金属塑性加工复习题概要.docx

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金属塑性加工复习题概要

1、何为正向挤压，说明其特点?

金属流出方向与挤压轴运动方向相同优点：

⑴设备简单操作方便⑵制品表面质量好⑶制品外形尺寸变化灵活,不受筒径限制。

2、何为反挤压，说明其特点？

挤压时，金属流出方向与轴运动方向相反，由于筒运动所以筒与金属无摩擦⑴金属流动较均匀,变形也较均匀⑵所需挤压力小，挤压速度快⑶制品的组织性能均匀，残余废料少。

缺点：

⑴空心轴受强度限制,挤压制品尺寸受到限制⑵制品表面欠佳⑶设备结构复杂,需采用长行程的挤压筒,挤压周期较长。

3、挤压法有何优点?

优点：

⑴具有最佳的应力状态和变形状态,能充分发挥金属的塑性，有些热塑性低的金属如Qsn6.5-0.1、Hpb63-3只有挤压才能生产。

⑵制品用一台设备可生产多品种管棒型线坯，而且可以生产断面变化形状复杂的型材和管材,如阶段变断面型材、带异型筋条的壁板型材、空心型材等⑶生产灵活性大⑷挤压制品尺寸精确，表面质量好并可直接出成品；⑸生产过程易实现自动化和机械化；

⑹能最大限度满足冷加工提出的各种胚料尺寸要求，大大的简化了冷加工生产流程，提高了生产效率

4、挤压过程分为哪几个过程？

1）开始挤压阶段（填充挤压阶段）2）基本挤压阶段（平流挤压阶段）3）挤压终了阶段（紊流挤压阶段）

5、叙述金属正向挤压时金属流动和变形规律？

金属流动：

中心＞边部,这是产生附加应力的原因变形：

边部＞中心，后端＞前端，这是造成制品组织性能不均匀的原因

6、基本挤压阶段有哪几个特殊区域？

各有何作用？

在挤压筒内的金属存在着两个难变形区

A. 前端难变形区（死区，前端弹性区）在基本挤压阶段死区金属一般不产生塑变,也不参与流动死区的作用：

死区大可阻碍金属表面氧化物流到制品表面上,对产品表面质量有好处B.后端难变形区

（1）.形成原因：

是由于垫片和金属间的摩擦力作用和冷却的结果。

作用：

阻止锭表面的金属氧化物过早流入制品内部形成挤压缩尾

7、挤压缩尾有哪几种？

说明其形成原因及减少措施？

（1）中心缩尾形成原因：

由于横向流动加剧，金属硬化速度加快摩擦力↑即dtτ↑，破坏了与dτp的平衡，促使外层金属向中心流动，沿后端难变形区界面流入中心而形成。

变形区内金属供应不足，促使周边层金属沿垫片回流到制品中。

（2）环形缩尾（3）皮下缩尾形成原因：

在挤压热塑性差且润滑条件好的合金时如Qsn6.5-0.1棒,由于挤压后期易使塑性变形区与死区界面剧

（2）烈滑移，存在很大剪切变形而断裂，则锭表面层氧化物沿

（3）断裂面流入制品，同时死区金属也流出模孔，包覆在金属表面上而形成皮下缩尾。

（4）管材缩尾很小主要是金属流动较均匀;

减少缩尾的措施：

①留一定压余；②脱皮挤压；③预热挤压筒使金属流动均匀；④挤压后期挤压速度易慢从而减少横向流动；⑤垫片端面刻槽增大dτp在生产中垫片端面严重涂油.

8、影响挤压时金属流动和变形不均匀的因素有哪些？

1．摩擦与润滑2．金属本身性能

（1） 金属导热性

（2） 相变（3）金属强度（4） 摩擦系数f3．  工艺参数的影响①挤压温度；②挤压速度；③变形程度4．  工具形状的影响

（1）模子的影响2）挤压筒3）垫片的影响

1.叙述挤压制品组织不均匀性？

并且说明原因？

组织不均匀性一般沿横断面：

中心晶粒大,边部晶粒小

纵向：

前端晶粒大,后端晶粒小原因：

①变形不均匀；②由于外层后端温降大则温度低晶粒破碎大，且不能充分再结晶造成组织差大。

但在挤压铝及软铝合金（LF21LF2）组织则相反，

原因：

①因铝挤温低，逸散慢，加之热效应大,使表温>中温；②由于表层变形大T再低，使晶粒长大的驱动力提高,则表现为表层>中心

2.挤压制品粗晶环分为那几种？

并叙述其形成机理？

粗晶环的类型a.挤压粗晶环—即在挤压过程中产生的粗晶环b.淬火粗晶环—即在挤压为纤维组织,淬火加热时出现的粗晶环.c.二次粗晶环—即由于变形程度大，使制品破碎严重的细晶粒在淬火加热时，以一次再结晶的晶粒作核，进而继续长大的粗晶环.淬火粗晶环形成机理：

