1、關(guān)于擠壓力及其計(jì)算第一張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 3.1擠壓力計(jì)算式分析 擠壓力:擠壓過(guò)程中，通過(guò)擠壓桿和擠壓墊作用在金屬坯料上的外力。 單位擠壓力:擠壓墊片單位面積上承受的擠壓力。 目前，用于計(jì)算各種條件下擠壓力的算式有幾十個(gè)，歸納起來(lái)分為以下幾組： （1）借助塑性方程式求解應(yīng)力平衡微分方程式所得的計(jì)算式； （2）利用滑移線法求解平衡方程式所得的計(jì)算式；第二張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 （3）根據(jù)最小功原理和采用變分法所建立起來(lái)的計(jì)算式； （4）經(jīng)驗(yàn)式、簡(jiǎn)化式。 各計(jì)算式的計(jì)算精度除了與計(jì)算式的結(jié)構(gòu)合理性有關(guān)外，在很大程度上取決于計(jì)算式中各參數(shù)選擇的合理性與準(zhǔn)確程度

2、。在選擇時(shí)要注意以下幾點(diǎn)： （1）適用條件；（2）計(jì)算式本身建立的理論基礎(chǔ)是否完善、合理，考慮的影響因素是否全面；（3）計(jì)算過(guò)程是否簡(jiǎn)便； （4）有關(guān)參數(shù)的確定是否困難。第三張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3.2 擠壓時(shí)的受力情況 擠壓時(shí)的受力情況如圖3-1所示。 圖3-1 擠壓時(shí)的受力情況第四張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 擠壓力組成： P =R錐 + T錐 + T筒 + T定 + T墊 + Q + I R錐 使金屬產(chǎn)生塑性變形所需的力； T錐 壓縮錐側(cè)表面上的摩擦力； T筒 擠壓筒壁和穿孔針表面的摩擦力； T定 ?？坠ぷ鲙系哪Σ亮?； T墊 擠壓墊接觸表面上的摩擦力； Q

3、 作用在制品上的反壓力或牽引力； I 擠壓速度變化引起的慣性力。 第五張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 通常，擠壓墊對(duì)金屬流動(dòng)所產(chǎn)生的摩擦力只是在終了階段，當(dāng)后端難變形區(qū)金屬進(jìn)入塑性變形區(qū)壓縮錐后，沿?cái)D壓墊端面流動(dòng)時(shí)才起作用；牽引力的主要作用是防止制品偏離出料臺(tái)并可起到減少其彎曲和扭擰，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于擠壓力；在正常擠壓過(guò)程中，在擠壓溫度一定的情況下，擠壓速度的變化是比較平穩(wěn)且變化不大，所引起的慣性力是比較小的。故后三項(xiàng)通?？梢圆挥每紤]。第六張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3.3 影響擠壓力的主要因素 （1）金屬的變形抗力 擠壓力大小與金屬的變形抗力成正比。 （2）錠坯狀態(tài) 錠坯組織性

4、能均勻，擠壓力較??；經(jīng)過(guò)充分均勻化退火，可使不平衡共晶組織在基體中分布均勻，過(guò)飽和固溶元素從固溶體中析出，消除鑄造應(yīng)力，提高錠坯塑性，減小變形抗力，使擠壓力降低。純鋁錠坯組織、均勻化退火時(shí)間及擠壓速度對(duì)擠壓力的影響見(jiàn)圖3-2。第七張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 圖3-2 純鋁錠坯組織、均勻化退火 時(shí)間及擠壓速度對(duì)擠壓力的影響第八張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 （3）錠坯的規(guī)格及長(zhǎng)度 錠坯的規(guī)格對(duì)擠壓力的影響是通過(guò)摩擦力產(chǎn)生作用的。錠坯的直徑越粗，擠壓力就越大；穿孔針直徑越粗，擠壓力也越大；錠坯越長(zhǎng)，擠壓力也越大。 （4）變形程度（或擠壓比） 擠壓力大小與變形程度成正比，即隨

