压力加工技术概述

压力加工技术概述

近十年来,由于工业的蓬勃发展,压力加工工艺规程大量地被采用着,为了完成这些工艺规程,又创造了大量的锻压机器,如自动机,机械化、自动化装置和自劫线。

随着现代化生产过程的出现,‘劳动生产率不断得到提高,这主要是依靠成批和大量生产零件,同时合理采用最先进的工艺规程和符和这些工艺规程要求的高效率机器与工具。

成批和大量生产机器和仪器,首先要使零件的结构符合机械化、自动化的要求，并要能最大限度地缩短这些零件的生产周期。生产经验证明,符合这些要求的大多是板料冲压件。如:在拖拉机制造部件中板料冲压件,占35~40%;汽车制造部件中占60~75%;电机制造部件中占60~70%;仪表制造部件中占70~75%;精密工业(打字机等)中占80~85%；日用品工亚中占95~98%。这些数据,不但说明板料冲压在许多重要工业部件中所占比重很大,而且不能想象,没有压力加工,会使这些部件作出一系列对工业发展有极其重要意义的产品来。这些教据同样也说明，压力加工对许多重要工业部件在提高劳动生产率上起着重要的作用。和切削加工比较,压力加工有下列优点:

1.生产率高。装有连续动作模具的自动机,在许多情况下,一分钟可以制造2500~3000个零件,而且这些零件并不需要再在金属切削机床上继续加工。

2.不需要技水水平很高的工人操作锻压机器,因为冲压工人的业务较简单,操作技术也容易掌握。.

3.材料损失少。例如采用锻压设备加工一百万吨轧制钢材,可以节约25~30万吨钢材，同时可以节省3千万个机床小时，节省1万台金属切削机床和将近3万个工人。

4.达到良好的互换性。因为现代化的压力加工方法能够使零件达到很高的精度，几乎不再需要机床来加工了。一般冲压精度为4~5级，而精整、精压和冷减经的精度为2~3级。

5.生产系统实现专业化为了满足产量和质量的要求，往往把轧机分为大批量专业化轧机和小批量多品种轧机两类。前者为主要生产力量，采用专用设备及专用加工线进行生产，以利于提高产量、质量和降低成本。

6.采用自动控制不断提高产品精度计算机自动控制，大大提高了对钢材尺寸、形状和表面质量的控制精度。例如，能使厚5mm以下的热轧宽带钢的厚度精度控制到±0.025 mm，冷轧带钢厚度精度控制到±0.004mm，使带钢宽度公差控制到5mm；能使盘重4.4t的线材直径精度控制在0.1mm以内；冷加工钢管外径偏差达±0.05 mm，壁厚偏差±0.01 mm，表面特性达到极光表面的镜状光泽面。

7.发展合金钢种与控制轧制工艺以提高钢材性能利用锰、硅、铌、钛、钒等微量合金元素生产低合金钢种，配合控制轧制或形变热处理工艺，可以显著提高钢材性能，延长使用寿命。近年来，由于工业发展的需要，对石油钻采用管、造船钢板、深冲钢板和硅钢片等生产技术的提高特别注意，所以，在这方面取得的进步也特别显著。

8.不断扩大钢材品种规格及增加板带钢和钢管的产品比重钢材

品种规格已达数万种以上。现已能生产1200×530h型钢、78kg/m重轨、直径1.6m以上的管材、宽达5m以上的钢板、薄至0.1mm以下的镀锡板等。各种特殊断面及变断面钢材、各种镀层、复层及涂层钢材都有很大的发展。在钢材总产量中，板带钢和钢管产量所占比重不断增加，尤其是板带钢更为突出。在工业发达的国家里板带钢占钢材产量的50%~65%，美国则达66%以上。

