前言一、塑性加工学塑性加工学所研究的是指利用金属塑性，通过塑性变形不仅改变金属的形状、尺寸，而且改变其组织和性能的过程二、金属塑性加工的主要产品及加工方法主要产品：管、棒、型、线、板、带、条、箔主要生产方法：挤压、拉伸、轧制、锻造、冲压管棒型线板带条箔生产方法：⑴挤压：管棒型⑵挤压→拉伸：管棒型线⑶挤压→冷轧→拉伸：管材水封挤压→高速三辊轧机→盘拉⑷孔型轧制→拉伸：管棒型线行星轧制→二联拉→盘拉⑸斜轧穿孔→拉伸：管材（空心锭）⑹上引→ （冷轧、连续挤压） → 拉伸：管棒线⑺连铸连轧→拉伸：管棒线板带⑻连铸连拉：棒线⑼焊管法：管材⑽铸坯→拉伸：管棒型线⑾平辊轧制：热轧→冷轧、铸轧→冷轧：板带条箔第一章 挤 压第一节 挤压的基本方法一、正向挤压1、挤压轴的运动方向与金属的流出方向一致2、特点：挤压筒不动，锭在轴推动下向前移动，锭与筒接触面产生很大的摩擦力（挤压力的30～ 40%）⑴金属流动不均匀，变形也不均匀；⑵金属制品的组织、性能不均；⑶挤压力较大，比反挤压大 30-40％；⑷金属缩尾废料多，占锭 10-15％3、优点：⑴设备简单，操作方便；⑵制品表面质量好（死区） ；⑶制品外形尺寸变化灵活，不受挤压轴直径的影响。
二、 反向挤压法1、挤压时，金属流出方向与轴运动方向相反2、特点：由于筒运动，所以筒与金属无摩擦，则：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3、缺点：⑴空心轴受强度限制，挤压制品尺寸受环境限制⑵制品表面欠佳⑶设备结构复杂需采用长行程的挤压筒，挤压周期较长三、 挤压法的优缺点：1、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、H Pb63-3 只有挤压才能生产；⑵生产灵活性大，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挤压制品尺寸精确，表面质量好并可直接出成品；⑷生产过程易实现自动化和机械化；⑸能最大限度满足冷加工提出的各种坯料尺寸要求 ,大大的简化了冷加工生产流程，提高了生产效率2、缺点：⑴金属头尾废料大：主要是压余和缩尾，从而降低了成品率，提高了生产成本；⑵生产效率比较低：挤速慢，辅助时间长；⑶制品组织性能不均匀；⑷工模具消耗大从以上分析可知：挤压法适用于品种多、批量小、表面质量尺寸精度要求高的金属加工，尤其是对一些热塑性差的金属，挤压是唯一可以生产加工的方法 。
第二节 挤压时金属变形规律挤压分三个阶段1、填充挤压阶段（开始挤压阶段）2、平流挤压阶段（稳定挤压阶段、基本挤压阶段）3、紊流挤压阶段（终了挤压阶段）一、开始挤压阶段为了使金属顺利进入挤压筒，锭与筒间存在一个间隙⊿ D=Do － Dp 1、应力状态：二拉一压（镦粗）2、⊿ D 的选择：一般的有： Do≤ 100，⊿ D=2 ～ 3，Do=100 ～ 200，⊿ D=4 ～ 6，Do=200 ～ 300，⊿ D=7 ～ 10，Do=300 ～ 500 ，⊿ D=10 ～15；在生产中不希望⊿ D 太大因为：⑴⊿ D 越大，填充变形量越大，表面应力状态为一向压，两向拉塑性低的金属表面易产生裂纹 ⑵⊿ D 增大而锭长与锭径比值超过了3～ 4 时，在填充时会出现鼓形（单鼓或双鼓），这样在模孔附近易形成封闭空间，其中空气在高温高压下会产生10000 大气压，空气将进入锭表面形成气泡或起皮缺陷⑶填充量大，进入模孔中的金属增多，出模孔金属量大；使挤管时料头长，增加了头部废料，成品率低⑷但对有些要求横向性能的某些铝合金如LY 、 LC4则希望有较大的填充变形量，要12求镦粗量为 25~30% 二、基本挤压阶段（平流挤压阶段）一般以挤压棒材为例说明特点：金属流动接近于平流，挤压力随锭长减少而减少。
1、挤压时的应力及应变状态⑴应力及应变状态① 受力情况②应力状态与变形状态：应力状态：σ l— 压，σ r—压 ，σ θ — 压 ，σθ =σ r （轴对称）变形状态：ξ l— 延伸，ξ r— 压缩 ，ξ θ — 压缩③应力在变形区内的分布：变形区压缩锥（Ⅰ区） ： |σ r| > |σ l |挤压筒（Ⅱ区） ： |σ l| > |σ r|2、基本挤压阶段金属流动分析图示是在理想条件下，用锥模挤压时的坐标网格变化图形⑴网格纵向变化①原为平行的纵直线变形后仍为平行纵直线说明为平流（无交错运动） ；②在进出变形区压缩锥时发生两次方向相反的弯曲其弯曲程度由中心向边层逐渐加大，说明外层金属变形大于内层金属③中心层网格变为近似矩形， 而外层变为平行四边形， 且角度从中心到外层越来越小，说明外层金属除有延伸变形、压缩变形外还有剪切变形，且此变形是从中心到外层越来越大，这说明变形的不均匀性，即边层变形大而中心变形小⑵横向网格变化①原为平行的横线变形后变为中心突出的曲线，且越靠近模孔，弯曲程度越大，说明金属的流动是不均匀的，中心流动比边部快；中心质点的金属运动速度大于外层，且越靠近模孔速差越大对铜合金：外层金属为挤速的 0～ 0.25 倍，中心层金属为挤速的 1.35～2.1 倍。