5、著變形程度增大，擠壓力成正比升高。圖3-3是不同擠壓溫度下6063鋁合金擠壓力與擠壓比之間關(guān)系曲線。 第九張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 圖3-3 不同擠壓溫度下6063鋁合金 擠壓力與擠壓比之間關(guān)系曲線 第十張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 （5）變形溫度 變形溫度對(duì)擠壓力的影響，是通過(guò)變形抗力的大小反映出來(lái)的。一般來(lái)說(shuō)，隨著變形溫度的升高，金屬的變形抗力下降，擠壓力降低 。 （6）變形速度 變形速度對(duì)擠壓力大小的影響，也是通過(guò)變形抗力的變化起作用的。如果無(wú)溫度、外摩擦條件的變化，擠壓力與擠壓速度之間成線性關(guān)系，如圖3-4所示。 第十一張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6

6、月 圖3-4 6063鋁合金擠壓力與 擠壓速度的關(guān)系 第十二張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 （7）外摩擦條件的影響 （8）模角 模角對(duì)擠壓力的影響如圖3-5所示。隨著模角增大，金屬進(jìn)入變形區(qū)壓縮錐所產(chǎn)生的附加彎曲變形增大，所需要消耗的金屬變形功增大；但模角增大又會(huì)使變形區(qū)壓縮錐縮短，降低了擠壓模錐面上的摩擦阻力，二者疊加的結(jié)果必然會(huì)出現(xiàn)一擠壓力最小值。這時(shí)的模角稱為最佳模角。一般情況下，當(dāng)在45 60范圍時(shí)擠壓力最小。第十三張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 圖3-5 擠壓力分量與模角的關(guān)系第十四張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 （9）擠壓方式的影響 反向擠壓比同等條件

7、下正向擠壓在突破階段所需要的擠壓力低30% 40%；潤(rùn)滑穿孔針擠壓時(shí)作用在穿孔針上的摩擦拉力約是同等條件下不潤(rùn)滑穿孔針的四分之一；隨動(dòng)針擠壓時(shí)作用在穿孔針上的摩擦拉力只出現(xiàn)在穿孔針運(yùn)動(dòng)速度與金屬流動(dòng)速度不一致的部位，故比固定針擠壓時(shí)的小。 第十五張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3.4 擠壓力計(jì)算 目前，廣泛使用的計(jì)算方法有三種：經(jīng)驗(yàn)算式；簡(jiǎn)化算式；借助塑性方程式求解應(yīng)力平衡微分方程式所得到的計(jì)算式，如.皮爾林算式。3.4.1經(jīng)驗(yàn)算式 （3-1）第十六張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 式中 S變形溫度下金屬靜態(tài)拉伸時(shí) 的屈服應(yīng)力，MPa； 摩擦系數(shù)，無(wú)潤(rùn)滑熱擠壓取 0.5，帶潤(rùn)滑

8、熱擠壓取0.2 0.25，冷擠壓取0.10.15； Dt、dz擠壓筒、穿孔針直徑，mm； Lt錠坯填充后的長(zhǎng)度，mm； 擠壓比；第十七張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 a 合金材質(zhì)修正系數(shù)，取1.3 1.5，其中硬合金取下限，軟 合金取上限； b 制品斷面形狀修正系數(shù)，圓 管材擠壓取b =1.0。 此經(jīng)驗(yàn)算式的最大優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、計(jì)算方便。存在的最明顯問(wèn)題：一是沒(méi)有考慮擠壓溫度、速度變化對(duì)金屬變形抗力的影響；二是對(duì)于只潤(rùn)滑穿孔針而不潤(rùn)滑擠壓筒的擠壓過(guò)程來(lái)說(shuō)，正確選擇摩擦系數(shù)存在一定困難。第十八張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3.4.2簡(jiǎn)化算式 P =A00ln+0（D +d）L （