9.连铸钢坯取代初轧钢坯采用连铸钢坯可有提高成材率、简化工艺过程、降低生产成本等许多优点，故近年来得到较迅速的发展。一些工业发达的国家，如日本1978年连铸钢坯约占钢坯总量的46%，近年来仍在不断发展。各国对于直接采用连铸钢坯轧管及连铸钢坯穿孔的新工艺也极为重视。压力铸坯在不少中、小型企业已开始得到应用和发展。

10.大力发展新工艺、新技术，节省能源和金属消耗，降低生产成本近年来很多新工艺、新技术，例如钢锭的“液芯加热和轧制”、初轧坯不经再加热的“直接轧制”、薄板的“不对称轧制”及其他高效钢材轧制等正在得到积极试验和推广。有的工厂还开始进行连铸连轧、液态铸轧，甚至进行钢锭直接轧制成品的试验。这些都可大大节省能源消耗、提高成材率。

采用压力加工工艺的范围不限于机器制造部件和仪表制造部件。在化学工业中,也广.泛地采用着橡胶硫化压力机、传送带用压力机、冲压艳缘材料压力机。特别广泛采用的是塑料制品压力机和热熔塑料自动机。

在木材加工和家具制造业中,也广泛地使用压力机来制造木屑末璧板,制造胶合板,制造木套和轴互。此外,人们还使用压力机来做家俱的胶合工作等等。

( 1 ) 正向挤压方法，被应用的历史悠久，正向挤压技术已完全成熟，目前反向挤压法，越来越引起了专家及业内人士的重视。目前，西安重型机械研究所为某加工企业研究设计了一台31.SMN反向挤压机，这是国内第一台自主开发设计的反向挤压机。在未来反向挤压设备的应用和开发，将得到更大的发展。

(2 ) 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。

(3 ) 挤压机的外围配套设备性能将进一步提高，后部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有被普遍应用的趋势。挤压机工技术正处于一个方兴未艾的时代。金属挤压机将伴随挤压技术的进步而不断发展，开发空间很大，前景广阔。 6．国外挤压新枝术 6．1 长锭加热

欧美国家中小型挤压生产线多采用长锭加热，热坯剪切生产方式。采用热坯剪，在挤压生产中根据不同规格的型材所需的铸锭长度设定剪切长度，一根长锭剪切剩下的短锭可与下一长锭相接剪切成所需的铸锭长度，因此，剪切不产生废料，提高了成品率，也减少了锯屑量。生产中可根据切定尺的要求确定合理的锭长，随时调整铸锭长度，从而提高了成品率。 6．2 等温挤压

在挤压过程中，为提高生产能力，往往希望在接近临界挤压速度下生产，而在实际生产中往往采用较保守的挤压速度。挤压过程中由于铸锭与挤压筒的摩擦和挤压变形产生的热量使挤压材的温度越来越高，挤压材前后温度相差较大，导致型材沿长度方向组织性能不均匀，在挤压中后期如果挤压速度太高时型材表面容易出现裂纹。为防止这种温升，提出了在挤压过程中使挤压材出模口温度始终保持一致的等温挤压方法。等温挤压法尤其适合于临界挤压速度低的2000、7000和部分5000系等硬铝合金的生产。对挤压速度较高的软合金，通常挤压机通常采取铸锭梯温加热或梯度冷却和挤压减速控制等方法模拟等温挤压。

铸锭梯温加热是根据挤压过程中挤压材前后温差而确定铸锭的加热温度梯度。铸锭感应炉的梯温加热通常是将加热线圈沿长度分成几个区，各个区的加热功率不同，铸锭前端加热功率高，后端加热功率低，从而得到铸锭前端温度高而后端温度低的梯温加热，其温度梯度一般在0-15℃/100mm。长锭燃气加热通常采用加热铸锭出炉后梯度冷却方式，使铸锭同样在纵向形成前高后低的温度梯度。

