连续挤压一模多孔挤压小截面型材.pdf

第6 1 卷第2 期 20 09 年5 月 有色金属 N 0 n f e r r o u sM e t a l s V d ．6 1 ．N o ．2 M a y2 OO 9 连续挤压一模多孔挤压小截面型材 鄢明1 ，吴朋越2 1 ．云南铜业铜材公司，昆明6 5 0 10 2 ； 2 ．北京有色金属研究总院有色金属材料制备加工国家重点实验室，北京10 0 0 8 8 摘要采用一模多孔．解决目前单轮槽c o n f o m 连续挤压法生产小截面型材存在的问题。通过多根出料，提高了产量，提 高了腔体等的寿命，减少了溢料，综合起来比原革头方式降低生产成本，具有较强的实用价值。 关键词金属材料；单轮槽连续挤压；一模多孔；防粘结装置；多头挤压 中图分类号T G 3 7 6 ；T G l 4 6 ．1 l文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 l 2 0 0 9 0 2 0 0 1 8 0 4 C o n f o m 铜连续挤压是近年来发展的一种铜加 工技术。挤压产品因品质优良，受到变压器、电机等 行业的欢迎。运用连续挤压工艺生产铜扁线、铜型 材也得到了迅速的推广，可以说连续挤压工艺正在 替代传统靠拉拔生产铜扁线的模式【lq J 。 然而，目前采用单轮槽连续挤压机挤压铜产品 的过程中，全部是采用单根进料单孔出料的方式。 由于挤压力过大，对于l O m m 2 以下小截面的产品很 难挤压，存在溢料高，产量低、挤压轮、腔体寿命短的 缺点，造成了挤压成本较高，生产工艺有一定局限 性，限制了连续挤压技术在小规格产品上的运用。 目前开发的利用现有的单轮槽连续挤压机实现 多头挤压的方法解决了以上问题。通过多根出料 三 根以上 ，提高了产量，降低了腔内压力，提高了腔体 等的寿命，减少了溢料，综合起来比原单头方式降低 生产成本2 倍以上。出来的产品，既可是同一规格的 产品，也可以是两种不同规格的产品，方便了生产组 织，提高了设备使用效率，实现了柔性化生产。 1多头连续挤压的可行性分析 1 ．1 连续挤压法工作原理 连续挤压工作原理如图l 所示。常温下的铜 杆，源源不断的经带槽的挤压轮连续的送入一个腔 体中，在此过程中金属除受到挤压轮槽的摩擦外，还 受到槽封块表面的摩擦，金属产生大量的剪切变形， 收稿日期2 0 0 7 一0 5 3 0 基金项目云南省科技攻关项目 2 0 0 5 ”1 2 作者简介鄢明 1 9 7 0 一 ，男，四川简阳市人，高级工程师，主要从 事机械、金属压力加工等方面的研究。 伴随大量的变形热和摩擦热，使坯料的温度升高．在 到达堵头时压应力最大，并改变流向进入挤压腔体 内。当金属受到的压强超过其屈服强度时，金属由 模子的孔道挤出，形成所需形状的材料[ 6 9 l 。 压实轮 坯料 挤压轮 阵- 工、／ 媸 槽封块 鞭座 挤压模 挤压件 堵头 图1连续挤压过程的有限元模型 F i g ．1 s c h e r n eo fC O N F o R Mp r o c 嘟 1 ．2 一模多孔连续挤压的可行性 该方法是在国产的单轮槽连续挤压机上，使用 无氧或低氧铜杆为原料，在压实轮的作用下，铜杆变 形，被压成轮槽的形状。随着挤压轮的转动，坯料与 凹槽侧壁及槽封块的接触面积逐渐增加，金属向进 料型腔的角落部位充填，此时，金属除受到挤压轮槽 的摩擦外，还受到槽封块表面的摩擦，金属产生大量 的剪切变形，伴随大量的变形热和摩擦热，使坯料的 温度升高，并改变流向进入挤压腔体和模具内，在腔 体模具内，金属分流，分别从多个模孔中挤出，实现 多根挤出成品的过程。