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挤压过程中常见的缺陷和对策
挤压过程常见的缺陷有：挤压缩孔、“死区”剪烈和折叠、纵向裂纹、横向裂纹、挤压件弯曲、由拉缩引起的截面尺寸不符、残余应力大、以及粗晶环等。
挤压缩孔（图4-49）是挤压矮坯料时常易产生的缺陷，这时由于Ｂ区金属的轴向压应力小，故当A区金属往凹模孔流动时便拉着B区金属一道流动，使其上端面离开冲头并呈凹形，再加上径向压应力的作用便形成这样的缩孔。防止的对策是正确控制压余的高度，必要时可增加反向推力。
图4-49 挤压缩孔
挤压时，如果摩擦系数大和模具温度较低时，常在凹模底部形成一个难变形区，通常称为“死区”。由于该区金属不变形，而与其相邻的上部金属有变形和流动，于是便在交界处发生强烈的剪切变形，严重时将引起金属剪裂，即“死区”裂纹（图4-50和实例94、图片8-428、429），有时可能由于上部金属的大量流动带着“死区”金属流动而形成折叠，如图4-51所示。
图4-50 “死区”附近的金属流动和受力情况
图4-51 折叠的形成情况
应当指出，在与“死区”交界处产生的强烈剪切变形对挤压件的组织和性能有重要影响，有关这方面的内容我们在《锻件组织和性能控制》一书中作了介绍，这里不再重复。防止“死区”剪裂和折叠的对策是改善润滑条件和正确控制模具和坯料的温度，还可以采用带锥角的凹模，锥角的作用在于使作用力在平行于锥面的方向有一个分力，该分力与摩擦力的方向相反（图4-52），从而有利于金属的变形和流动。根据不同的条件可以通过计算确定一个合适的锥角，以抵消摩擦的影响。
图4-52 凹模锥角改善金属流动的影响图
在挤压筒内尽管可能产生挤压缩孔和“死区”剪裂等缺陷，但变形金属处于三向受压的应力状态，能使金属内部的微小裂纹得以焊合，使杂质的危害程度大大减小，尤其当挤压比较大时，这样的应力状态对提高金属的塑性是极为有利的。但是在挤压制品中常常产生各种裂纹（图4-53）以及挤压件的弯曲、拉缩和残余应力等。这些缺陷的产生与筒内的不均匀变形（主要是“死区”引起的）有很大关系，但更重要的是凹模孔口部分的影响。
挤压时，变形金属在经过孔口部分时，由于摩擦的影响，表层金属流动慢，轴心部分流动快，使筒内已经形成的不均匀变形进一步加剧，内外层金属流动速度有差异，但两者又是一个整体，因此必然要有相互平衡的内力（即附加应力），外层受拉应力，内层受压应力，图4-53a所示的裂纹就是附加拉应力作用的结果。当坯料被挤出一段长度而成为外端金属后，则更增大了附加拉应力的数值。
如果凹模孔口形状复杂，例如挤压叶片时，由于厚度不均，各处的阻力也不一样，较薄处摩擦阻力大，冷却也较快，故流动较慢，受附加拉应力作用，常易在此处产生裂纹（图4-53b），尤其挤压低塑性材料更是如此。
挤压空心件时，如果孔口部分冲头和四模间的间隙不均匀，间隙小处，由于摩擦阻力相对较大，金属温度降低也较大，金属流动较慢，受附加拉应力作用，可能产生如图4-53所示的横向裂纹。流动快的部分由于受流动慢的部分的限制，受附加压应力。但是其端部却是受切向拉应力的作用，因此常常产生纵向裂纹，如图4-53d所示。
图4-53 挤压时的裂纹
挤压过程中，当附加拉应力足够大时将引起挤压件截面尺寸减小，当挤出部分受力不对称时，将引起挤压件弯曲。
挤压过程结束后，附加应力遗留在挤压件内，便成为残余应力。
凹模孔口部分的表面状态（如粗糙度）是否一致，润滑是否均匀，圆角是否相等，凹模工作带长度是否一致等，对金属的变形流动也都有很大影响。
总之，孔口部分的变形流动情况对挤压件的质量有着直接影响。
因此，要解决挤压件的质量问题，一方面使简内变形尽可能均匀，另一方面还应重视孔口部分的变形均匀问题，可以从下列几方面采取相应对策：
l）减小摩擦阻力。如改善模具表面粗糙度，采用良好的润滑剂和采用包套挤压等。例如，冷挤压材时，需将坯料进行磷化和皂化。磷化的目的是在坯料表面形成多孔性组织，以便较好地储存润滑剂。皂化的作用是润滑。又如热挤压合金钢和钛合金时，除了在坯料表面涂润滑剂外，在坯料和凹模孔口间加玻璃润滑垫（图4-54）。热挤铝合金型材时，为防止产生粗晶环等，常在坯料外面包一层纯铝。
2）在锻件图允许的范围内，在孔口处作出适当的锥角或圆角。
3）用加反向力的方法进行挤压，见图4-55。这有助于减小内、外层变形金属的流速差和附加应力，挤压低塑性材料时宜采用。
图4-54 带润滑垫的挤压
1—冲头 2—坯料 3—润滑垫 4—凹模
图4-55 带反向推力的挤压 4）采用高速挤压，因为高速变形时摩擦系数小一些。
对形状复杂的挤压件可以综合采取一些措施，在难流动的部分设法减小阻力，而在易流动的部分设法增加阻力，以使变形尽可能均匀，常用的措施是：
1）在凹模孔口处采用不同的锥角。
2）凹模孔口部分的定径带采用不同的长度（图4-56）。
3）设置一个过渡区，使金属通过凹模孔口时变形尽可能均匀些（图4-57）。
图4-56 具有不同定径带长度的挤压凹模
图4-57 具有过渡区挤压凹模
近年来我国开始采用冷静液挤压和热静液挤压技术。静液挤压是压杆压于液体介质中，使介质产生超高压（可达2000～3500MPa或更高些），由于液体的传力特点使毛坯顶端的单位压力与周围的侧压力相等。
由于毛坯与挤压筒之间无摩擦力，变形较均匀，另外由于挤压过程中液体不断地从凹模和毛坯之间被挤出，即液体以薄层状态存在于凹模和毛坯之间，形成了强制润滑，因而凹模与毛坯间摩擦很小，变形便较均匀，产品质量较好。由于变形均匀，附加拉应力小，因而可以挤压一些低塑性材料。
铝合金和一些镁合金的挤压件常常有粗晶环缺陷。
天之道，损有余而补不足。是故虚胜实，不足胜有余。其意博，其理奥，其趣深，天地之象分，阴阳之候列，变化之由表，死生之兆彰，不谋而遗迹自同，勿约而幽明斯契，稽其言有微，验之事不忒，诚可谓至道之宗，奉生之始矣。－《九阴真经》 | 
发表于 2005-5-25 23:40:07