挤压减速控制即是在挤压中后期逐渐降低挤压速度，以减少挤压材的温升。这种减速控制通常用于软合金材的挤压速度控制，此种控制方法平均挤压速度大于普通的等速挤压的速度。

为实现等温挤压，也采取挤压筒分区加热措施，在25MN以上的挤压机挤压筒加热分4-6区，由SCR或PID控制挤压筒加热温度。挤压筒还设有冷却通路，在挤压筒外套(或中套)内侧靠近模具部分设置螺旋沟槽，挤压中后期通压缩空气，带走铸锭与挤压筒的摩擦热，从而控制铸锭的温升。

6．3 高速挤压

目前先进的挤压生产线为提高生产效率，除从机械上考虑尽可能减少挤压机固定周期(非挤压时间)外还采用高速挤压法。众所周知，挤压材的质量与挤压出口速度和挤压温度密切相关。在挤压过程中，当挤压速度过快时，不均匀变形加剧，铸锭温升较快，金属流动不均匀和出模口温度过高，易造成挤压材表面撕裂、粗糙和模具损坏。中国为提高挤压速度，一般仅采用低温挤压。国外先进挤压线除采用设计合理的模具外采取模具、挤压筒冷却，带走部分金属变形、摩擦产生的热量，防止模具温度上升，抑制型材产生表面缺陷，延长模具寿命。在模具设计上，考虑减小不均匀的形变率，使金属流动压力均等，流动平滑，在棋子入口端设置形状与型材外形相似的导流腔，使金属流动更均匀，并延长模具寿命。

6.4 三维挤压技术

三维挤压技术是集挤压和机械加工于一体的一步成型技术。如在

挤压模出口处安装一个旋转模，可沿型材纵向加工出所需的凹凸刻痕；在挤压机后装一套弯曲装置，将挤出型材弯曲成所需形状等

7 计算挤压工艺参数与控制

挤压材的质量取决于挤压过程中挤压比、挤压速度和铸锭预热温度等工艺参数。目前国外已有厂家利用计算机优化挤压工艺参数。计算机通过存储的材料性

能、挤压特性、加工范围、挤压机吨位、铸锭直径、挤压筒尺寸、最大挤压杆速度、产品资料等效据得出挤压临界图，在压力临界线和表面临界线下接近两线的交点处区域为最佳工艺参数范围，计算机经过运算、模拟挤压过程，分析得出最佳的工艺参数，包括挤压速度、铸锭加热温度和铸锭尺寸。

挤压过程温度控制

在挤压过程，通常需要控制铸锭加热温度、挤压型材出模口温度和淬火冷却后的温度，以确保具有所需的挤压性能，并获得纵向性能一致、机械性能优良的制品。随着远红外测温技术的发展，国外一

些工厂已在铸锭出炉后、前粱出口和淬火装置后设测量精度相对较高(精度±1％，响应时间0．05-1s)的非接触式的红外测温仪，可连续测量、显示和记录铸锭和挤出材温度，同时超温报警。测量出铸锭的温度，通过计算机可确定最佳的挤压速度参数。测量挤压出模口温度，通过调节铸锭加热温度使型材出模口温度保持在所要求的温度范围，并可通过计算机适当调整挤压速度和铸锭加热温度梯度，实现更为精确的等温挤压。这种测温技术的应用将促进等温挤压技术的发展。 8挤压装备新进展 1 挤压机

1．1 预应力张力柱

挤压机采用预应力张力柱结构，即对张力柱施加一定的拉应力，减少其在挤压时产生的弹性延长量，提高挤压机的刚性，大大减少了挤压时前梁的移动，减少了模具变形，提高了挤压型材的尺寸精度，也延长了张力柱的寿命 1．2 短行程挤压机

短行程挤压机虽早已投入生产，但开始并未引起人们的重视，只在近几年才在欧洲推广使用，这种短行程挤压机是将铸锭供在挤压筒和模具之间或采用升降挤压轴结构，挤压轴行程短，缩短了空程时间，提高了生产率。同时也缩短整机长度，提高了挤压机的刚度。 1．3 旋转挤压筒式挤压机