由于粗晶环多产生于可热处理强化的合金。

在挤压过程中其强化相如MnAL6CrAL7等，在应力作用下部分强化相析出并聚集在晶界上使晶粒形核率和长大速度都下降。

再结晶温度的提高阻碍了晶粒的长大和聚集，得到部分金属化合物析出，并聚集在晶界上的不完全组织（纤维组织）。

淬火前加热时一般温度高，时间长，使这些金属化合物重新溶入固熔体内，于是阻碍再结晶的条件消失,制品表层细小晶粒区的晶粒极易长大聚集而成为粗晶环。

3.挤制品的层状组织形成原因？

①锭中有非金属夹杂。

这种夹杂T再很高,在经热变形或热处理过程中难以产生再结晶，但在高温和强烈的三相应力作用下具有一定的塑性，能沿延伸方向拉长并一直保留在制品中。

②锭中有缩孔和气眼等缺陷，在挤压时被拉长从而出现层状组织。

4.叙述挤压制品的性能不均匀性？

并且说明原因？

（1）  机械性能的不均匀性一般：

外层：

σb高而δ低内层:

σb低而δ高前端：

σb低而δ高后端：

σb高而δ低铝及软铝合金则相反。

性能不均也反应到横向和纵向上的差异：

一般在纵向上σbδ都比横向高。

其原因是挤压时是两相压缩一相延伸变形状态，晶粒沿挤压方向形成条状组织和变形织构产生各向异性,从而纵向性能高而横向低。

5.什么是挤压效应？

并叙述其形成机理？

某些铝合金如：

LD3.LD5LD10.LY11.LY12.LC4.LC6等挤压制品经淬火和时效后比同一成分的合金经轧制锻造或其他热加工方法，再采用同一热处理制度后其纵向性能要高出10—30℅,这种现象称为挤压效应。

1.挤压工模具包括那几部分？

挤压工具包括：

模子、穿孔针、挤压垫片、挤压轴、挤压筒

2.什么是固定针挤压？

什么是随动针挤压？

各有何特点？

固定针挤压：

在带有穿孔系统的挤压机上采用,即在挤压过程中,当挤压轴向前运动时针的位置保持不变。

随动针挤压：

在带（不）穿孔系统的挤压机上都可采用,即在挤压过程中,轴向前运动的同时针也向前运动。

3.挤压垫片的作用是什么？

垫片是用来避免轴与锭直接接触,防止轴端部磨损变形,挤管时还可以使穿孔针起到定心作用。

4.固定垫片在设计中要注意那些问题？

设计中要注意：

1）当垫片通过筒时要防止载荷过大和刮伤2）保证垫片筒精确对中

3）挤压时要承受过大的内应力一般垫直径比筒小0.04—0.8

5.空心挤压轴的内径d根据什么来确定？

心轴d：

根据其强度来确定，同时要与所配备的穿孔针相适应，即能通过轴的最大针径。

6.最大挤压筒直径Dmax和最小筒径Dmin如何确定？

最大挤压筒直径Dmax确定：

应保证作用在垫片上的单位压力不低于所有挤压合金中最高一种的变形抗力。

最小筒径Dmin确定：

应根据挤压轴的强度来定。

显然筒越小，轴也需小，这时就需要校核轴的强度，在保证强度的前提下再确定Dmin。

Dmax和Dmin确定好后根据需要再定中间筒径

7.卧式挤压机和立式挤压机各有何特点？

卧式挤压机:

其主要运动部件的运动方向与地面平行，具有以下特点：

1）挤压机本体和大部分附属设备皆布置在地面上，有利于工作时对设备的状况进行监视、保养和维护。

（2）各种机构可布置在同一水平面上，易实现自动化和机械化。

（3）可制造和安装大型挤压机，减少建筑施工困难和投资，同时制品的规格不受限制，因为是在地面上水平出料。

（4）运动部件由于自重加压在导套导轨面上易磨损，从而改变某些部件的正确位置故挤管时易偏心。

（5）占地面积大。

立式挤压机优点：

①占地面积小②运动部件垂直地面，磨损小并且受热膨胀后不改变其位置故管材偏心小缺点：

①厂房高且要求有地坑②操作维修困难一般用于生产小管坯。

8.管型挤压机根据穿孔缸的位置分为那几种形式？

各有何特点？

管型挤压机：

根据穿孔缸的位置分三种情况：

a.后置式b.侧置式c.内置式（p106）

9.水压机和油压机各有何特点？

水压机压机

利用高压泵—蓄水器升压高压油泵加压

适用大吨位中小吨位压机

适用快速速度速度较慢

不易实现自动化易实现自动化

占地面积大占地面积小

投资大投资小

10.如何实现水封挤压？

为什么要采用水封挤压？

挤压时水封泵停止，水封墙消失,水充满整个水槽,挤压结束时水封泵工作形成水封墙

1.挤压工艺包括哪些内容？

1）正确选择挤压方法和挤压设备2）正确确定挤压工艺参数3） 选择优良的润滑条件4）确定合理的锭坯尺寸5）采用最佳的挤压模设计方法等

2.挤压温度如何确定？

铸锭加热温度确定：

一般t↑晶粒d↑σb↓δ↑t↑↑d↑↑σb↓δ↓另外t↑，金属流动不均匀↑,组织性能不均匀↑缩尾↑，若t↓，p↑，后期锭产生挤不动现象。

3.挤压速度如何确定？

1） V流对制品质量的影响当V流↓,挤压时间越长,制品尾部出现加工组织,甚至到后期出现挤不出现象.并使生产率↓当V流↑,虽生产率↑,但锭温不断上升至一定程度制品表面则产生裂纹，黄铜脱锌或黏结金属，从而影响表面质量，所以保证产品质量和设备能力的允许下应提高V流；

2） V流的确定应考虑的问题① 金属与合金的可挤压性：

选定了挤压温度后，则可根据金属的热平衡，确定V流。

当金属与合金的温度范围较宽时，只要金属出口温度允许，则可采用较高的V流，因此纯金属V流比合金高，高温塑性差,范围窄的应采取较低的V流。

当测到金属出口的温度高于规定值时应降低V流。

②制品质量要求：

a）  V流越快金属,流动不均↑,因此挤压型材时，为避免产生较大的附加应力而使型材产生弯曲与扭拧，V流应较圆棒低，挤管时较棒高。

表面摩擦状态差的较之状态好的V流低，对同一合金温度高较之低的V流低。

b） 使用组合模挤压空心型材时，为保证焊缝质量要使金属在焊合室有足够的停留时间故应V流↓③设备能力限制a）  V流↑,金属变形抗力↑,则P↑,受到设备能力的限制b）V流↑,会缩短锭坯的加热时间,产生“加热不透现象”

4.变形程度如何确定？

为保证制品的组织性能：

对挤压直接出成品的制品应λ>10；对挤压后再继续加工λ>5当挤制用于二次挤压坯料λ不限但应满足二次挤压筒的规格确定其规格

5.什么是梯温加热法？

如何实现？

锭坯的梯温加热法。

即使锭在长度上或者断面上的加热温度有一个梯度1）断面上：

①由于锭表面与筒剧烈摩擦而使金属T↑,应使锭的温度表面低于中心（可将锭加热后放入水中冷却）②锭与筒的温差大。

锭表面温度逸散快,应使锭的温度表面高于中心（可采用快速加热法）2）长度上：

应使后端温度低于前端。

6.什么是模拟等温挤压？

模拟等温挤压：

据大量实测数据找出V流与

T的变化规律，事先编好V流控制程序进行挤压效果较好生产率可提高20℅成品率提高5℅

7.分析周期性挤压裂纹的产生原因及减少或消除措施？

产生原因①附加应力②临界温度挤压裂纹减少或消除措施①在设备能力允许下降低T↓②控制温度—速度的关系，即T↑,V流↓,采用梯温加热、模拟等温挤压、水冷模等技术.③减少金属流动的不均匀性,采用润滑挤压,锥模挤压等,减少附加应力.④预热工具或采用短小铸锭,以减少内外前后温差.

8.画出挤压管材偏心沿管长度上的分布规律图并加以分析？

偏心沿管长度上的分布ΔS头尾大中间小的原因①头ΔS大：

由于填充不好②中间小：

a.穿孔针具有自动调整中心的作用

b.垫片具有调整穿孔针中心的作用

③尾大：

筒前端磨损大失去了b的作用,若为随挤失去a作用

9.今有一台1200T挤压机配有三种挤压筒Ф185、Ф150、Ф120,挤压黄铜H62,棒材尺寸为Ф40×8000mm,压余长为40,切头50切尾1000,试选取铸锭尺寸（Dd×Ld）.

思考题6

（挤压模具部分）

1、按模孔断面形状可分为那几种模子?

各有何特点?

按模孔断面形状分为：

平模、锥形模、平锥模、流线模和双锥模等

平模（α=90°）其特点：

①死区大，可阻止铸锭表面的杂质、缺陷、氧化皮等流到制品的表面上，表面质量好；②挤压力大，模孔易变形；③金属流动不均匀，缩尾↑。

锥模特点：

①挤压力较平模小，但表面质量↓；②模孔不易变形，寿命较长；③金属流动较均匀，缩尾↓。

2、挤压模设计中有那几个基本要素?

