金属室温挤压成形中的流动规律南理工Word格式文档下载.docx

1、南京理工大学材料科学与工程学院20165. 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

2、度与变形速度等。挤压力的变化规律如图1所示。行程图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12mm。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

3、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210mm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

4、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r1、r2，便可按照下式计算应变1和2，即 （1）如果r1、r2难以测准，则可测量平行四边形的边长a1，b1和剪切角，然后由下面关系式换算出r1和r2，即 （2） （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a1，b1和剪切角，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。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

5、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，7870 mmmm; 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）

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

7、：（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

8、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

9、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

10、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。