金属挤压机文献综述.doc

目录一、课题国内外现状1二、研究主要成果1三、发展趋势4四、存在问题5五、主要参考文献6一、课题国内外现状挤压是将金属毛坯放入挤压模具模腔内，在强大的压力和一定的速度条件下，迫使金属从模腔中挤出，从而获得所需形状、尺寸以及具有一定力学性能的挤压件。挤压生产的材料利用率较高，冷挤压的材料利用率高达70%-80%；挤压的金属流线不被切断，加上产生的加工硬化特性，可使挤压件的强度大大提高；可以获得较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度。因目前，挤压已在机械、汽车、仪表、电器、轻工、航空航天、船舶、军工等工业部门得到较为广泛的应用。金属挤压机属于金属压力加工设备范畴。随着压力加工技术的进步，金属挤压机经历着不断改进和完善的过程。同时，金属挤压机本身的技术进步也要依赖于其他相关技术的进步，如电子技术、计算机控制、液压技术、液压元器件等的发展。金属挤压机挤压力介于5.5-200MN之间，但重有色金属、钢挤压机挤压力一般不超过50MN。国外多用在10-30MN的范围；国内由于民营企业居多，限于投资小、见效快的考虑，挤压力在5.5-15MN范围内，以上为数很少。挤制大型铝及铝合金型材往往需要挤压力为50MN以上的挤压机，个别可达100-125MN，全世界100MN以上的挤压机为数不多。今后，在世界范围内，挤压力在100-200MN范围内的挤压机，将会有少量增加。目前，我国在重型挤压机设计、制造能力方面，基本处于实际领先地位。但在制造精度、综合质量方面，配套液压、电气、电子元件及整条生产线配套、自动化程度方面，与国外先进的厂家还存在一些差距。国外挤压技术成熟的国家有德国、美国、前苏联、英国、日本等国家。 二、研究主要成果 1.金属挤压成形理论的研究概况自20世纪初期，人们就开始对金属压力加工过程提出了各种理论分析方法，解决了一些实际问题，但真正取得突破性进展的是近二十年的事情。随着数学分析方法的发展和计算机的广泛应用，金属压力加工的理论分析方法不断向更深、更广的方向发展。本来，热挤压所用的坯料是比较短拍，而且由于是在高温下挤压，从挤压初期到后期均显现出不稳定的变形，这是形成诸多挤压缺陷的原因。材料的变形抗力和模具工作面上的摩擦，是变形理论的基础，但是用初等的解法来求有关断面上的应力和应变的分布关系是无济于事的。因此，自六十年代起用得较多的解法有“滑移线法”、“上限法”、“下限法”，最近也开始用“有限元法”。这些计算方法都是很费功夫的。目前，由于计算机的广泛应用，可以预测挤压比、摩擦系数、模具角度等对加工应力的影响;可以预测死角金属的大小以及会不会因此而成为卷入的缺陷;甚至还可以预测有否内部裂纹、最合适的模具角度或材料内部的温度分布等。目前正在研究开发或已应用的关于金属挤压成形过程和挤压工模具设计的理论分析方法主要有:工程近似法;滑移线法;初等能量法;上限法;变分法;有限元法;模似试验法。总的来说，近十几年，金属挤压加工理论和挤压模具设计理论有很大的发展，提供了许多可供应用的有价值的分析方法，可以获得挤压过程中金属与工模具上的应力一应变、温度一速度等的分布和变化，为合理地经济地设计工模具与制订合理工艺提供了有力的保证。特别是近几年来，随着大型计算机的研制与应用，优化设计理论的进一步完善，相关学科的进一步发展和揉合，像有限元、变分法、云纹法等十分复杂但又十分有效的分析方法获得了突破性的进展，并已进入实用阶段。2. 