不銹鋼管擠壓模的孔型設計包括壓縮區AB段的形狀設計(圖7-27),過渡半徑的選擇,定徑帶長度ln的確定(圖7-27(a)).壓縮區的形狀按照作圖的法則確定。同時,還要從模孔中的速度、應力、變形或其他參數的分布情況出發,得到具有凹面的、凸面的、S形或其他形狀的壓縮區形狀的不銹(xiu)鋼(gang)管擠壓模(圖7-27).


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  不銹(xiu)鋼(gang)管擠壓模最主要的部分是(shi)定徑帶(dai),其決定了金(jin)屬流動過程(cheng)的動力學。


  根據金屬在“整個高度(du)上壓(ya)縮不變”的(de)條件,壓(ya)縮錐的(de)形狀可以(yi)用以(yi)下等式來描(miao)述:


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   無論是(shi)凸面的(de)(de)或者(zhe)是(shi)凹面的(de)(de)擠壓模的(de)(de)喇叭口形狀,都可以用由相應的(de)(de)點以求出的(de)(de)半徑(jing)R畫(hua)圓(yuan)弧的(de)(de)方法得到(圖7-27(f)、圖7-27(d)、圖7-27(e)).


  根據前蘇聯中央黑色冶金科學(xue)研究(jiu)院的(de)資料(liao)(liao),通過(guo)(guo)各種試驗的(de)結果證明,采(cai)用(yong)(yong)凹(ao)面(mian)的(de)和凸(tu)(tu)面(mian)喇(la)叭(ba)口(kou)的(de)模(mo)子(zi)(zi)擠壓(ya)(ya)時(shi),具(ju)有(you)以下(xia)規律:采(cai)用(yong)(yong)凹(ao)面(mian)喇(la)叭(ba)口(kou)的(de)模(mo)子(zi)(zi)擠壓(ya)(ya)時(shi),在(zai)變(bian)形區內具(ju)有(you)最大的(de)液體單(dan)位壓(ya)(ya)力,這(zhe)對擠壓(ya)(ya)低(di)塑(su)性材料(liao)(liao)時(shi)是很有(you)利(li)的(de);而當采(cai)用(yong)(yong)凸(tu)(tu)面(mian)喇(la)叭(ba)口(kou)的(de)模(mo)子(zi)(zi)擠壓(ya)(ya)時(shi),變(bian)形區內最大壓(ya)(ya)應(ying)力來自擠壓(ya)(ya)桿方面(mian),制品上的(de)變(bian)形強度分(fen)布(bu)得不均勻(yun),經凸(tu)(tu)形喇(la)叭(ba)口(kou)母線的(de)模(mo)子(zi)(zi)擠壓(ya)(ya)時(shi)比較小,從(cong)模(mo)子(zi)(zi)壓(ya)(ya)縮區過(guo)(guo)渡(du)到定徑帶時(shi),模(mo)子(zi)(zi)承受的(de)正應(ying)力較低(di),這(zhe)對模(mo)子(zi)(zi)使用(yong)(yong)壽命(ming)的(de)提高是有(you)利(li)的(de)。


 按照“最小(xiao)能量(liang)定律(lv)”實(shi)現塑性(xing)變(bian)形(xing)(xing)過程(cheng)的(de)條(tiao)件(jian)下(xia),得到的(de)擠壓模喇叭口形(xing)(xing)狀的(de)方程(cheng)式如(ru)下(xia):


式 26.jpg


  S形(xing)(xing)(xing)喇(la)叭口(kou)擠壓(ya)模入口(kou)錐(zhui)形(xing)(xing)(xing)狀的(de)作圖,以連接(jie)相(xiang)應(ying)的(de)曲(qu)率半徑所畫的(de)圓弧即可得到。從擠壓(ya)過程動(dong)力學和擠壓(ya)制品(pin)的(de)質(zhi)量來(lai)衡(heng)量,S形(xing)(xing)(xing)擠壓(ya)模的(de)入口(kou)錐(zhui)形(xing)(xing)(xing)狀孔型(xing)設計是最合適的(de)。其(qi)集(ji)中了凹形(xing)(xing)(xing)的(de)和凸形(xing)(xing)(xing)的(de)喇(la)叭口(kou)模子的(de)優點。


