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一、坯料穿（擴）孔時的金(jin)屬流動

不銹鋼管擠壓生產工藝過程中的穿孔工藝是指在立式穿孔機上，采用特殊形狀的穿孔頭，將實心的坯料穿孔成空心坯。而擴孔工藝則是將經預鉆孔的空心坯料在立式穿（擴）孔機上，采用特殊形狀的擴孔頭，進行空心坯的再擴孔。

實心坯的穿孔(kong)和鉆(zhan)孔(kong)坯的擴孔(kong)，其金屬流動可(ke)以按相(xiang)同的圖像來(lai)描述。

1. 實心(xin)坯料穿(chuan)孔時的金屬(shu)流動(dong)

為了研究(jiu)在立式穿(chuan)孔機(ji)上(shang)穿(chuan)孔時金屬(shu)的流動，采用在兩(liang)端(duan)刻有坐(zuo)標網(wang)格(ge)，不帶潤滑劑的坯料鐓粗(cu)后，穿(chuan)孔“中止”，從徑向平面(mian)上(shang)取(qu)樣(yang)制作顯(xian)微磨片（圖3-27)來進行(xing)分析。

由圖3-27可(ke)以看出，穿(chuan)孔(kong)頭(tou)下(xia)端面形(xing)成倒錐形(xing)體(ti)的金屬“停(ting)滯區”，其大小取決于穿(chuan)孔(kong)頭(tou)的形(xing)狀和所使用的工(gong)藝潤滑(hua)劑的效(xiao)果。

而從穿(chuan)孔(kong)余(yu)料（圖(tu)3-28)可以看(kan)(kan)出，在其上端(duan)面(mian)（圖(tu)3-28(a))留(liu)有(you)坐(zuo)標(biao)網格(ge)的痕(hen)(hen)跡，下端(duan)面(mian)（圖(tu)3-28(b))也(ye)留(liu)有(you)坐(zuo)標(biao)網格(ge)的痕(hen)(hen)跡，并在其徑向(xiang)斷面(mian)的顯(xian)微磨(mo)片上看(kan)(kan)得出有(you)倒錐形“停滯區”的金屬流線痕(hen)(hen)跡（圖(tu)3-28（c))。

圖3-28.jpg

據上所述，對于不帶玻璃潤滑劑的實心坯料穿(chuan)孔工藝過程(cheng)的金(jin)屬(shu)流動可做如(ru)下描(miao)述：

當穿(chuan)孔(kong)(kong)過程開始時，坯(pi)(pi)料(liao)進行預鐓(dui)粗(cu)，使(shi)坯(pi)(pi)料(liao)沿(yan)圓周方向金屬流動(dong)充(chong)滿穿(chuan)孔(kong)(kong)筒(tong)。此時，坯(pi)(pi)料(liao)直徑(jing)(jing)與穿(chuan)孔(kong)(kong)筒(tong)直徑(jing)(jing)相(xiang)同。當穿(chuan)孔(kong)(kong)桿下降，穿(chuan)孔(kong)(kong)頭接觸(chu)坯(pi)(pi)料(liao)上(shang)端面時，由于(yu)工具與接觸(chu)坯(pi)(pi)料(liao)端面間的(de)(de)摩擦，在其(qi)接觸(chu)面下形成倒錐(zhui)體(ti)形的(de)(de)“停滯區(qu)”。當穿(chuan)孔(kong)(kong)桿繼(ji)續下降時，停滯的(de)(de)錐(zhui)體(ti)狀(zhuang)金屬成為穿(chuan)孔(kong)(kong)頭的(de)(de)“前錐(zhui)”，并隨著(zhu)穿(chuan)孔(kong)(kong)頭的(de)(de)向下推進，“前錐(zhui)”金屬楔(xie)入坯(pi)(pi)料(liao)中心，使(shi)向徑(jing)(jing)向延伸的(de)(de)變(bian)形金屬沿(yan)著(zhu)穿(chuan)孔(kong)(kong)頭周邊和穿(chuan)孔(kong)(kong)筒(tong)內(nei)壁向上(shang)流動(dong)。

在(zai)穿(chuan)孔過程結束時，穿(chuan)孔頭(tou)下(xia)面的(de)停(ting)滯(zhi)金屬留(liu)在(zai)穿(chuan)孔余(yu)(yu)料的(de)上端面。穿(chuan)孔余(yu)(yu)料進入(ru)“封(feng)底(di)”剪切環后被(bei)切斷。而穿(chuan)孔坯料的(de)下(xia)表(biao)面則(ze)由未(wei)變形的(de)金屬組成(cheng)。