旋转挤压筒式挤压机是近些年发展的，挤压机装备有三个挤压筒分别置于挤压、装锭、清理三个工位，三个挤压筒可以旋转，挤压完毕，完成挤压的挤压筒旋转至清理位，装好铸锭的挤压筒则旋转至挤压位置开始下一个挤压周期。这种挤压机非挤压时间在10秒内，

生产效率较高。 1．4 活动横梁、挤压筒座、挤压垫、残料剪活动横粱和挤压筒座为“X”型导向，保证了挤压机的同心度。采用固定挤压垫结构，省去了垫片返回机构，并可减少残料的厚度。残料剪沿方形导轨上下移动，并带有打料机构，剪切后期，气缸推动打料头冲掉留在模具上的残料，此剪结构尤其适合于较薄残料的剪切。为防止剪刃粘铝，设有剪刃自动润滑装置。 1．5 挤压工具更换挤压工具更换向简便、快捷方向发展。现代挤压机带有平移式或旋转式快速换模机构，换模时间只需十几秒。有些挤压机还在滑动模架下设有模支承剪切机构，换模前，将挤压材在模支承和支承垫间切断，挤压材拉出后，支承垫内无剪下的料头，使换模操作更加方便。此机构尤其适用于模支承与支承垫分离较为困难的大型挤压机。挤压筒和挤压轴设有快速锁紧装置，便于其装配和更换，缩短换工具时间。

2．挤压机液压系统

目前先进的挤压机液压系统均采用液压集成块，结构紧凑，主缸及其它大部分油缸采用逻辑锥阀控制，这种阀切换时响应快，冲击小，

泄漏少，稳定性好，控制准确可靠。挤压速度控制采用容积式调速，主泵均为大容量轴向柱塞变量泵。对于单纯生产建筑型材和软合金制品的挤压机，采用价格低廉的电液比例阀调节主泵排油量，开环控制挤压速度。对于需生产硬合金的挤压机，则采用电液比例伺服阀闭环控制挤压速度，通过挤压杆测速仪测出的实际挤压速度或者由主泵变量机构的位置传感器测出的位置值与其对应的设定值进行比较，其偏差信号反馈给电液比例伺服阀控制主泵排油量，从而实现挤压速度的闭环控制。

挤压机液压系统趋向使用更高的压力，目前多为275bar，增加系统压力，将减小缸、管、阀的尺寸和泵的流量，减小挤压机的尺寸和重量。但需配备良好的密封件，保持液压油清洁，油过滤精度≤l0μm。 3 。挤压机列自动控制系统挤压对中检测系统：挤压简和挤压杆设有传感器检测系统，检测其对中情况，并在操作盘上显示检测结果，以便操作人员及时调整。

9 结语

金属挤压加工技术像其它工业领域一样，在不断发展和进步。这一工业领域技术的发展机受益于其他科技和工业领域，也促进其它科技和工业领域的发展。我国金属挤压机的制造发展在近二三十年取得了重大的突破。

2 1 世纪的金属加工业在世界经济中仍占支柱地位，同时也将经历激烈的竟争。他的发展带来了巨大的经济效益和社会效益。在各国科研工作者的共同努力下，金属挤压加工技术将会进一步发展。

中国是挤压生产大国，目前绝大多数挤压机技术装备远落后于世界先进水平，生产效率低，产品单一，产品质量不高，市场竞争激烈。对于一些有条件的厂家，应借鉴国外先进技术，加速对挤压机列的机械、液压和电气系统进行改造，并利用日益普及的计算机和一些测量技术，尽快开发出一些软件，操作控制挤压机和处理一些生产数据，以便从技术和装备上赶超世界先进水平，适应生产国内短缺的高精度小型和大型挤压产品，参与国际市场的竞争。