挤压工艺及模具习题库参考答案

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1. 答：反挤压进入稳定阶段，坯料的变形情况可分为以下几个区域：已变形区、变形区、过渡区、死区、待变形区。

2. 答：三向应力之所以可以提高被挤压材料的塑形，归纳起来主要原因是：第一：三向压应力状态能遏制晶间相对移动，阻止晶间变形。第二：三向压应力状态有利于消除由于塑性变形所引起的各种破坏。第三：三向压应力状态能使金属内某些夹杂物的危害程度大为降低。第四：三向压应力状态可以抵消获减小由于不均匀变形而引起的附加应力，从而减轻了附加应力所造成的破坏作用。

3. 答：在塑形变形过程中，变形金属内部除了存在着与外力相应的基本应力以外，还由于物体内各层的不均匀变形受到变形体整体性的限制，而引起变形金属内部各部分自相平衡的应力，称为附加应力。

4. 答：实心件正挤压的金属流动特点：坯料除了受凹模工作表面的接触摩擦影响外，还受到芯棒表面接触摩擦的影响，因而坯料上的横向坐标线向后弯曲，不再有产生超前流动的中心区域，这说明正挤压空心件的金属流动比正挤压实心件均匀一些。在进入稳定流动时，剧烈变形区也是集中在凹模锥孔附近高度很小的范围之内，金属在进入变形区以前或离开变形区以后几乎不发生塑性变形，仅作刚性平移。

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5. 答：附加应力不是由外力引起的，而是为了自身得到平衡引起的。因此，当外力取消以后，附加应力并不消失而残留在变形体内部，成为残余应力。附加应力和残余应力的危害：第一：缩短挤压件的使用寿命；第二：引起挤压件尺寸及形状的变化；第三：降低金属的耐蚀性。

6. 答：缩孔是指变形过程中变形体一些部位上产生较大的空洞或凹坑的缺陷。当正挤压进行到待变形区厚度较小时、甚至只有变形区而无待变形区时，会产生缩孔。筒形件反挤压时进行到待变形区厚度较小，甚至当坯料底厚小于壁厚时仍继续反挤，则会因材料不足以形成较厚的壁部而产生角部缩孔缺陷。

7. 答：挤压对金属组织和力学性能的影响有：挤压时，在强烈的三向应力作用下金属晶粒被破碎，原来较大的晶粒挤压后变成为等轴细晶粒组织，因而提高了强度。

8. 答：冷挤压时常用材料的形态有：线材、棒材、管料、板料等。

9. 答：冷挤压坯料进行软化处理的原因：为了改善冷挤压坯料的挤压性能和提高模具的使用寿命，大部分材料在挤压前和多道挤压工序之间必须进行软化处理，以降低材料的硬度，提高材料的塑形，得到良好的显微组织，消除内应力。

10. 答：碳钢和合金钢坯料冷挤压前要进行磷化处理。磷化处理又叫磷酸盐处理，也就是把钢坯放在磷酸盐溶液中进行处理。处理时金属表面发生溶解和腐蚀。由于化学反应的结果，在金属表面上形成一层很薄的磷酸盐覆盖层。

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11. 答：奥氏体不锈钢因与磷酸盐基本上不发生化学反应，所以不能用磷化处理，故用草酸盐处理来代替。硬铝坯料苏醒差，在挤压过程中，为了避免产生裂纹，应使硬铝坯料表面形成一层氧化膜。可用氧化处理、磷化处理或氟硅化处理来获得。

12. 答：冷挤压力即冷挤压变形前所需要的作用力。它是设计模具、选择设备的依据，并可衡量冷挤压变形前的难易程度。

13. 答：影响冷挤压力的因素主要有：冷挤压用材料、变形程度、变形温度、变形速度、毛坯的几何形状、变形方式、润滑条件及模具结构等因素的影响。

14. 答：冷挤压时单位挤压力很大，对挤压件的精度要求高，因此对冷挤压使用的压力机提出了一些特殊要求：第一：能量要大；第二：刚性要好；第三：导向精度要求高；第四：要具备顶出机构；第五：要有过载保护装置；第六：能提供合适的挤压速度；第七：要对模具进行润滑冷却的装置。

15. 答：冷挤压模具应具有以下特点：第一：模具应有足够的强度和刚度，要在冷热交变应力下正常工作；第二：模具工作部分零件材料应具有高强度、高硬度、高耐磨性，并有一定的韧性；第三：凸、凹模几何形状应合理；第四：模具易损坏部分应更换方便；第五：为提高工作部分强度，凹模一般采用预应力组合形式，凸模有时也采用组合形式；第六：模具工作部分零件与上下模板之间要设置厚实的淬硬压力垫板；第七：上下模板采用中碳钢经锻造或直接用钢板制成，应有足够的厚度，以保证模板具有较高的