在穿(chuan)孔(kong)過程中，由于穿(chuan)孔(kong)頭下(xia)面部分金(jin)屬(shu)產(chan)生(sheng)最強(qiang)(qiang)烈的變(bian)形(xing)，導致(zhi)坯(pi)(pi)料中心部位(wei)金(jin)屬(shu)的嚴重不(bu)均勻變(bian)形(xing)。穿(chuan)孔(kong)空心坯(pi)(pi)內表(biao)面金(jin)屬(shu)強(qiang)(qiang)烈的不(bu)均勻變(bian)形(xing)是最容易產(chan)生(sheng)缺陷(xian)的部位(wei)。因而，往往在低塑性材料管材生(sheng)產(chan)時，穿(chuan)孔(kong)空心坯(pi)(pi)在擠壓前(qian)，會(hui)進行冷卻、酸(suan)洗、檢(jian)查及磨修(xiu)工序。

穿(chuan)孔時，玻璃(li)潤(run)滑(hua)(hua)劑(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)使(shi)(shi)(shi)用(yong)(yong)，使(shi)(shi)(shi)穿(chuan)孔頭(tou)下面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)金(jin)屬停滯區大大減小，甚至良好(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)潤(run)滑(hua)(hua)劑(ji)(ji)(ji)可以完全取代金(jin)屬停滯區的(de)(de)(de)(de)(de)(de)體積。特(te)別是(shi)下端(duan)面(mian)凹形(xing)穿(chuan)孔頭(tou)（圖2-28)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)采用(yong)(yong)，使(shi)(shi)(shi)穿(chuan)孔頭(tou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)凹形(xing)端(duan)面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)接觸處(chu)成為潤(run)滑(hua)(hua)劑(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)“特(te)殊儲存器”，潤(run)滑(hua)(hua)劑(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)熔化部(bu)分(fen)在(zai)穿(chuan)孔頭(tou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)周(zhou)圍及其與變形(xing)金(jin)屬之間被均勻(yun)地擠(ji)出一層(ceng)玻璃(li)潤(run)滑(hua)(hua)劑(ji)(ji)(ji)，潤(run)滑(hua)(hua)穿(chuan)孔頭(tou)和坯(pi)料的(de)(de)(de)(de)(de)(de)內表(biao)面(mian)，以降低摩擦(ca)系數，使(shi)(shi)(shi)剪切變形(xing)限制(zhi)在(zai)潤(run)滑(hua)(hua)層(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)范圍內，從而降低了不銹鋼(gang)管坯(pi)內表(biao)面(mian)產(chan)生(sheng)缺陷的(de)(de)(de)(de)(de)(de)可能性，尤(you)其是(shi)對于長坯(pi)料的(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)效果更為顯著(zhu)。

同樣(yang)，坯(pi)料的(de)(de)外(wai)涂(tu)粉為(wei)坯(pi)料金屬與穿孔(kong)(kong)筒內襯的(de)(de)內表面接觸(chu)提供了潤滑條件(jian)，使穿孔(kong)(kong)時的(de)(de)摩擦力和不(bu)均勻變形區減小(xiao)，有(you)利于空心坯(pi)表面質量的(de)(de)提高。

2. 預鉆孔坯(pi)料擴孔時(shi)的(de)金屬流動(dong)

預鉆孔(kong)坯料(liao)的擴孔(kong)過程沒有坯料(liao)的鐓粗工序。

擴孔(kong)(kong)(kong)過程開(kai)始時，在特殊形狀擴孔(kong)(kong)(kong)頭向(xiang)下(xia)移動(dong)的作用下(xia)，坯料(liao)(liao)金(jin)屬(shu)開(kai)始塑性流(liu)動(dong)。金(jin)屬(shu)首先向(xiang)側面擴張流(liu)動(dong)，至充滿坯料(liao)(liao)和穿孔(kong)(kong)(kong)筒內(nei)表面之間(jian)的間(jian)隙。然后(hou)向(xiang)上流(liu)動(dong)。當擴孔(kong)(kong)(kong)時的擴徑力(li)轉變為剪切力(li)的瞬間(jian)，進行擴孔(kong)(kong)(kong)余料(liao)(liao)的切除(chu)，結束整個擴孔(kong)(kong)(kong)過程。

擴孔過(guo)程中各階段(duan)金屬的流(liu)動如圖3-29所示(shi)。

圖3-29.jpg

二、坯料穿（擴(kuo)）孔時變形力的確(que)定

1. 坯料穿(chuan)孔時鐓粗力的確定

表述在(zai)穿(chuan)孔筒中(zhong)鐓壓(ya)圓(yuan)柱體的公式尚無，采用Siebel自(zi)由鍛(duan)公式來(lai)確(que)定坯(pi)料的鐓粗力。一(yi)(yi)般模(mo)鍛(duan)的壓(ya)力為自(zi)由鍛(duan)壓(ya)力的一(yi)(yi)倍(bei)。根據(ju)阿亨工業大學塑性變形研究所的試驗指出，鍛(duan)壓(ya)力模(mo)鍛(duan)比自(zi)由鍛(duan)大一(yi)(yi)倍(bei)以上。坯(pi)料穿(chuan)孔時鐓粗力的計算公式如下：

式 9.jpg