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