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强度和刚度。

16. 答：为了提高冷挤压凹模的强度，确保凹模在较大的单位挤压力下有较长的使用寿命，一般采用预应力组合凹模结构形式。

17. 答：组合凹模的压合工艺主要有以下三种：第一：热压配合法；第二：冷压配合法；第三：常温强力压合法。

18. 答：对冷挤压工作零件材料的要求有：第一：必须具有高强度和高硬度；第二：应具有相当高的韧性，可以避免由于冲击、偏心载荷，疲劳应力集中而引起的折断和开裂破坏；第三：应具有较高的耐磨性；第四：具有足够的耐热性能；第五：材料必须有良好的加工性能。

19. 答：热挤压时钢的加热缺陷有：氧化、脱碳、过热、过烧、开裂等。氧化皮大大降低了挤压件的表面质量，增加了模具的磨损；当钢中含有钨、铝、钛、硼等合金元素时，特别容易引起脱碳；对于过热不太严重的钢，通过大变形量的锻造可以得到改善；坯料一旦过烧，锻造时一击便碎，工件只能报废；高合金钢的导热性能差，开裂倾向也大，必须缓慢加热，严防开裂。

20. 答：感应加热是交变电流通过感应线圈产生感应交变磁场，进而感应出交变电场。将金属坯料置于电场中，因其导电而产生感应电动势，形成闭合回路，在棒料（坯料）内产生感应电流而达到加热的目的。

21. 答：冷挤压件图是在零件图基础上加上了机械加工余量、成形公差和工艺余料等而绘制的，主要勇于最终挤压件的检验、后续机

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械加工工艺的编制和工夹具的设计等。热挤压件图则是在冷挤压件图的基础上加上收缩量，主要用于挤压模具的设计与制造、挤压过程的质量控制等。

22. 答：温挤压模具在连续生产过程中温度迅速上升，当模具的温度达到其回火软化温度时，在很高的挤压应力的作用下会发生变形，表面硬度下降，使模具迅速失效。因此，必须对模具进行充分的冷却，使其维持在200摄氏度左右，保证其性能的发挥；在挤压温度在250摄氏度以上时，采用冷挤压时的润滑方法，会使磷化层和皂化剂烧损，使润滑条件恶化，因此，在温挤压时，润滑剂的选取很重要，是温挤压成败的关键因素。

23. 答：如果零件最终热处理前对组织状态有要求时，特别是要求过共析钢为球状珠光体时，则要求其温挤压温度在相变温度前。当原球状珠光体经相变为奥氏体组织，再经挤压后冷却为片状珠光体组织的温挤压件，不仅不利于切削加工，而且经最终热处理淬火后的马氏体组织粗大，容易产生淬火变形，影响零件的力学性能。因此，其挤压后的组织应为球状珠光体。

24. 答：温挤压对润滑剂的要求：第一：对摩擦表面具有最大活性和足够的粘度，不易流失，较好地粘附摩擦表面；第二：润滑剂应具有一定的热稳定、耐热性和绝热性；第三：润滑剂的化学稳定性要高；第四：在温挤压温度下能均匀地粘附在坯料表面或模具表面上，形成均匀的润滑膜；第五：具有良好的悬浮分散和可喷涂性能。

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25. 答：与冷热挤压相比，温挤压模具的结构特点：第一：具有抗室温及中温破坏的足够的硬度、强度与韧性；第二：在反复变形力与热的作用下，必须具有高的抗磨损、耐疲劳性能；第三：模具工作部分易损零件应装拆方便，固定可靠；第四：在模具上应设计循环冷却系统，使凸膜、凹模等模具工作零件充分冷却；第五：所选用的模具材料应具有良好的加工性能。

26. 答：挤压实心型材采用两种基本方法，即金属正向流动的挤压、金属反向流动的挤压；空心型材的挤压可采用两种基本的方法，即挤压针管材挤压法、组合模焊合挤压。

27. 答：确定工艺参数时，应综合考察金属与合金加工时的可挤压性和对制品质量的要求（尺寸与形状的允许偏差，表面质量，组织与性能等），以满足提高成品率与生产率的需要。

28. 答：选择铸坯直径时，应在满足制品断面力学性能要求和均匀性要求的前提下尽可能采用较小的挤压比。但是，在挤压外接圆大的复杂形状断面型材时，要考虑模孔轮廓不能太靠近挤压筒壁，以免制品出现分层缺陷。挤压管、棒、型、线材的锭坯一般为实心圆锭坯，但在生产有些特殊要求的管材时最好使用空心铸坯，包括锭坯直径计算和锭坯长度计算。

