的孔或间隙，提供一个
阻力最小方向（最小阻力定律）
8.1 挤压加工概述
挤压的分类
按坯料的温度－冷挤压、温挤压（钢800℃， 铝250℃，铜350℃）和热挤压
按坯料材料种类－有色材料、黑色材料 按挤压时材料流动方向与凸模运动方向－
正挤压、反挤压、联合挤压、径向挤压等
8.1 挤压加工概述
挤压加工主要工艺参数
延伸系数（挤压比）：
At A
Dt2 d2
（棒材）
8.1 挤压加工概述
反向挤压：金属流出方向与 挤压轴前进方向相反
8.1 挤压加工概述
反向挤压的优缺点
优点: 挤压力低，可以用较高的挤压系数挤压难变形材料 变形均匀，沿制品长度上的组织性能较均匀 成品率较高，可采样较大的锭坯，有利于提高效率
缺点： 要求挤压筒移动，不是任何一台挤压机都能反向挤压 挤压制品的表面质量较低 辅助时间较长，但锭坯大，压余少，速度高，效率高 挤压制品的最大外接园直径受空心挤压轴强度的限制
材料成形机械设备
挤压设备
8.1 挤压加工概述
挤压加工概念
是用施加外力的方法， 使处于耐压容器中承受 三向压应力的金属产生 塑性变形，并从特设的 孔或间隙中被挤出，而 得到一定截面形状及尺 寸挤压制品的压力成形 过程。
历史 1797，英国人，S.Bramah-铅管挤压 1820，英国人，T.Burn，第一台液压挤压机 1952，英国人Bridgman，静液挤压试验报告 20世纪60年代，沈重，125MN
批量、多规格生产 4. 制品精度高，尺寸精度IT8～11级，光洁度Ra3.2～
0.8 5. 制品组织致密，具有较高的力学性能 6. 成形过程所用时间短，连续化，自动化
8.1 挤压加工概述
缺点： 1. 挤压工具成本高，消耗量大（挤压应力可达材料变形抗力
的10倍，挤压垫所受压力达400-800MPa，甚至1000MPa，工作 温度450-1200℃）
低，但与模具接触面积增大， 摩擦功增加，挤压力增大 模角在一定范围内，挤压力 最小，对圆锭坯挤压，模角 最佳范围45°～65°
8.1 挤压加工概述
影响挤压力的因素
摩擦条件－正向挤压有很大影响，占30～80%，反 向挤压摩擦忽略不计
挤压筒温度－预热，降低冷却速率，减小挤压力 挤压温度－一般而言，温度提高，挤压力降低，有
At A
Dt2 dn2 d 2 dn2
Fra Baidu bibliotek
Dt2 dn2 4s d s
（管材）
At，Dt：挤压筒截面积和直径，A，D：工件截面积和直径，dn：挤 压管材内径，s：管材壁厚
加工率（断面收缩率）：
At A 100% 1100%
At
8.1 挤压加工概述
挤压加工技术的特点
优点： 1. 可以获得比轧制、锻造更大的塑性变形（5～500) 2. 适于生产复杂截面型材，变断面的管材和型材 3. 改变挤压制品的品种、规格方便，适于多品种，小