金属挤压成形技术的特点与发展挤压加工与其它一次塑性加工(制取具有一定断面的长制品的加工)在本质上的不同点，在于它是在近于密闭的工具内进行的，也就是说，变形是有很高的水静压力下进行的。众所周知，在高的水静压力下实行大变形加工时，金属很容易被压接。挤压就是利用这一点来进行各种压接。如果两种金属的变形抗力差别不是很大，即便在室温也可以通过挤压来接合，这可从最近通过水静压挤压制造包铜的铝材得到证实。经过近百年的发展，已研制开发出各种不同特点和用途的挤压方法和挤压工艺。近年来，挤压机台数急剧增加，挤压力不断增大，结构型式不断更新，自动化程度不断提高，油压挤压机得到广泛应用。随着大型运输机、轰炸机、导弹、舰艇等军事工业和地铁、高速列车、轻轨车以及大型豪华汽车等现代化交通运输工业的发展，需要大量的整体壁板等结构材料，故挤压机向着大型化的方向发展。目前，已正式投产使用的looMN以上的大挤压机12台以上，分别安装于美国、前苏联、中国、日本和德国。挤压力最大的是美国雷诺公司的270MN水压挤压机;其次是前苏联古比雪夫铝加工厂的2(X)MN水压挤压机;日本在60年代末期建造了一台%MN油压机。据报导，国外几个工业发达的国家都在研制挤压力更大、型式更为新颖的挤压机，如350MN卧式挤压机及450一600MN的挤压大直径管材的立式模锻一挤压联合水压挤压机。在挤压机本体方面，近年来国外发展了钢板组合框架、预应力“T，型头板柱结构机架和预应力混凝土机架，大量采用扁挤压筒、活动模和内置式独立穿孔系统。在传动方式方面发展了独立油压传动系统，甚至72-96MN大型挤压机上也采用了油压直接传动系统。现代挤压机及其辅助系统都采用了PLC(程序逻辑控制) 系统、记忆磁带和模拟典型的卡片控制系统或穿孔卡片控制系统、CADEX闭环系统等。实现了速度自动控制、等温一等速挤压、工模具自动快速装卸及全机自动控制。挤压机的配套设备(如长坯自控加热炉、坯料热切装置、在线淬火装置、前梁锯、活动工作台、冷床和横向运输装置、拉伸矫直机、成品锯、人工时效炉等)已经实现了自动化和连续化生产。3. 挤压工艺不断改进和完善近年来，除了改进和完善正反向挤压方法及其工艺以外，出现了许多强化挤压过程的新工艺和新方法，对冷挤压、润滑挤压、等温挤压、水冷模挤压、连续挤压、快速挤压、包套挤压、静液挤压等新的挤压技术进行了广泛的研究并获得了实际上的应用。60年代展起来的静液挤压技术和70年代发展起来的有效摩擦挤压法，由于具有很多优点，获得了突破性的发展。此外，像舌型模挤压、平面组合模挤压、辊挤、温挤、盘管挤压、淬火挤压、粉末挤压、反挤压和高效反挤压等新的挤压工艺也广泛用于金属加工。这些先进的挤压方法和新的挤压工艺对于扩大金属材料的品种，提高挤压速度和生产效率，提高产品质量，发掘轻合金的潜力，减少挤压力，节能节资、降低成本等方面都有积极的意义。4. 挤压产品的结构发生了根本变化20世纪60年代以来，轻合金挤压材的增长速度很快，不仅超过了轻合金的其他加工材料(如为轧制材的2倍)，而且大大超过了钢铁增长速度。据不完全统计，目前轻合金挤压材的年产量已超过800万吨。由于挤压材料的一半以上用于建筑等民用工业，而军用挤压材已下降到5%以上，结果使软合金比重大大增加，硬合金比重大大减少。以70年代为例，美国铝挤压材中软硬合金之比为12:1，日本为24:1。铝合金型材发展最快，其产量大约占整个挤压材的70%左右。目前型材品种已达5以I幻多种，其中包括逐渐变断面型材、阶段变断面型材、大型整体带筋壁板和异形空心型材等各种具有复杂外形的型材。