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鋼管(guan)擠壓模(圖7-27).


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  不銹鋼管(guan)擠壓(ya)模最(zui)主要的(de)部分(fen)是定(ding)徑帶,其(qi)決定(ding)了(le)金(jin)屬流動過程的(de)動力學(xue)。


  根(gen)據金屬在“整個高(gao)度上壓(ya)縮不變”的(de)(de)條件,壓(ya)縮錐(zhui)的(de)(de)形狀(zhuang)可以用以下(xia)等式來描述(shu):


式 23.jpg


   無論是凸面(mian)的(de)或者是凹面(mian)的(de)擠壓(ya)模(mo)的(de)喇叭口形(xing)狀(zhuang),都可以(yi)用由相應的(de)點以(yi)求出的(de)半徑R畫圓弧的(de)方(fang)法得到(圖7-27(f)、圖7-27(d)、圖7-27(e)).


  根據前蘇聯(lian)中央黑(hei)色冶金(jin)科(ke)學研究院的(de)(de)資料,通(tong)過(guo)各種試驗的(de)(de)結果證明,采(cai)用凹面(mian)的(de)(de)和凸面(mian)喇叭(ba)口(kou)的(de)(de)模子(zi)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)時(shi),具有(you)(you)以(yi)下規(gui)律:采(cai)用凹面(mian)喇叭(ba)口(kou)的(de)(de)模子(zi)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)時(shi),在變(bian)形(xing)區內具有(you)(you)最大的(de)(de)液體單(dan)位壓(ya)(ya)力(li),這對(dui)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)低塑性(xing)材料時(shi)是很(hen)有(you)(you)利的(de)(de);而當采(cai)用凸面(mian)喇叭(ba)口(kou)的(de)(de)模子(zi)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)時(shi),變(bian)形(xing)區內最大壓(ya)(ya)應力(li)來自擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)桿方面(mian),制品上的(de)(de)變(bian)形(xing)強度分布得不均勻,經凸形(xing)喇叭(ba)口(kou)母線的(de)(de)模子(zi)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)時(shi)比較小,從(cong)模子(zi)壓(ya)(ya)縮區過(guo)渡到定(ding)徑帶(dai)時(shi),模子(zi)承受的(de)(de)正應力(li)較低,這對(dui)模子(zi)使用壽命的(de)(de)提高(gao)是有(you)(you)利的(de)(de)。


 按(an)照“最小能量定律”實現塑性變(bian)形過程(cheng)的條件下,得到的擠壓模喇叭口(kou)形狀的方程(cheng)式如下:


式 26.jpg


  S形喇叭口擠(ji)(ji)壓模(mo)(mo)入口錐形狀的(de)作圖,以連(lian)接相應的(de)曲率半(ban)徑所畫的(de)圓弧即可(ke)得到。從擠(ji)(ji)壓過程動(dong)力學(xue)和擠(ji)(ji)壓制(zhi)品(pin)的(de)質量(liang)(liang)來衡量(liang)(liang),S形擠(ji)(ji)壓模(mo)(mo)的(de)入口錐形狀孔型(xing)設計是最合適的(de)。其集中了凹形的(de)和凸形的(de)喇叭口模(mo)(mo)子(zi)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(nei)建(jian)議采用第(di)一個定徑(jing)(jing)孔直(zhi)(zhi)徑(jing)(jing)比(bi)第(di)二個定徑(jing)(jing)孔直(zhi)(zhi)徑(jing)(jing)大1.5mm的(de)(de)擠壓(ya)模。因為這樣(yang)可(ke)以(yi)將潤(run)滑劑(ji)保持在圓環(huan)的(de)(de)槽內(nei)。為此(ci)建(jian)議采用帶有(you)同心圓槽子的(de)(de)圓錐形入口(kou)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)有玻(bo)璃(li)(li)潤(run)(run)滑(hua)劑擠(ji)壓的(de)條(tiao)件下,過程動力學取決于自然(ran)的(de)喇叭口形狀。此喇叭口在(zai)潤(run)(run)滑(hua)墊的(de)厚度(du)內形成自然(ran)喇叭口的(de)形狀。除了模子的(de)錐角之外,還與玻(bo)璃(li)(li)潤(run)(run)滑(hua)劑的(de)性質、玻(bo)璃(li)(li)墊的(de)厚度(du)及其密度(du)有關。