（1）模角α

（2）工作带（定径带）高度hd（3）模孔定径带直径dd的确定：

（模孔直径）（4）出口直径dc（5）入口圆角r入（6）外形尺寸

3、为什么要采用多模孔挤压?

多模孔设计中模孔数目n是如何确定的?

在生产小直径棒材和断面较小或断面轴对称性较差的型材时，为了改善金属流动的均匀性，降低挤压系数，提高生产效率，常采用多孔模挤压。

4、型材模设计时需要解决那两大问题?

型材模设计就是要解决金属流动不均匀性和模子强度的问题。

5、型材模设计时,调整金属流动不均匀有那些措施?

1、调整模孔位置2.采用多孔模对称布置3、采用不等长定径带4、采用平衡模孔（附加模孔）5、采用阻碍角和促流角6、采用工艺余量或附加筋条

6、模具制造关键在于那几方面?

7、试述电火花加工的特点?

8、试述电火花线切割加工的特点?

9、对热挤压模具钢的性能要求有那些?

10、试述氮化处理的目的?

拉伸部分

1、何为拉伸?

拉伸是对金属坯料头部施以拉力p,使之通过模孔,获得与模孔形状、尺寸相同，并有一定性能的塑性加工方法。

2、棒型线生产方法有那几种?

实心制品的拉伸（棒型线材）

①一次拉伸（单模拉伸）

②多次拉伸（多模拉伸）

3、试述拉伸圆棒时金属在变形区的变形规律和流动规律。

金属变形：

外层变形大，中心变形小。

金属流动：

外层流动慢，中心流动快

4、影响拉伸时金属变形不均匀的因素有那些？

如何影响？

1）模角α：

随着α↑的增大，由于外层金属受模壁阻力↑导致附加剪切变形增大，则变形不均↑。

（2）摩擦与润滑

f↑不均↑，润滑↑不均↓。

（3）道次加工率λn和拉伸道次n

总变形量一定的情况下：

λn↓n↑变形不均↑，

因为：

λn↓σl↓而σr↑使T↑变形不均↑,λn↓↓

只产生表面变形。

（4） 金属强度和拉伸前的变形程度

σb↑或拉伸前ε↑则不均↓，这是因为摩擦应力对金属内外层变形相对减小之故。

5、拉伸圆棒时三向应力在变形区内的分布如何?

应力在塑性变形区内的分布

印痕实验表明：

在中心部分几乎看不到网格的印痕，而边缘的印痕则很清晰。

同时印痕由变形区入口到出口逐渐变得模糊不清。

（p159）

6、反拉力对拉伸线材时变形和应力有何影响?

① 倍模拉伸

② 多次带滑动拉伸

有反拉力时对变形和应力的影响

①由于使增加

②由于增加必然使减小，从而使T↓,则模子磨损↓，变形不均↓。

③由于σl↑，材料内部易使组织的各类缺陷和裂纹扩散，从而产生裂纹甚至拉断。

7、试述拉伸一般配模步骤?

一般配模步骤

1） 据成品尺寸、形状、表面质量和性能选坯料

2） 计算成品加工率，计算λΣ

3） 计算n和N

4） 分配λn确定模孔尺寸和芯头尺寸，λn两种分配方案

5

8、实现带滑动多模连续拉伸的条件和配模条件是什么?

实现滑动的连续拉伸的基本条件

鼓轮圆圈速度Un必须大于线的运动速度Vn,即Un>Vn

若:

Un

9、无滑动多模连续拉伸的特点是什么?

①  Un=Vn即鼓轮线速度与进线速度相等

②  在鼓轮上绕的线圈数可增可减.故其进线速度Vn可以不等出线速度.故通过各模的秒体积可以不等

10、实现无滑动多模连续拉伸的条件和配模条件是什么?

拉伸紫铜T2棒，硬态，成品尺寸为Φ20×4000mm,挤压供坯，已知λ成=1.9，成品切头尾200mm,试进行拉伸配模（包括确定坯料尺寸，各道次模孔尺寸和各道次拉伸后料长）.

13、固定短芯头拉伸Φ25×1.5H68管，软态，采用Φ58×4挤压管坯，试进行拉伸配模

14、游动芯头拉伸Φ8×0.75T2管，采用Φ36×1.8管坯，试进行拉伸配模。

15、今有一台8模滑动多模连续拉伸机,巳知速比γn=1.3

滑动系数tn=1.04,现拉伸Φ4mmT2线,试进行拉伸配模.