挤压技术_连续挤压技术

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连续挤压技术课程总结及体会

一、金属挤压的基本方法

1.1挤压方法分类

挤压加工按其工艺特点可分为传统挤压方法、静液挤压方法和连续挤压方法。

传统挤压方法是指挤压轴直接把挤压力传递给锭坯的挤压方法。这种挤压方法主要有正向挤压法、反向挤压法和侧向挤压法。正向挤压法的主要特征是金属流出的方向与挤压轴前进的方向一致，如图1所示。正向挤压是最基本的挤压方法，其基本特征是坯料与挤压筒之间产生相对滑动，存在严重的外摩擦。因此，在挤压时，金属流动不均匀，导致挤压制品的组织性能沿长度方向和断面方向不均匀。金属流出方向与挤压轴前进方向相反，称为反向挤压。如图2和图3分别为实心材和空心材反向挤压示意图。在反向挤压时，挤压筒与锭坯之间无相对运动，金属流动主要集中在模孔附近。因此，挤压制品的组织性能沿长度方向是均匀的。同时，挤压的能耗低。当金属流出方向与挤压轴前进方向相垂直时，这种挤压方法称为侧向挤压法，也称为横向挤压法，如图4所示。侧向挤压时，金属流动方式将使制品纵向力学性能的差异达到最小、变形程度较大，可使制品获得较高的强度。图1

图3

图5

图2

图4

图6

静液挤压是利用封闭在挤压筒内锭坯周围的高压液体是锭坯产生塑性变形并从模孔流出的挤压方法，如图5所示。在静液挤压时，坯料与挤压筒之间几乎不存在摩擦，金属流动均匀。同时，由于静水压力的存在，有利于提高材料的变形能力。因此，静液挤压可用于难加工材料和各种包覆材料成形。但是，静液挤压中需要进行高压介质的填充与排放，对设备的要求提高，同时还降低了挤压生产的效率，这使静液挤压的应用受到了限制。

常规挤压的一个共同特点是挤压生产过程不连续，在两个坯料的挤压之间需要进行坯料填充及分离压余等一系列辅助操作，影响了挤压成产的效率，也无法进行连续化生产。直到英国的D.Green于1971年发明了连续挤压方法，挤压过程的连续化才真正成为可能。连续加压是在连续挤压机上使金属坯料在压力和摩擦力的作用下连续不断地进入挤压模而实现的，如图6所示。在这种方法中，旋转槽轮上的断面槽和固定模座所形成的环形通道起到常规挤压方法中挤压筒的作用。用这种方法理论上可获得无限长制品。2.2连续挤压法的优势

图7 如图7所示，轧制和传统挤压方法的共性问题是工艺流程长，工序复杂、能耗大、材料利用率低、产品质量难于控制。由于缺乏新技术的引进与创新，这种传统的生产工艺一直沿用至今。

二、连续挤压方法

2.1连续挤压的优点

（1）可实现连续加工，缩短非生产时间，理论上可生产无限长的制品；

（2）可省略坯料的加热工序，节省加热设备投资，降低能耗。（3）大幅度减少挤压压余、切头尾等几何废料，可将挤压制品的成品率提高到90％以上；

（4）制品质量好，沿长度方向组织、性能均匀；（5）设备紧凑，占地面积小。

综上所述，连续挤压法尤为适合热挤压温度低、小断面尺寸制品的连续成形。

2.2中国连续挤压技术的发展历程

我国自1984年开始从国外引进设备，当时主要用于电冰箱铝管的生产，为了加快消化吸收的进程，1986年将软铝连续挤压技术的研究列为国家“七五”重点科技攻关项目，由中南工业大学、大连交通大学等单位承担，该研究如期顺利完成，并荣获国家科技进步奖。与此同时，大连交通大学于1986年成立了连续挤压工程研究中心，2004年成为辽宁省高校重点工程技术研究中心，2006年批准立项建设为教育部工程技术研究中心，成为我国唯一专门从事连续挤压和连续包覆技术的研究机构和制造基地。该研究中心对连续挤压和包覆技术进行了系统、深入和开创性的研究工作，通过近20余年的不懈努力，在设备类型方面，从250单槽挤压发展到350双槽挤压和包覆；在产品的品种方面，从单一材料发展到多种材料的复合，实现了直接包覆和间接包覆；在成形的金属材料方面，从铝、铜扩展到铝合金及铜合金，先后研制成功了KLJ250、TLJ250、TLJ300、LLJ300、TLJ350、SLJB350、TLJ400生产线，分别用于加工铝及合金的管材与型材、铝包钢丝、光纤护套、有线电视同轴电缆(CATV)、铁路通信信号电缆、电力机车铜合金接触导线、光纤复合架空地线(OPGW)、优质铜扁线、铜母线、铜型材等产品，形成了完全国产化的连续挤压和连续包覆系列成套设备和具有自主产权的关键技术，使我国在该方面的研究达到了目前的国际先进水平，在某些方面已处于世界领先地位。