由于断面上流速不同则产生附加应力②棒材上的弯曲横线顶部间距不等， 由前端向后端增加， 说明延伸变形后端大于前端③制品前端横线弯曲很小说明前端金属变形很小，甚至还为铸造组织，所以在生产中前端一段要切除，若为拉伸坯料则为碾头用 .综上所述：金属流动：中心＞边部，这是产生附加应力的原因金属变形：边部＞中心，后端＞前端，这是造成制品组织性能不均匀的原因3、几个特殊变形区⑴ 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①死区形成原因a.此区阻力大，沿 adc 曲面比 abc 曲面所消耗的能量小b.此区因冷却温度低，金属不易流动②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③影响死区大小的原因a.模角α：α↑，死区 ↑b.摩擦应力：τ↑，死区↑c.变形程度：ε↑ ,а max(金属流动平锥角 ) ↑，死区↓（因为λ↑， P↑，摩擦阻力和金属抗力不足以抵抗 P 而使死区参与流动）d.挤压温度 T↑，τ↑，受工具冷却作用的部分金属变形抗力较高而难于流动，死区↑；挤压速度 V i ↑，流动金属对死区的 “冲刷 ”越厉害，死区↓e.金属强度↑ ,死区↓；模孔位置越靠近挤压筒壁，死区↓⑵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。
②随着挤压过程进行，金属体积越来越小，此区受到横向流动和回流金属的压力也会参加流动③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⑶剧烈滑移区在死区和塑性流动区交界处形成剧烈滑移区，其特征是变形特别激烈，在低倍组织下可观察到明显的金属流线和很大程度的晶粒破碎此区大小与金属流动性有关，流动越不均匀，此区越大，一般在挤压后期此区不断扩大此区对某些合金组织性能有一定的影响如： LY12 、LC4 会出现淬火粗晶环，对铝青铜由于晶粒破碎严重会导致表面硬度超高对一些热塑性差的金属易产生皮下缩尾三、挤压终了阶段（紊流挤压阶段）是指在筒内的锭长减小到接近变形区压缩锥高度时金属流动的阶段其特点是金属由周边向中心发生剧烈的横向流动， 外层金属沿挤压垫片从周边向中心做回转交错的紊流 ,从而形成挤压缩尾，挤压力上升1、挤压缩尾是挤压中的特有缺陷⑴中心缩尾①形成原因：由于横向流动加剧，金属硬化速度加快，摩擦力↑即 dτ t↑，破坏了与dτ d 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⑵环形缩尾①形成原因：与中心缩尾一致，只是表面层金属没有流到制品中心，而流到制品某部位。
⑶皮下缩尾①形状与分布：有圆形、半圆形、间断半圆形②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烈滑移，存在很大剪切变形而断裂，则锭表面层氧化物沿断裂面流入制品，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管材缩尾很小主要是金属流动较均匀2、减少缩尾的措施：①留一定压余型棒： 20-40mm ，管： 15-25mm ；②脱皮挤压（⊿ D=2-4mm ）；③预热挤压筒使金属流动均匀；④挤压后期挤压速度减慢从而减少横向流动；⑤垫片端面刻槽增大 dτ d，在生产中垫片端面严禁涂油四、影响金属流动不均的因素1、摩擦与润滑⑴摩擦↑，金属流动不均↑；润滑↑，金属流动不均↓⑵摩擦对金属流动有利一面：①挤管：穿孔针与管坯间摩擦、冷却，使金属流动不均↓②型材：工作带长度不同，摩擦力不同，调整各部分金属流动2、金属本身性能⑴导热性：①金属导热性能越好，内外温差小，流动不均越小②润滑剂导热性差即绝热性好，则锭温差小，金属流动不均越小玻璃润滑剂导热系数小，为 0.63～ 1.26W/cm 2k⑵相变：有相变的合金，由于相变使μ变化而影响金属流动的均匀性。
如： H Pb59-1 在 720℃以上为β相，其μ = 0.15，在 720℃以下为（α+β）相，μ= 0.24，显然在720℃以上流动均匀⑶金属强度：σ b 高比σ b 低流动均匀些因为σ b↑，摩擦力对锭断面影响差值小，且变形摩擦产生热量大，使锭外层温升快，从而使内外层温差小⑷摩擦系数：一般来说，T℃↑，μ↑，金属粘结工具现象↑，使摩擦力↑，不均↑但对紫铜，在 700～ 900℃之间由于表面氧化皮，起到自润滑作用，摩擦力↓，对流动有好处3、工艺参数的影响⑴挤压温度T℃↑，μ↑，金属粘结工具现象↑，使摩擦力T℃↑，锭内外温差↑ ，不均↑（挤压机能力允许f↑ ,不均↑ 。