  玻璃或者類似的材料制作的潤滑墊的應用,對模孔的孔型設計提出了自己的要求。要求主要包括在壓縮區變形輪廓的研究和選擇上,看其是否能夠保持得住變形區內的潤滑劑,確保在整個擠壓周期中形成連續的潤滑膜。平面模或具有入口錐角度2αm=90°~180°的錐形模在很大程度上符合此要求,因而在實際生產中得到了廣泛的應用(圖7-27(a)~圖7-27(c)).在采用玻璃潤滑劑的擠壓過程中,具有角度2αm=90°~180°的擠壓模在擠壓難變形材料時應用;而角度2αm>120°的擠壓模在擠壓有足夠塑性的金屬時應用。


  法國工程師賽茹(ru)爾內建(jian)議(yi)采(cai)用(yong)(yong)第(di)一(yi)個(ge)定徑(jing)孔(kong)直徑(jing)比第(di)二(er)個(ge)定徑(jing)孔(kong)直徑(jing)大1.5mm的(de)(de)擠壓(ya)模。因(yin)為這樣可以(yi)將潤滑(hua)劑保持在圓(yuan)環的(de)(de)槽內。為此建(jian)議(yi)采(cai)用(yong)(yong)帶有(you)同心(xin)圓(yuan)槽子的(de)(de)圓(yuan)錐形入口的(de)(de)擠壓(ya)模。


  由于使用平面模時可能會形成金屬的環狀裂紋,所以用具有平錐形孔型的擠壓模。在模子與擠壓筒的連接處,將模子做成有角度2αm=90°~120°的圓錐形(圖7-27(b)和圖7-27(c)).


  俄羅斯巴爾金中央黑色冶金科學研究院在擠壓不銹鋼、鎳基高溫合金和難熔金屬試樣時,所進行的具有圓錐孔型的擠壓模的試驗中可以確定:最小的擠壓力是發生在采用角度2αm=90°~120°的模子的情況下,模子的角度在這個范圍內無論是向小還向大的方面變化,都會使擠壓力平均增加10%~15%.同時,擠壓初始的峰值負荷也更高。在小角度的條件下,會引起坯料前端更加變冷,而在較大的角度(2αm=180°)時將引起擠壓開始階段的不利的動力學條件。隨著角度2αm從60°增大到180°,表面質量有所改善,這與潤滑膜厚度的減小有關。


  從模子圓錐部分到定徑孔的過渡半徑rm的大小變化不會影響擠壓力的大小,但是制品的表面質量隨著rm的增大明顯地惡化。當rm從1mm增到30mm時,表面粗糙度數值從15μm增加到24μm,這也是與潤滑膜厚度的變化有關。


  對擠壓模定徑帶的寬度大小的研究表明,此參數無論是對過程的力學性能參數還是對制品的表面質量都沒有明顯的影響。因此在孔型設計的三個基本要素中,第一個要素(αm)既影響力的參數,又影響表面質量;第二要素(rm)只影響質量;而第三個要素(ln)對這些參數都表現出中性(圖7-27(a)).


在(zai)有(you)玻璃(li)潤(run)滑劑(ji)擠壓(ya)的條件下,過程動力學(xue)取決于自(zi)然的喇(la)叭口形狀。此喇(la)叭口在(zai)潤(run)滑墊的厚(hou)度(du)內(nei)形成自(zi)然喇(la)叭口的形狀。除(chu)了模子(zi)的錐角之(zhi)外,還(huan)與玻璃(li)潤(run)滑劑(ji)的性質、玻璃(li)墊的厚(hou)度(du)及其密度(du)有(you)關。


為了更加準確地分析金屬的流動情況,必須采用的不是設計的模子角度αm,而是提出的自然喇叭口的角度αBo、αB可以由下式確定:


式 27.jpg


 在(zai)擠壓(ya)(ya)型(xing)(xing)材(cai)(cai)(cai)時(shi),模(mo)子的(de)(de)(de)(de)(de)孔(kong)型(xing)(xing)設(she)計具(ju)有特別重要的(de)(de)(de)(de)(de)意(yi)義,因(yin)為沿截面(mian)上(shang)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)流動(dong)的(de)(de)(de)(de)(de)最(zui)大(da)不(bu)均勻(yun)性(xing)(xing)是(shi)型(xing)(xing)材(cai)(cai)(cai)模(mo)所固有的(de)(de)(de)(de)(de)特點。型(xing)(xing)材(cai)(cai)(cai)各部分(fen)之(zhi)間金(jin)(jin)屬(shu)(shu)流動(dong)速(su)度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)均勻(yun)性(xing)(xing),使(shi)得型(xing)(xing)材(cai)(cai)(cai)擠壓(ya)(ya)尺(chi)寸不(bu)精確(que),金(jin)(jin)屬(shu)(shu)中有高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)殘余(yu)應力,出現了縱向和(he)橫(heng)向的(de)(de)(de)(de)(de)彎曲(qu)以及模(mo)子上(shang)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)局部磨損。由于在(zai)擠壓(ya)(ya)過程中諸(zhu)多的(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)利影響,異(yi)形材(cai)(cai)(cai)模(mo)子孔(kong)型(xing)(xing)設(she)計時(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)主要任務(wu)就在(zai)于達(da)到擠壓(ya)(ya)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)、流動(dong)的(de)(de)(de)(de)(de)最(zui)小不(bu)均勻(yun)性(xing)(xing)。同(tong)時(shi),孔(kong)型(xing)(xing)設(she)計當確(que)保擠壓(ya)(ya)型(xing)(xing)材(cai)(cai)(cai)的(de)(de)(de)(de)(de)線尺(chi)寸和(he)角度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)精確(que)度(du)。流動(dong)速(su)度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)均勻(yun)性(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)降低,由模(mo)子平面(mian)上(shang)孔(kong)型(xing)(xing)布置的(de)(de)(de)(de)(de)正(zheng)確(que)選擇和(he)異(yi)形模(mo)孔(kong)各部分(fen)工(gong)作帶(dai)大(da)小的(de)(de)(de)(de)(de)選擇來達(da)到。模(mo)子上(shang)孔(kong)型(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)正(zheng)確(que)布置不(bu)僅僅確(que)保擠壓(ya)(ya)制(zhi)品(pin)(pin)具(ju)有最(zui)小的(de)(de)(de)(de)(de)彎曲(qu)度(du),而且也減少了制(zhi)品(pin)(pin)薄(bo)壁部分(fen)擠不(bu)出的(de)(de)(de)(de)(de)可能性(xing)(xing)。


在選擇擠(ji)壓模上孔型布置時(shi),要遵循以下原則:


  1. 當型材具有(you)兩個對稱軸時,其(qi)重心(xin)與模子(zi)的幾何中心(xin)重合。


  2. 當型材(cai)具有一(yi)個對(dui)稱軸(zhou)且型材(cai)各部分的厚度(du)彼此(ci)無明顯差(cha)別(bie)時,也使其(qi)重(zhong)心與(yu)模子(zi)的幾(ji)何(he)中心重(zhong)合。


  3. 型材不對稱的(de)斷面(mian)和具有一個對稱軸,但各部(bu)分(fen)厚(hou)度有明顯差(cha)異的(de)斷面(mian),其(qi)孔型應布置(zhi)得使(shi)厚(hou)的(de)部(bu)分(fen)最大(da)限度地接近模子中心。


  型(xing)(xing)材(cai)各部分(fen)流(liu)(liu)出速度(du)不均(jun)勻性的(de)充(chong)分(fen)減小(xiao),可以采用入口錐和(he)定(ding)(ding)(ding)(ding)徑(jing)帶(dai)長度(du)的(de)改(gai)變來(lai)達到。對于型(xing)(xing)材(cai)質(zhi)量(liang)較(jiao)(jiao)大的(de)部分(fen),定(ding)(ding)(ding)(ding)徑(jing)帶(dai)長度(du)取得(de)較(jiao)(jiao)大,使得(de)這部分(fen)流(liu)(liu)出時(shi)的(de)能量(liang)損失增加,和(he)型(xing)(xing)材(cai)質(zhi)量(liang)較(jiao)(jiao)小(xiao)部分(fen)的(de)金屬流(liu)(liu)動(dong)速度(du)增加。最小(xiao)的(de)定(ding)(ding)(ding)(ding)徑(jing)帶(dai)寬(kuan)度(du),由其足(zu)夠(gou)的(de)耐磨性決定(ding)(ding)(ding)(ding),該耐磨性保證了型(xing)(xing)材(cai)的(de)輪廓尺(chi)寸和(he)壁(bi)厚的(de)穩定(ding)(ding)(ding)(ding)性;而最大的(de)定(ding)(ding)(ding)(ding)徑(jing)帶(dai)寬(kuan)度(du),由不發生擠壓(ya)金屬脫離定(ding)(ding)(ding)(ding)徑(jing)帶(dai)的(de)條件來(lai)決定(ding)(ding)(ding)(ding)。


  擠壓(ya)模足夠長的工(gong)作帶分(fen)(fen)成兩(liang)部分(fen)(fen):其母線與擠壓(ya)軸的傾角(jiao)為3°~6°的錐度(du)部分(fen)(fen)和(he)定徑帶圓柱(zhu)部分(fen)(fen)。