我国连续挤压技术历经20余年的发展，已经从开始时的仿制、改进，到拥有自主产权的再创新，产品升级，成功打人该技术的原发地欧洲市场，其中凝结了学术界的一批有识之士的智慧和汗水，得益于一批独具慧眼和胆识的企业家的信赖和支持，使我国的连续挤压技术和装备得以快速发展，进口设备逐渐退出我国市场。据统计和测算，采用国产连续挤压技术和装备，已经为我国的企业创造近百亿元的产值，诲省外汇上亿美元。目前，英国HOLTON机械有限公司于3年前停产倒闭，BWE公司近5年在我国连续挤压设备的销售量不超过10套，两家英国公司设备在全球的占有总量不超过200套，因此，我国已经成为国际上连续挤压技术和装备的制造大国和应用大国。近年来，连续挤压工程研究中心研制开发的铜扁线、铜排连续挤压短流程制造技术和成套设备，具有产品质量高、工艺简单、高效节能、符合环保等优点，倍受业界的青睐，已经成为传统轧制、挤压、拉拔工艺更新换代的技术和产品，展示出了广阔的应用前景。

2.3连续挤压变形分区

如图8所示，可将金属的整个连续变形分为：Ⅰ初始咬合区 Ⅱ镦粗变形区 Ⅲ密封驱动区 Ⅳ剪切变形区 Ⅴ密封区

图81、初始咬合区（Ⅰ区）

槽内衬有坯料金属涂层，当坯料随挤压轮进入咬合区前，在冷却水的作用下，使涂层有足够强度，与挤压轮有足够的结合力，可以认为涂层与挤压轮使一个整体，不会发生相对滑移和脱落从而可产生足够的驱动力是后面的金属发生镦粗变形。

2、镦粗变形区（Ⅱ区）

坯料受到挤压轮槽的有效摩擦力的作用，在轴向上发生镦粗变形，使坯料由原来的断面镦粗到与挤压进料型腔面积相等的断面。在这一段区域内，挤压轮槽所提供的有效摩擦力至少达到能使坯料完成镦粗变形所需要增加的镦粗力。

3、密封驱动区（Ⅲ区）

在此区内，由于坯料刚充满变形空间，尚未达到塑性流动所需要的温度，坯料从挤压轮和模腔之间的缝隙挤出阻力较大，相当于变形空间封闭，所以压力急剧升高。压力升高的同时，使摩擦力增大，从而进一步提高了有效挤压驱动力。另一方面，温度也继续升高，为后续的变形提高了条件。

4、剪切变形区（Ⅳ区）

这一区域可形象地理解为，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区共同构成了不断向前推进的“挤压杆”，其中Ⅲ区为形成密封作用，防止金属倒流的“挤压垫”，从而组成了连续挤压的驱动部分。在其作用下，由Ⅲ区一直到模腔挡块前区域的坯料，一方面受到挤压轮槽底和侧壁驱动摩擦力的作用，另一方面还受到挡块的阻挡和摩擦，金属产生了大量的剪切变形，伴随有大量的变形热和摩擦热，基本达到了塑性流动所需的温度，同时金属内部的静水压力不断升高，在挡块前达到了克服模腔内变形阻力和摩擦阻力，从模腔入口挤入所需的挤压力的要求。

5、密封区（Ⅴ区）

由于挤压轮与模腔之间有相对运动，必须留有一个很小的间隙，保证两者之间不接触产生磨损。当挤压应力达到坯料的屈服极限时，金属将挤入间隙内，在一定的压力和温度条件下，从间隙内流出形成“溢料”。该区的作用是密封挤压工作腔，以建立足够的压力使坯料通过模具挤出。密封间隙区由沟槽两边的间隙和挡块与沟槽的间隙构成。

2.3铜材的连续挤压技术的应用 2.3.1铜扁线

铜扁线是变压器和大中型电机绕组广泛采用的一种导体。传统生产方法是用上引铸杆为坯料，经过多道冷轧和拉拔成型后再进行退火，达到软态要求后交付使用。采用连续挤压方法生产铜扁线，是对传统生产工艺的一次变革。它也用上引铸杆为坯料，但只经过连续挤压一道工序即可生产各种断面的毛坯，而且达到产品尺寸和性能的最终要求。其主要优越性表现在如下几个方面：