9、3-2） 式中 p 單位擠壓力，MPa； A0擠壓筒與穿孔針之間的環(huán)形 面積，cm2； 0與變形速度和溫度有關(guān)的變 形抗力，MPa； 擠壓比； 摩擦系數(shù)； 第十九張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 D 擠壓筒直徑，cm； d 穿孔針直徑，cm； L 填充后的錠坯長(zhǎng)度，cm； 修正系數(shù)，取=1.31.5， 其中硬合金取下限，軟合金 取上限。 該計(jì)算式的主要難點(diǎn)是如何確定不同擠壓溫度和應(yīng)變速度下金屬的真實(shí)變形抗力0 ,需要通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定。 第二十張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 在實(shí)際中，可以用一個(gè)應(yīng)變速度系數(shù)CV來(lái)近似確定變形抗力： 0 = CVS （3-3） 式中的S是變形

10、溫度下金屬靜態(tài)拉伸時(shí)的屈服應(yīng)力，Mpa。 應(yīng)變速度系數(shù)CV可用圖3-6所示的變形抗力的應(yīng)變速度系數(shù)圖來(lái)確定，其中的橫坐標(biāo)為應(yīng)變速度。第二十一張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 圖3-6 變形抗力的應(yīng)變速度系數(shù)圖第二十二張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 平均應(yīng)變速度： （3-4） 式中 e 擠壓真實(shí)延伸應(yīng)變，e =ln； ts 金屬質(zhì)點(diǎn)在變形區(qū)中停留時(shí) 間，s。 （3-5） 第二十三張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 Ff 擠壓制品的斷面積，mm2； Vf 制品流出?？椎乃俣龋琺m/s。 （1）無(wú)潤(rùn)滑熱擠壓 式（3-2）中摩擦系數(shù)=0.577。 （2）全潤(rùn)滑熱擠壓 式（3-2

11、）中取摩擦系數(shù)=0.150.2。 （3）只潤(rùn)滑穿孔針擠壓 式（3-2）可變化成如下形式：第二十四張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 P =A00ln+0（D +1d）L （3-6） 式中的、1分別是變形金屬與擠壓筒和穿孔針之間的摩擦系數(shù)，其取值分別按無(wú)潤(rùn)滑和全潤(rùn)滑擠壓的選取。 （4）反向擠壓 式（3-2）可變化成如下形式： P =A01ln+1d L （3-7） 式中的1為反向擠壓時(shí)金屬的變形抗力。第二十五張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 反擠壓時(shí)金屬的變形抗力1與正擠壓的不同，要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。對(duì)2A11、2A12兩種合金可按下式確定： 1-2A11 = 126.8 0.155

12、t 1-2A12 = 121.5 0.124t （3-8） 3.4.3.皮爾林算式 皮爾林借助塑性方程式和力平衡方程式聯(lián)立求解的方法，建立了各種條件下的擠壓力計(jì)算式。 P = RS + Tt + Tzh + Tg (3-9)第二十六張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 （1）實(shí)現(xiàn)塑性變形作用在擠壓墊上力RS用下式計(jì)算： RS = （3-10） （2）克服擠壓筒和穿孔針上的摩擦力作用在擠壓墊上力Tt 用下式計(jì)算： Tt =（D0 +d1）（L0 hS）ft St （3-11） （3）克服變形區(qū)壓縮錐面上摩擦力作用在擠壓墊上力Tzh用下式計(jì)算：第二十七張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月圓