29. 答：挤压模按模孔轴向断面形状可分为平模、锥形模、平锥模、流线形模和双锥模等。按模具结构可分为整体模、分瓣模、可卸模、活动模、舌型组合模、平面分流组合模、嵌合模、叉架模、前置模、保护模等。

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30. 答：在实心型材模的设计中减少金属流动不均匀的措施有第一：采用不等长的工作带；第二：采用阻碍角或促流角；第三：采用平衡模孔；考虑模孔的配置、模孔制造尺寸的确定和选择，保证型材断面各个部分的流动速度均匀，并且要选择有足够强度的模具结构。

31. 答：在布置多孔模的模孔时，不仅需要考虑型材断面各部分流动的均匀性，有时还需要考虑模子的强度问题。为了保证模具的强度，多孔模各个模孔之间的距离应当合适，不能过小。在实际生产中模孔之间的间距大体在15-50mm范围内，对于19.6MN以下的挤压机取20-30mm；49MN左右的挤压机取35-50mm；对于78.4MN以上的大型挤压机，可取60mm以上。同时，模孔间距应系列化，以便模垫可互相交换使用。

32. 答：实心型材挤压模具设计时要考虑模孔的合理布置、模孔几何尺寸的确定、减少金属流动不均匀性的措施、型材模子的强度校核等。

33. 答：舌形模又称桥式模，在空心铝合金型材的挤压生产中，舌形模是应用最早的一种，与其他组合模相比，舌形模具有最小的挤压力，型材各个部分金属流动均匀，可以采用较高的挤压速度等一系列优点，因此舌形模在硬铝合金空心型材的挤压生产中应用得比较普遍。舌形模的主要缺点是挤压压余大，强度较差，且制造加工困难。舌形模的结构类型有四种结构形式：突出桥式，半突出桥式，埋入桥式，平面桥式。

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34. 答：舌形模的设计结构要素比较复杂，常对其主要结构要素进行分析。主要包括：模桥、焊合室、模芯（舌头）、模孔工作带。

35. 答：平面分流模一般由上模和下模组合而成。平面分流模挤压型材的特点：第一：可适于用舌形模很难生产，甚至无法生产的双孔、多孔或内腔复杂的空心型材；第二：可以生产悬臂梁较大、用平模很难生产的半空心型材的挤压；第三：可以生产断面形状复杂、壁厚相差大或多齿的实心型材；第四：平面分流模较舌形模容易加工，挤压残料较舌形模的短且分离残料容易。

36. 答：分流孔个数的选择要根据制品外形尺寸、断面形状和模孔排列位置来确定，一般有二孔、三孔、四孔和多孔。分流孔的形状要根据制品的外形来确定，一般有圆形、扁椭形、腰子形、扇形和异形；模芯又称舌头，根据模芯工作带部分的结构不同，模芯可以分为凸台式、锥台式、锥式三种基本结构形式；焊合室常见的有圆形和蝶形两种；平面分流模的孔空刀结构一般说来，当型材壁厚t>2mm时，可采用加工容易的真空刀和斜空刀结构；当t<2或带有悬臂处可用组合空刀结构；对于危险断面处（如带有小燕尾槽的型材等）可用两种空刀结构。

37. 答：型材挤压工艺，包括确定挤压工艺参数、选择合适的润滑条件、挤压比的确定及合理锭坯尺寸的计算，它们与合金种类、制品规格和设备能力有关。

38. 答：挤压是铝合金型材成形加工中的主要工序，其它工序及其连续性取决于型材的供应状态，而供应状态又首先取决于用户所提

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出的要求。不同的热处理所得到的型材状态不同。

39. 答：型材挤压模进行渗氮处理，主要目的是通过渗氮使模具表面改变性能，提高模具的硬度和防腐蚀性。

40. 答：热挤压型材模具应具备的性能条件有：第一：高的强度和硬度；第二：高导热性和稳定性；第三:搞的耐蚀性；第四：良好的淬透性；第五：抗激冷、激热的适应能力；第六：良好的工艺性能。

