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一、坯料穿(chuan)（擴）孔時的(de)金屬(shu)流動

不(bu)銹鋼管(guan)擠壓生產工藝過程中的穿孔工藝是指在立式穿孔機上，采用特殊形狀的穿孔頭，將實心的坯料穿孔成空心坯。而擴孔工藝則是將經預鉆孔的空心坯料在立式穿（擴）孔機上，采用特殊形狀的擴孔頭，進行空心坯的再擴孔。

實心坯的(de)穿孔和鉆孔坯的(de)擴(kuo)孔，其金屬流動(dong)可(ke)以按(an)相同(tong)的(de)圖像來(lai)描(miao)述。

1. 實(shi)心(xin)坯料穿孔時的金屬流動

為了研究在立式穿(chuan)孔(kong)機上(shang)穿(chuan)孔(kong)時金(jin)屬的(de)流動(dong)，采用(yong)在兩端刻有坐(zuo)標(biao)網格，不帶潤滑(hua)劑(ji)的(de)坯(pi)料鐓粗后，穿(chuan)孔(kong)“中(zhong)止(zhi)”，從徑向平面上(shang)取(qu)樣制作顯(xian)微磨片(pian)（圖3-27)來進行(xing)分析。

由圖3-27可以看(kan)出，穿孔頭下(xia)端(duan)面形成倒錐形體的金屬“停滯區”，其(qi)大小取決于穿孔頭的形狀和所使用(yong)的工藝(yi)潤滑劑(ji)的效果。

而從穿孔余料（圖3-28)可以看出，在其上端(duan)面(mian)（圖3-28(a))留(liu)(liu)有坐(zuo)標網格的(de)(de)痕跡，下端(duan)面(mian)（圖3-28(b))也(ye)留(liu)(liu)有坐(zuo)標網格的(de)(de)痕跡，并在其徑向斷面(mian)的(de)(de)顯微磨片(pian)上看得出有倒錐形“停(ting)滯區”的(de)(de)金屬流(liu)線痕跡（圖3-28（c))。

圖3-28.jpg

據(ju)上所述，對于不帶玻璃(li)潤滑劑的實心坯料穿孔工藝過(guo)程的金屬流動可做如下描述：

當穿孔(kong)(kong)(kong)過程開(kai)始(shi)時(shi)，坯(pi)(pi)料(liao)進行預鐓粗，使坯(pi)(pi)料(liao)沿圓周方向(xiang)金(jin)屬(shu)流動充(chong)滿穿孔(kong)(kong)(kong)筒(tong)。此時(shi)，坯(pi)(pi)料(liao)直(zhi)徑與(yu)(yu)穿孔(kong)(kong)(kong)筒(tong)直(zhi)徑相同。當穿孔(kong)(kong)(kong)桿(gan)下降，穿孔(kong)(kong)(kong)頭接觸(chu)(chu)坯(pi)(pi)料(liao)上端(duan)面時(shi)，由于工具與(yu)(yu)接觸(chu)(chu)坯(pi)(pi)料(liao)端(duan)面間的(de)(de)(de)(de)摩擦，在其接觸(chu)(chu)面下形(xing)成(cheng)倒錐(zhui)體形(xing)的(de)(de)(de)(de)“停滯區”。當穿孔(kong)(kong)(kong)桿(gan)繼(ji)續(xu)下降時(shi)，停滯的(de)(de)(de)(de)錐(zhui)體狀金(jin)屬(shu)成(cheng)為穿孔(kong)(kong)(kong)頭的(de)(de)(de)(de)“前(qian)錐(zhui)”，并(bing)隨著穿孔(kong)(kong)(kong)頭的(de)(de)(de)(de)向(xiang)下推(tui)進，“前(qian)錐(zhui)”金(jin)屬(shu)楔入坯(pi)(pi)料(liao)中心(xin)，使向(xiang)徑向(xiang)延伸的(de)(de)(de)(de)變形(xing)金(jin)屬(shu)沿著穿孔(kong)(kong)(kong)頭周邊和穿孔(kong)(kong)(kong)筒(tong)內(nei)壁向(xiang)上流動。

在穿孔(kong)過程(cheng)結(jie)束時，穿孔(kong)頭下面(mian)的停(ting)滯金屬留(liu)在穿孔(kong)余(yu)料(liao)的上(shang)端面(mian)。穿孔(kong)余(yu)料(liao)進入“封(feng)底(di)”剪切環后被切斷。而(er)穿孔(kong)坯料(liao)的下表面(mian)則由(you)未變形的金屬組成。