（1）由于是热加工，可取消退火工序，节省电能；（2）原材料为统一规格的铜杆，备料方便；

（3）变换产品仅需更换一只模具，快捷方便，便于组织小批量、多品种生产；

（4）可大长度、连续生产，生产效率高。所生产的产品质量具有如下优点：

（5）变形过程为连续热挤压塑性成型，可消除原材料表面的缺陷及机械损伤对产品表面质量的影响，产品表面不会产生传统工艺极易出现的翘皮、毛刺等现象；

（6）产品状态为热挤压态，可获得优良的机械性能与微观组织结构，产品的导电性也得以提高；

（7）省去了退火工序，避免了退火过程中温度的不均匀性，保证产品的性能沿整个长度均匀一致；

（8）经优化的模具材料和结构可保证产品具有较高的尺寸精度、光洁度和较长的使用寿命。2.3.2铜合金接触线杆坯

电气化铁路接触导线(简称接触线，断面形状见图9所示)除要求有良好的导电率外，还要求有足够的抗拉强度和抗软化性能。我国随着铁路运行速度的提高，要求电车线的架线张力有所增加（如下式所示），接触线的抗拉强度就必须大幅度提高。因此电车线的成份已由纯铜发展为银铜合会和锡铜合金。

图9

V=0.68VC VC=3.6（T/ρ）1/2 式中：V—列车运行速度（km·h-1）

VC—接触线的波动传播速度（km·h-1）

T—接触线的架线张力（N）

ρ—接触线的线密度（kg·m-1）

电车线的传统制造工艺为：上引无氧铜杆一冷轧一冷拔。现在采用的新工艺为：上引无氧铜杆一连续挤压一冷拔。

连续挤压新工艺加工的接触线具有较细的组织，使接触线不但具备含氧量低，不易脆断的特性，而且拥有细晶组织和良好的机械性能，这为电气化铁路的安全运行提供了可靠保证。如表1所示。

表1 新工艺生产铜合金接触线（CTHA 120）的性能

三、液压系统

液压系统由信号控制和液压动力两部分组成。信号控制部分用于驱动液压动力部分中的控制阀动作。

液压动力部分主要由油泵、油缸、阀、管、油箱和接头组成。

1、液压泵：（1）齿轮泵（低压

液压泵按功能又可分为定量泵和变量泵。

2、液压缸：（1）活塞式（2）柱塞式

3、液压阀：按功能可分为三种类型。

（1）控制压力：①溢流阀（安全阀）②顺序阀 ③减压阀（2）控制方向：①单向阀 ②换向阀（3）控制流量：①节流阀 ②调速阀

4、辅助装置：连接方式有板式连技和管式连接两种。

四、展望

连续挤压技术的发展方兴未艾，在成形理论、工具设计、设备性能等方面尚有许多研究和提高任务，在铜、铝合金的应用、无氧铜带的制坯等新领域的开发方面还有许多工作等待我们去做。这就需要我们在今后的学习中要认真学习和工作，为推动我国连续挤压技术的发展，为使我国成为连续挤压技术的应用大国和连续挤压设备的生产大国而共同奋斗！

五、对连续挤压技术课程的体会

通过对本课程的学习，我整体上了解了连续挤压技术的发展过程以及我国连续挤压技术的发展现状。连续挤压技术与传统挤压技术相比有很多优势，不仅能实现产品的连续生产，提高生产效率，同时节能环保，完全符合我国科学发展的战略。

连续挤压技术对于铜材生产有重要的意义，中国铜加工业包括材料研究、产品试制、工厂设计、工厂建设、生产装备制造等均已国产化，铜加工外包工程项目日渐普及，依靠外国建设铜加工工程的历史己一去不复返了。但是，我们也应清楚的认识到中国铜加工工业大而不强、技术经济指标不够先进、企业规模不大、产品质量不够稳定、技术水平及装备先进与落后并存、整体实力与发达国家相比还有很大差距，这些方面还沒有根本改变；中国铜的资源短缺、铜价和人工成本不断推高使铜材制造成本增加；铜材国内外市场竞争进一步加骤；我国经济发展向低炭、节能、环保方向发展，要求铜加工产品向高精尖、环保方向推进，生产工艺应节能、环保、減排；对此，中国铜加工工业必须不断通过技术创新、发展短流程、节能、减排、自动化、连续化生产工艺，发展利用再生铜的资源直接生产铜加工材技术，以确保中国铜加工工业持续、稳定的发展。

“十二五”期间，国家提出了采用连续挤压工艺技术和大型连续挤压生产装备的研究和开发，全面提升我国高纯无氧铜带生产的技术和设备水平，在大幅提高铜带质量的同时，降低成本及能源消耗，并减少污染物排放。这就需要我们继续深入地对连续挤压技术进行研究，来满足国家发展的需要。