41. 答：依题意可知：

公式计算法： 正挤单位压力：p c b2 h A es lnA1 2 h

正挤压力：F pA 0.85c lnA es

b A1 A

其中：

材料的断面减缩率： A A1

A d d1d2 22 9 49 55.6%

根据教材表4-2知材料加工硬化系数：c 1.84

08钢的抗拉强度

取摩擦因数： b 324MPa 0.1 ，

凹模工作带长度：h 16mm，

挤出件的壁厚：s 2mm

所以：单位挤压力：

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2 h A p c b ln es

A1 2 0.1 16 9 2 3436.2MPa 1.84 324 ln e 4

因为采用的是锥形凹模挤压，故总挤压力：

F 0.85pA 0.85 3436.2 10 2 0.003 165.1KN62

图算法：

1），根据毛坯直径d 9mm，和挤压后直径d1 4mm，查教材图4-17中图①中的交点a分别向上、下投影，得到挤压比G=3.0断面减缩率： A 68%。

2）根据图②中挤压比G=3.0和材料硬度120HBS的斜线的交点b，投影到纵坐标轴上得到未修正的单位冷挤压力p

3）根据③中p

得 180 '' 1800MPa。 1875MPa和h d 2得到交点才，由c点向上投影，查 1900MPa

时，部分修正的单位挤压力p1 120。 4)将图④中p1 1900MPa的点投影到 斜线上，得d点，由d点向

__

1660MPa右投影到纵坐标轴上，则得到已修正的单位挤压力p

5）将图⑤中求得的__

p 1660MPa。 的点，向毛坯直径d 9mm的斜线上

投影得e点，再由e点向下投影到横坐标轴上，则得总挤压力为F=300KN

p公-p图

p公

F公-F图

F公=3436.2 16603436.2=51.69% 比较：单位挤压力的相对误差 1 总挤压力的相对误差 2 =165.1 300165.1=81.7%

经过比较发现公式计算法和图解法计算结果误差较大，导致这情

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况的出现可能原因教材所给图解表坯料直径范围太小，造成本题所给坯料直径不能在图解表中准确定位。

42． 答：公式计算法：

依题意可知：

正挤单位压力：

p c'f 0.5 d

b 2

s

正挤压力：

F pA c'f 0.5 d

b 2

s A

其中：

材料的断面减缩率： 2

A1124

A A d

d2 30 80%

根据教材表4-3知材料加工硬化系数：c' 1.9

凸模凹模工作部分几何形状系数取f 0.8

08钢的抗拉强度 b 500MPa

取摩擦因数 0.1 ，

取毛坯长径比为0.6 ，凹模工作带长度h 15mm，

挤出件的壁厚s 3mm

所以，单位挤压力：

p c'f 0.5 d 0.5 0.1 24

b 2 s 1.9 0.9 500 2 3 2052MPa

总挤压力：

F pA 2052 106 0.0122 927.8KN

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图算法：

1），根据毛坯直径d 30mm，和挤压后直径d1 24mm，查教材图4-18中图①中的交点a分别向上、下投影，得到挤压比G=3.8断面减缩率； A 74%。

2）根据图②中挤压比G=3.8，材料硬度140HBS和h d 0.6的斜线的

__

'交点b，投影到纵坐标轴上得到未修正的单位冷挤压力p

3）由 A 1750MPa。 74%和h d 1，从图⑤查得高度修正系数k 1.0

4)根据p__

' 1750MPa和k 1.0得到交点c，由c点向上投影，查图③得已

__修正的单位挤压力p 2150MPa。

5）根据p__

2150MPa和d 30mm，查图④中得到总挤压力为F=800KN

p公-p图

p公

F公-F图

F公=2052 21502052927.8 800927.8=4.7% 比较：单位挤压力的相对误差 1 总挤压力的相对误差 2 ==13.8%

经过比较发现公式计算法和图解法计算结果存在一定的误差，但在实际工程允许的情况下，这种误差是可以接受的，即公式计算法和图解法计算结果均可作为实际工程情况参考。

43. 答： a)图工件：

方案一：采用杯-杯复合挤压一次成形一次成型，然后采取机械加工

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方法，将中间连皮切除。

工序过程中主要图形

方案二：采用实心坯料，经过反向挤压后（或再附加变薄引伸），最后将底部冲掉而成。

工序过程中主要图形

方案三：采用空心坯料，进行贯穿挤压。在首次挤压之后，不将挤压

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件退出，而在它的上面再放上第二个坯料。挤压时，第二个坯料A将第一个坯料B的挤压件从凹模孔中推挤出来，形成空心管。

工序过程中主要图形

b)图工件：

方案一：反挤压。

工序过程中主要图形

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方案二：正挤压。

工序过程中主要图形

44.答：此例明显是杯-杆类挤压件，且d2 20 0.4D 0.4 50 20mm，经过计算分析，可以采取复合挤

压。

（1）上杯的断面减缩率 A：

A A A1A 100% 2 25 2122 2 252 29.44%

下杯的断面减缩率 A

A A A1A 100% 2 202 2522 64%

成形流动的倾向性和中间坯料形状及尺寸如下图：

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φ50 9 40

φ 24

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