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)(zai)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)型(xing)(xing)材(cai)時(shi)(shi),模(mo)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)孔型(xing)(xing)設計(ji)(ji)具(ju)有(you)(you)特別重要(yao)的(de)(de)(de)意義,因為沿截面上(shang)金(jin)屬(shu)(shu)流動的(de)(de)(de)最(zui)大不(bu)(bu)均(jun)勻性(xing)是(shi)型(xing)(xing)材(cai)模(mo)所固有(you)(you)的(de)(de)(de)特點。型(xing)(xing)材(cai)各部(bu)分之間(jian)金(jin)屬(shu)(shu)流動速(su)度(du)的(de)(de)(de)不(bu)(bu)均(jun)勻性(xing),使得型(xing)(xing)材(cai)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)尺寸(cun)不(bu)(bu)精(jing)確(que),金(jin)屬(shu)(shu)中有(you)(you)高的(de)(de)(de)殘余應(ying)力,出(chu)現了縱(zong)向(xiang)(xiang)和(he)橫向(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)彎曲以及模(mo)子(zi)(zi)上(shang)高的(de)(de)(de)局部(bu)磨損。由于(yu)在(zai)(zai)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)過程中諸(zhu)多的(de)(de)(de)不(bu)(bu)利影響,異(yi)形材(cai)模(mo)子(zi)(zi)孔型(xing)(xing)設計(ji)(ji)時(shi)(shi)的(de)(de)(de)主要(yao)任務就在(zai)(zai)于(yu)達(da)到(dao)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)金(jin)屬(shu)(shu)、流動的(de)(de)(de)最(zui)小不(bu)(bu)均(jun)勻性(xing)。同時(shi)(shi),孔型(xing)(xing)設計(ji)(ji)當確(que)保擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)型(xing)(xing)材(cai)的(de)(de)(de)線尺寸(cun)和(he)角度(du)的(de)(de)(de)精(jing)確(que)度(du)。流動速(su)度(du)的(de)(de)(de)不(bu)(bu)均(jun)勻性(xing)的(de)(de)(de)降(jiang)低,由模(mo)子(zi)(zi)平面上(shang)孔型(xing)(xing)布置(zhi)的(de)(de)(de)正(zheng)確(que)選(xuan)擇(ze)和(he)異(yi)形模(mo)孔各部(bu)分工作帶大小的(de)(de)(de)選(xuan)擇(ze)來(lai)達(da)到(dao)。模(mo)子(zi)(zi)上(shang)孔型(xing)(xing)的(de)(de)(de)正(zheng)確(que)布置(zhi)不(bu)(bu)僅僅確(que)保擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)制品具(ju)有(you)(you)最(zui)小的(de)(de)(de)彎曲度(du),而且(qie)也減少了制品薄(bo)壁部(bu)分擠(ji)(ji)(ji)不(bu)(bu)出(chu)的(de)(de)(de)可能性(xing)。


在(zai)選擇(ze)擠(ji)壓模上孔型布(bu)置時,要遵循以下原則(ze):


  1. 當型材具有兩(liang)個對稱軸時(shi),其重(zhong)心(xin)與模子的(de)幾(ji)何(he)中心(xin)重(zhong)合。


  2. 當型(xing)材(cai)具有(you)一個對稱軸(zhou)且型(xing)材(cai)各部分(fen)的(de)厚度彼此無明顯差別(bie)時,也(ye)使其重心與模(mo)子的(de)幾何中心重合。


  3. 型材(cai)不對(dui)稱的斷面(mian)和具有一(yi)個(ge)對(dui)稱軸,但(dan)各部分(fen)厚度有明顯差(cha)異的斷面(mian),其(qi)孔型應布置得使(shi)厚的部分(fen)最大(da)限(xian)度地(di)接近模(mo)子(zi)中心(xin)。


  型材(cai)各部分流出速(su)度(du)(du)(du)不均(jun)勻性的(de)(de)(de)(de)充分減小(xiao),可(ke)以(yi)采(cai)用入口錐(zhui)和定徑帶長(chang)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)改變來(lai)達到。對于(yu)型材(cai)質(zhi)(zhi)量較(jiao)大(da)的(de)(de)(de)(de)部分,定徑帶長(chang)度(du)(du)(du)取得較(jiao)大(da),使得這(zhe)部分流出時的(de)(de)(de)(de)能(neng)量損失(shi)增加(jia),和型材(cai)質(zhi)(zhi)量較(jiao)小(xiao)部分的(de)(de)(de)(de)金(jin)屬流動(dong)速(su)度(du)(du)(du)增加(jia)。最(zui)(zui)小(xiao)的(de)(de)(de)(de)定徑帶寬(kuan)度(du)(du)(du),由其足(zu)夠的(de)(de)(de)(de)耐磨性決定,該耐磨性保(bao)證了型材(cai)的(de)(de)(de)(de)輪廓尺寸和壁(bi)厚(hou)的(de)(de)(de)(de)穩定性;而最(zui)(zui)大(da)的(de)(de)(de)(de)定徑帶寬(kuan)度(du)(du)(du),由不發生擠壓金(jin)屬脫離定徑帶的(de)(de)(de)(de)條件來(lai)決定。


  擠(ji)壓模(mo)足夠長的(de)工作帶(dai)分成兩(liang)部分:其(qi)母線與擠(ji)壓軸的(de)傾角為3°~6°的(de)錐度部分和定徑帶(dai)圓柱部分。