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收藏词条   编辑词条 挤压

创建时间:2008-08-02

用挤压杆将放在挤压筒中的坯料压出挤压模孔而成形的金属塑性加工方法,如图1所示。用挤压方法可以生产管、棒、型、线材以及各种机械零件。

发展简史  

挤压技术在金属塑性加工领域中出现得较晚,是一种较新的金属加工工艺。1797年英国人布拉曼(s.Braman)的一项“用以生产不同直径和长度的铅制品,以及其他软金属制品”的设备专利被认为是挤压的开始。它是将熔化的铅倒入一个容器中,然后用一个人工操作的机械推动柱塞使容器内的铅受力通过一个环形间隙挤出形成制品。1820年英国人布恩(T.Burn)设计出第一台真正用于铅挤压的液压挤压机,并产生了挤压模、挤压杆与穿孔针的概念。1837年汉森(J.Hanson)设计出了可更换模桥与模舌的桥式模。1870年英国人海恩斯(J.Haines)兄弟和威姆斯(w.Werms)首次在立式挤压机上采用生产铅管,并在实际生产上获得了应用。1894年德国人迪克(A.[)ick)设计并制造了第一台可用于挤压黄铜的卧式挤压机,如图2所示。1904年美国铝业公司(ALCOA)在宾夕法尼亚州的新肯辛顿安装了第一台4000kN铝材立式反向挤压机,1907年又安装了一台铝材立式正向挤压机。该机仍是先向挤压筒内倾倒液态金属,凝固后再开始挤压,直到1918年阿尔考公司安装第一台用铸锭进行挤压的卧式挤压机。1930年出现钢的热挤压,但钢的挤压真正得到较大发展是在1941年法国于吉纳钢公司的塞茹尔内(J.Sejour•net)发明玻璃润滑剂之后。

1944年德马克(Demag)液压公司和施劳曼一西马克(Schloemam—Siemag)公司制造了当时世界上最大的125MN卧式挤压机,并改进了辅助设备,提高了机械化水平。1950年发明静液挤压技术,解决了脆性材料成形的问题。1972年轮靴式(Conform)连续挤压法问世,这种挤压法是英国原子能局(UKAEA)斯普林菲尔德实验室(SpringfieldsLabor-atories)格林(D.Green)发明的,同年申请了英国专利。1975年英国制造了第一台轮靴式连续挤压机,投入铝导线的工业生产。1984年英国在轮靴式连续挤压的基础上建立了第一台连续铸挤(Castex)试验机,并于1985年制造了连续铸挤铝及铝合金工业设备。挤压技术发展至今可以说已经达到了相当高的水平。许多新型、高速挤压机的出现为生产优质挤压制品提供了有利条件。

尽管挤压法18世纪末就出现了,但是关于挤压理论的研究则开始于20世纪初。1913年库尔纳科夫(H.c.KyDHaKOB)首先进行了挤压金属的流动与挤压力的研究。后来,施维斯古思(P.Schweissguth)研究了挤压黄铜时金属所形成的挤压缩尾。翁克尔(H.IJnckel)首先创造了在分割开的坯料上划格子线的方法,研究了不同条件下金属的流动景象。1931年西贝尔(E.Sieble)与胡内(H.Htihne)应用全应变理论确定了采用格子线方法研究挤压变形的定量方法。首先建立了计算挤压力的简略公式:

式中P为挤压力;Kf为压缩变形抗力;D为坯料的直径;d为挤压棒材的直径; λ为挤压比。艾斯拜因(w.Eisbein)与萨克斯(G.Sachs)最早对挤压过程进行综合性的试验研究,提出正、反挤压力、挤压比、挤压温度等工艺参数的关系。随后古布金(c.H.ryKσHH)等利用平截面法得出各自的挤压力计算公式。1948年希尔(R.Hill)将滑移场理论运用到解决平面应变挤压问题。但是,滑移场理论求解时计算繁琐,而且不大适合轴对称变形问题。因此,在20世纪50年代末期约翰逊(w..Johnson)与工藤英明提出了上界定理、解析平面变形问题和轴对称变形问题。50年代中期汤姆逊(E.G.Thomsen)等人发展了一种将金属流动实验测量和应力计算结合起来的方法,研究塑性变形理论问题。进入60~70年代马尔卡(P.V.Malka)、山田、小林等人相继将有限元技术用于解决塑性加工问题(见变形力学问题有限元解法),这种方法能满意地给出塑性加工时变形区中的应力、应变、应变速率的分布及温度场。

分类   

挤压按金属流动及变形特征分类,有正向挤压、反向挤压和特殊挤压。特殊挤压包括静液挤压、连续挤压、侧向挤压、联合挤压、复合挤压、包套挤压、脱皮挤压、水封挤压、舌模挤压、粉末挤压、半熔融挤压、液态挤压等。按挤压温度分类,有热挤压、温挤压和冷挤压。热挤压和冷挤压是挤压的两大分支,在冶金工业系统主要应用热挤压,即通称的挤压;机械工业系统主要应用冷挤压;温挤压发展比较晚,应用范围也小。

工艺特点   

作为生产管、棒、型材和线坯的常规挤压法与其他塑性加工方法(如轧制等)相比,其特点是:(1)具有比轧制更为强烈的三向压应力状态(见挤压应力状态),金属可以一次承受很大的塑性变形,为加工难变形的低塑性材料提供了途径;(2)可以生产断面极其复杂的以及变断面的管材和型材,这些产品用其他加工方法很难加工,甚至不可能;(3)具有极大的生产灵活性,用一台设备可以生产出很多种品种和规格的产品,并且产品更换容易;(4)产品尺寸精确,表面质量高;(5)比较容易实现生产过程自动化;(6)生产效率较低,废料损失大,工具的消耗较大,制品性能不均匀。

挤压法适合于批量小、品种与规格繁多的有色金属管、棒、型材和线坯的生产,对于断面复杂的或薄壁的管材和型材、直径与壁厚之比趋近于2的超厚壁管材,以及用于脆性的有色金属和特殊钢铁材料则更显示出无比的优越性。

展望  

从历史发展来看,近百年来挤压机与工艺获得了突破性的进展,挤压机设计得更先进,制造精度更高,设备的机械化与自动化程度大大提高,达到了更加先进的控制水平。目前,在世界范围内有几千台挤压机在生产中运行。中国常规挤压机有300多台,高效、节能的连续挤压机有10台。近年来,挤压机使用可编程序控制器,实现了全机自动化,一些工厂进一步与具有高水平的监视计算机联网。由于特殊软件的开发与使用,计算机可以监视控制和记录挤压过程的各个阶段,能够提供整个工厂的有效管理,从而实现全机、全生产线乃至整个挤压工厂的自动化控制。

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