选择挤压设备和编制挤压工艺必须首先确定不锈钢管挤压力。确定不锈钢管热挤压时挤压力的方法基本上有两种:实验法(测压法)和分析法(计算法)。其中,测压法是利用电子测压仪器直接测量不锈钢管挤压时挤压力的方法。而计算法则是在利用金属的塑性变形理论以及在分析实验资料结果的基础上建立起来的计算公式进行一系列计算的结果。由于尚未完全掌握各种金属与合金在不同变形条件下的强度特性,金属的塑性理论尚不完善,因而计算结果的精确性受到限制,一般误差在15%左右。


 分析计算法又可分为两类:主应力平均法和滑移线理论法。其中滑移线理论法较为先进,但由于至今尚研究不足,所以生产中并未得到普遍的应用。而用得较多的还是由主应力平均法导出的公式,例如C.N.古布金公式和H.A.匹尔林公式。前者有些系数尚难以较准确地选择,而后者计算时比较复杂,且对挤压模角度变化的反应“不敏感”。此外,有些公式采用了变形区平面流动假设、全塑性假设或材料不可压缩性假设,同时由于计算过程复杂,且计算结果与试验资料不能较好吻合,而没有在实际生产中得到应用。


 于是出现了简化的和修正的计算挤压力的公式。这些公式也是属于主应力平均法一类,是按照挤压时“变形区金属流动的平面假设”和“全塑性假设”以及“常摩擦应力定律”推导出来的。这些公式主要考虑到坯料金属在变形状态下的塑性、变形程度以及摩擦的影响。而公式中考虑其余因素的影响时,则采用“经验系数”。因此,公式便于计算挤压力,并且成功地选择经验系数可以获得近乎实际的结果。


为了确定挤压不锈钢管时的挤压力,下面推荐几个计算挤压力的简化和修正公式,并分别举例将计算结果与采用测压法测得的结果相比较,以便评价这些公式计算结果的精确度。所推荐的公式考虑到不锈钢管挤压时的特点,并且经过多次验证,证明这些公式用于工艺计算是可行的。



1.  J.赛茹尔内公式


式 7.jpg


 p为一支不锈钢管挤压时所需要的力。一般情况下该力不应超过整个公称静挤压力的85%.这是因为有大约15%的有效压力可能不得不用于在工作行程中克服液压回路中的摩擦损失,以维护挤压杆的前进速度。该压力与挤压速度的平方成正比。有时,这一压力允许达到最大有效静态挤压力的90%,但是这时要求这样高的挤压力挤压不锈钢管时,可能必须以稍低的速度进行挤压。


 值得注意的是,如果在产品计算时发现产品钢管的挤压力接近最大的有效静态挤压力时,这就意味着该批不锈钢管不可以挤压,因为这时挤压机的挤压速度将降至为零。


 是与摩擦系数f、坯料长度L、挤压筒直径D和芯棒直径d有关的一个衡大于1的系数。其意味着在挤压行程过程中,克服坯料外表面和挤压筒内表面之间以及坯料内表面与芯棒表面之间的摩擦力所必须增加的力的大小。很明显,对于每次挤压,该系数的值都必须单独计算。因为摩擦力不仅取决于玻璃润滑剂的摩擦系数f,而且也取决于摩擦面的总面积。而摩擦面积又分别取决于挤压筒和挤压芯棒的直径D与d,同时还取决于坯料的长度L.应该注意的是,该公式中L表示的是镦粗时,坯料金属在充分填满挤压筒内表面和芯棒外表面之间的间隙之后的坯料长度。因为,只有当坯料经过充分镦粗之后,才能建立起在稳定的挤压过程中,坯料外表面与挤压筒内衬的内表面以及坯料内表面与芯棒外表面之间的摩擦条件。


表3-1中的Ky数据是在实验基础上,按式(3-7)验算后得出的结果。


表3-1.jpg


  采用J.赛茹尔内公式计算的挤压力与实验资料相比较得到令人满意的结果。但是,应该指出,使用J.赛茹尔内公式计算挤压力时,因为变形抗力的数据不够充分,使用时有所不便。如果所挤压的材料在不同于表3-1所列的温度下挤压时,或者材料的化学成分不同时,必须要预先测量挤压力,并经验算得到变形抗力。



2. T.B.普罗佐洛夫公式


式 8.jpg


T.B.普罗佐洛夫公式没有J.赛茹尔内公式的不足,用于计算简单、方便,并且计算结果和实测值比较,能吻合得很好。



3. C.H.鲍里索夫和A.B.普里托马诺夫公式


3.jpg

4.jpg


  需要说明的是,确定摩擦系数有多种方法,用于挤压较合适的方法是C.N.古布金的流出法和T.B.普罗佐洛夫方法。当沿挤压杆行程挤压力变化曲线的斜度减小时采用C.N.古布金的流出法。而当在一定条件下,曲线平行于横坐标轴时则采用T.B.普罗佐洛夫方法。


 挤压不锈钢管时,摩擦系数的计算公式如下:


5.jpg


 应注意,摩擦系数直接影响到挤压力的大小,而挤压力的大小可用以评价所采用的工艺润滑剂的效果。因此,摩擦系数计算方法的选择,必须有针对性。C.H.古希金法的实质在于,随着挤压杆在挤压筒内的推进,摩擦面积减小,用于克服摩擦的力也减小,因而总挤压力减小。采用试验得到的“挤压力一挤压杆行程图表”和挤压杆在L1、L2位置时的挤压力,进行计算后可以得到摩擦系数值。而T.B.普罗佐洛夫法则是在于传送到挤压杆和挤压模上的力的差别,及每一瞬间消耗在克服坯料与工具之间摩擦力的差别。为了利用这个方法,需要同时测量在挤压杆和挤压模上的压力。



4. BX 卡西扬图表法


 采用 BX 卡西扬图表法确定挤压力,由两个步骤组成:首先确定实际的材料屈服极限,然后确定挤压力。


当已知挤压速度时,按钢管的内径(dr)和壁厚(S),查BX卡西扬根据不同的挤压筒直径绘制的钢管挤压力计算图表确定坯料金属的变形速度(ε);然后,对于一定的材料和加热温度,按照“AAДинHиK图表”查得变形抗力(σn);再根据已知的内径(d)和壁厚(S)以及材料的变形抗力σn,在 BX 卡西扬绘制的图表上确定挤压力。


表3-2为Cr18Ni10Ti不锈钢在1200℃温度下挤压钢管时,计算的挤压力(以吨计)与实测挤压力的比较。从表3-2可以看出:


表 3-2.jpg


  a. 按照J.赛茹尔内公式计算的挤压力为最大值,而按其余公式计算的挤压力为稳定值。


  b. 在T.B.普罗佐洛夫公式中,系数C取6,代替推荐值5,与实测的资料比较得到的结果较接近。


  c. 比较绝对偏幅,J.赛茹尔内公式为27.9t,T.B.普罗佐洛夫公式为26t,C.N.鲍里索夫公式为31.3t,BX卡西扬图表法为50.3t。


  在生产实际中,使用比较普遍的挤压力计算公式还是J.赛茹尔内公式。