在(zai)(zai)穿孔(kong)過(guo)程中，由于穿孔(kong)頭下面(mian)部分金屬(shu)產(chan)生(sheng)最(zui)強烈的(de)(de)變形，導致坯(pi)料中心部位金屬(shu)的(de)(de)嚴重不(bu)均勻變形。穿孔(kong)空(kong)心坯(pi)內表面(mian)金屬(shu)強烈的(de)(de)不(bu)均勻變形是(shi)最(zui)容易產(chan)生(sheng)缺陷的(de)(de)部位。因而(er)，往往在(zai)(zai)低塑性材料管材生(sheng)產(chan)時(shi)，穿孔(kong)空(kong)心坯(pi)在(zai)(zai)擠壓前，會進(jin)行冷卻、酸洗、檢查及磨修(xiu)工(gong)序。

穿孔(kong)時，玻璃潤(run)滑(hua)(hua)劑(ji)的(de)使(shi)用(yong)，使(shi)穿孔(kong)頭(tou)下面的(de)金(jin)屬停(ting)滯(zhi)區大大減小，甚至良好的(de)潤(run)滑(hua)(hua)劑(ji)可以完全取代金(jin)屬停(ting)滯(zhi)區的(de)體積。特別是(shi)(shi)下端面凹形穿孔(kong)頭(tou)（圖(tu)2-28)的(de)采用(yong)，使(shi)穿孔(kong)頭(tou)的(de)凹形端面的(de)接觸處成為(wei)潤(run)滑(hua)(hua)劑(ji)的(de)“特殊儲存器”，潤(run)滑(hua)(hua)劑(ji)的(de)熔(rong)化(hua)部分在(zai)穿孔(kong)頭(tou)的(de)周圍及其與變(bian)形金(jin)屬之間被均(jun)勻地(di)擠(ji)出一層玻璃潤(run)滑(hua)(hua)劑(ji)，潤(run)滑(hua)(hua)穿孔(kong)頭(tou)和坯(pi)料的(de)內(nei)表面，以降低(di)摩擦系數，使(shi)剪切變(bian)形限制(zhi)在(zai)潤(run)滑(hua)(hua)層的(de)范圍內(nei)，從而降低(di)了不銹鋼管(guan)坯(pi)內(nei)表面產生缺陷的(de)可能性(xing)，尤其是(shi)(shi)對于長坯(pi)料的(de)生產效果更(geng)為(wei)顯著。

同(tong)樣，坯(pi)料的(de)外(wai)涂粉(fen)為坯(pi)料金(jin)屬與穿孔(kong)筒內襯的(de)內表(biao)面接(jie)觸提供了潤滑條件，使(shi)穿孔(kong)時的(de)摩(mo)擦力和不均(jun)勻變形區減小，有利于空心坯(pi)表(biao)面質(zhi)量的(de)提高。

2. 預(yu)鉆孔坯料(liao)擴(kuo)孔時的金(jin)屬流(liu)動

預鉆孔(kong)坯料的擴孔(kong)過(guo)程沒有坯料的鐓粗工序。

擴(kuo)(kuo)(kuo)孔(kong)過程(cheng)開始時，在特殊(shu)形狀(zhuang)擴(kuo)(kuo)(kuo)孔(kong)頭向下移動(dong)的(de)(de)作(zuo)用下，坯(pi)料金屬開始塑性流動(dong)。金屬首先(xian)向側面(mian)擴(kuo)(kuo)(kuo)張流動(dong)，至(zhi)充滿坯(pi)料和穿孔(kong)筒(tong)內表面(mian)之間(jian)的(de)(de)間(jian)隙。然(ran)后向上(shang)流動(dong)。當(dang)擴(kuo)(kuo)(kuo)孔(kong)時的(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)徑力(li)轉變(bian)為剪切力(li)的(de)(de)瞬間(jian)，進行擴(kuo)(kuo)(kuo)孔(kong)余料的(de)(de)切除，結(jie)束整(zheng)個(ge)擴(kuo)(kuo)(kuo)孔(kong)過程(cheng)。

擴孔過(guo)程中各階(jie)段金(jin)屬的流動如圖3-29所(suo)示(shi)。

圖3-29.jpg

二、坯料穿（擴(kuo)）孔時變(bian)形力的(de)確定

1. 坯料穿孔時鐓(dui)粗力的確定(ding)

表述在穿(chuan)孔(kong)筒(tong)中鐓壓圓(yuan)柱體(ti)的(de)公(gong)式尚無，采用Siebel自由鍛公(gong)式來確(que)定坯料(liao)的(de)鐓粗(cu)力。一(yi)般模鍛的(de)壓力為(wei)自由鍛壓力的(de)一(yi)倍。根(gen)據阿亨工業(ye)大學(xue)塑性變(bian)形研(yan)究所的(de)試驗指出，鍛壓力模鍛比自由鍛大一(yi)倍以上。坯料(liao)穿(chuan)孔(kong)時鐓粗(cu)力的(de)計算公(gong)式如(ru)下(xia)：

式 9.jpg