挤压型材的最大宽度可达2500，最大断面积可达巧ooc时，最大长度可达25一30m，最重可达2t左右。超高精度的型材的最薄壁厚已达0.3，最小公差可达士0.0127。薄壁宽型材的宽厚比可达150一300以上，带孔空心型材的孔数可达数十个之多。管材的品种也有了很大发展，除各种不同规格的圆管以外，还生产出各种轻合金异形管、变断面管、螺旋管、翅片管等。挤压圆管的规格范围为4Q0xl.5一4石25只巧，最薄壁厚可达0.38。冷挤压管的精度更高，一般不需机械加工，内外表面不需进行任何处理即可装机使用。圆棒的规格范围为叨一肠20，而且可以生产各种规格的异形棒材。由于轻合金挤压材的产量、品种和规格不断扩大，其应用范围也越来越广泛，在国民经济和人民生活中的地位与日俱增。三、发展趋势金属挤压机的发展趋势主要有以下几个方面：（1）挤压技术将会有更进一步的发展。铝及铝合金挤压机挤压力的适用范围将集中在15-125MN之间（个别达到145-200MN）。100MN及更大挤压力的挤压机，由于主缸制造工艺上存在难度，趋于采用多主缸结构。工业化国家、发展中国家有100MN以上重型挤压机的需求，但全世界的总量不会很多，未来十年可能维持在30台左右的水平。（2）挤压机主体预应力框架结构得到了肯定。主机的辅助机械化设施将更臻于完善，对大型、重型挤压机挤压筒、挤压轴、穿孔针快速更换机构，已趋于成为固定配置。（3）挤压机的外围配套设备性能将进一步提高。后步设备的控制将并入主机控制系统，操作采用触摸屏人机对话方式将被普遍应用。（4）反向挤压方法和挤压设备的应用和开发，将进一步受到重视。发展延缓的原因不在技术方面，而是人们的传统的正向挤压观念较深。在未来十年，反向挤压方法生产的产品，有可能在挤压产品中占有20%以上的份额，甚至可能更大些（5）电子计算机将在挤压生产的管理、生产工艺过程、产品质量控制、提高生产效率、减少金属损耗、降低能源消耗和生产成本等方面发挥越来越重要的作用。铝及铝合金挤压工厂已有全部生产过程采用计算机控制的先例。（6）连续挤压、静液挤压技术及设备的研制和开发将进一步引起重视。总之，金属挤压技术和设备（挤压机）将伴随航空、航天、建筑等工业部门的发展而不断进步、需要开发的空间甚大，前景广阔。四、存在问题 就挤压及的设计和制造方面来讲，我国的水平与西方发达国家差距不大，基本上处于世界领先地位。主要差距表现在以下几个方面：一是设备系列化，二是设备的结构设计工业造型设计，三是专机的自动化程度，以上都需要研制周期才可以得到提高和完善。 近年来，国内引进了各种挤压设备，应该看到，由于缺少长远观念、条块分隔、系统规划、详细论证，某些价格昂贵的引进设备的利用率并不高，有些甚至长期闲置，个别引进设备的技术水平也参差不一，有的甚至存在严重的质量问题。这种低水平的重复引进势头目前尚没有得到有效遏制。五、主要参考文献【1】魏军金属挤压机M北京：化学工业出版社，2005.7；【2】温景林，丁桦，曹富荣有色金属挤压与拉拔技术M北京：化学工业出版社，2007.7；【3】刘静安.金属挤压成形理论及技术发展现状与趋势J.有色金属加工.2002.2，31（1）；【4】魏军.金属挤压机的现状及发展趋势J.装备.2008.8；【5】俞新陆.液压机M.北京:机械工业出版社,1990.5；【6】陈上达.国内外重型锻压设备的发展、现状和趋势J.重型设备.1988.12；【7】余叔培.挤压机设计参数的选择J.铝加工.1987；【8】魏军.有色金属挤压加工技术的现状及其发展趋势J.铜加工.2006.6；【9】许光.金属挤压机结构设计探讨J.机械工人.2007.5。