13、柱式固定針擠壓時(shí)： Tzh = （3-12）瓶式固定針擠壓時(shí)： Tzh= （3-13）（4）克服模子工作帶摩擦力作用在擠壓墊上力T g用下式計(jì)算： T g= （3-14）第二十八張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 影響.皮爾林算式精度的主要因素是真實(shí)變形抗力選擇存在一定困難，而且計(jì)算式中未考慮溫升和加工軟化等因素的影響。 （5）.皮爾林算式中的參數(shù)確定 金屬的塑性剪切應(yīng)力S A 變形區(qū)入口處塑性剪切應(yīng)力Szh0 Szh0 = 0.5Kzh0 0.5S第二十九張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 B 變形區(qū)出口處塑性剪切應(yīng)力Szh1 Szh1 = CV Szh0 = 0.5 CVS C

14、 擠壓筒內(nèi)金屬塑性剪切應(yīng)力St 全潤(rùn)滑擠壓時(shí)：St = Szh0 無(wú)潤(rùn)滑擠壓時(shí)：St = 1.5Szh0 摩擦因數(shù)f 摩擦因素與擠壓溫度、速度條件下的金屬變形抗力有關(guān)，需要通過(guò)大量實(shí)現(xiàn)來(lái)確定。第三十張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 5A02、2A11、2A12三種鋁合金無(wú)潤(rùn)滑擠壓時(shí)的摩擦因素與擠壓溫度、速度條件下的金屬變形抗力CVS的關(guān)系為： 5A02 =2.1366 0.0353 CVS 2A11 =1.5380 0.0170 CVS 2A12 =1.0470 0.0061 CVS （3-15） 根據(jù)對(duì)2A12合金管材的擠壓實(shí)驗(yàn)，潤(rùn)滑穿孔針擠壓時(shí)，作用在穿孔針上的摩擦拉力大約是不潤(rùn)滑

15、擠壓時(shí)的四分之一 。第三十一張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 目前，在尚缺乏其它牌號(hào)鋁合金及其他金屬材料實(shí)驗(yàn)資料的情況下，其摩擦因素可以按照下述方法近似確定： A 擠壓筒、穿孔針和變形區(qū)內(nèi)的表面摩擦因數(shù)ft和fzh 帶潤(rùn)滑熱擠壓時(shí)：可取ft = fzh =0.25； 無(wú)潤(rùn)滑熱擠壓時(shí)：可取ft = fzh =1.0。 B ?？坠ぷ鲙П谀Σ烈驍?shù)fg 帶潤(rùn)滑熱擠壓時(shí)：可取fg =0.25； 無(wú)潤(rùn)滑熱擠壓時(shí)：可取fg =0.5。第三十二張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3.5 穿孔力及穿孔針摩擦拉力計(jì)算 穿孔過(guò)程中針的受力情況如圖3-7所示。 圖3-7 穿孔針受力情況第三十三張，PPT共

16、四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3.5.1穿孔力計(jì)算 （1）穿孔應(yīng)力 （3-16） （2）穿孔力 （3-17）第三十四張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 （3）溫度修正系數(shù) （3-18） 式中dZ 為穿孔針直徑，d為管材外徑，Lt為填充后錠坯長(zhǎng)度，la為穿孔力達(dá)到最大時(shí)的穿孔深度，Z為溫度修正系數(shù)，T為錠與針的溫差，為金屬導(dǎo)熱率，Dt為擠壓筒直徑。第三十五張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3.5.2穿孔針拉力計(jì)算 （1）填充擠壓階段穿孔針受力計(jì)算 用空心錠擠壓管材時(shí)，在鐓粗過(guò)程中穿孔針會(huì)受到彎曲應(yīng)力作用。作用在穿孔針根部最大彎曲應(yīng)力W可用下式計(jì)算： W = 3Ed（2L l）（D +d ） /2（L l）2（4L l） （3-19）第三十六張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 （2）擠壓時(shí)穿孔針摩擦拉力計(jì)算 圓柱針擠壓 Q =2.72DLCVS （3-20） 瓶式針擠壓 - d）2ctg D 2 + d 2 CVS （3-21）第三十七張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 小 結(jié) 本章的主要內(nèi)容是如何較準(zhǔn)確的計(jì)算擠壓力，以便為合理制定擠壓工