在此过程中，由于堵头和挤 压轮槽底存在一定的间隙，此处金属的塑性流动模 式是由径向挤压的流动模式和泄漏处类似正挤压的 流动模式组合而成，泄漏量的大小主要取决于挤压 力的大小和间隙的调整。通过数值模拟可以看出， 在堵头附近受到的应力最大，温度也最高。应力和 温度分别为1 2 0 0 M P a 和5 5 0 ℃，如图2 和图3 所示。 万方数据 第2 期鄢明等连续挤压一模多孔挤压小截面型材1 9 图2四头挤压应力场模拟割面图 图3四头挤压温度场模拟剖面图 F i g ．3D i s t 曲u t i o no ft e I l l p e r a t u r ef i e l d 2一模多孔连续挤压的具体实施 2 ．1 实施过程 1 随着挤压轮转速的提高，模口和堵头处的应 力逐濒提高，泄料会增加。由于最高的应力主要集 中在泄料间隙附近区域，所以堵头的材料应该有较 高的强度。同时，需要采取措施减小堵头处的应力 集中。 ‘ 2 在连续挤压过程中由于摩擦和变形热的作 用，温度增加显著。随着挤压轮转速的提高，模口附 近的温度逐渐升高。由于模口附近的温度均超过了 6 0 0 ℃，所以工模具必须采用红硬性更好的材料，并 且可以长时间工作。 3 随着挤压轮转速的提高，制品的应变逐渐增 大。由于应变的大小与制品的强度有关，所以可以 通过改变挤压轮转速来改善产品的强度。 4 挤压轮转速的提高模口处的流动速度逐渐 增加，但是其增量与挤压轮转速的增量不成比例。 挤压轮转速越高，模口处的流动速度增量越小。由 此可以看出当挤压轮转速较高时，坯料与挤压轮之 间出现了滑动。因此当挤压轮转速某一定值后，再 增加挤压轮转速并不能显著的提高生产效率。从图 中可以看出在模具前端有“死区”出现阻止氧化物进 入制品内部，因而提高了产品质量。 2 ．2实施要点 1 为降低开始挤压时的阻力和冲击，对开始的 铜杆采用加热方式，类似给新挤压轮挂铜的操作方 式，该方式可有效降低开机时对堵头、模具的巨大挤 压力和热冲击。 2 采用特殊合金加工成组合腔体，加强腔体材 料的红硬性，保证达到6 0 0 ℃的高温强度。并在模 具和腔体使用前预热，减小其热冲击损害。 3 由于挤压的温度和压力均有所上升，因此挤 压轮、腔体基体、模具均应采用耐高温性更好的材料 加工，并采用特殊的热处理方式。 4 通过改变腔体降低挤压比，改变模具角度减 少阻力，同时调整流速和流量，保证同排的两根产品 挤出速度相等。 5 采用各根产品一个独立电机的收线方式，跟 踪产品速度，避免堵模和拉断等问题。 6 在模后设置分隔器，避免线材因粘连而堵 模。 3 试验结果与分析 表l 为铜扁线国家标准的性能要求，通过于检 测结果比较得出个性能指标准超出国家标准，完全 满足使用要求。 表1 连续挤压生产的铜扁线性能与国家标准的对比 T a b l el P h y S i c a lp r o p e n i e so fc o p p e rn a tw i r eb yC o n f o mp r o c e 鹃a n dN a t i o n a ls t a n d 万方数据 有色金属第6 l 卷 图4 ～图7 分别为无氧铜杆坯料和挤压出的产 品的显微组织。可以看出，横向平均晶粒尺寸不大 于0 ．0 2 0 m m ，挤压截面越小，晶粒分布越均匀。 图4 咖1 2 ．5 无氧铜杆横向放大5 0 倍 F i g ．4 M i c r 璐t u r 鹤o fc o p p e rr o d 机2 ．5 m m 图5 铜扁线1 ．o o x4 ．0 0 横向放大2 0 0 倍 F i g ．5 M i c r o s t u r e so f ∞p p e rn a tw i r e1 ．0 0 4 ．o o 4结语 利用现有的单轮槽连续挤压机挤出多根铜产品 的方法，可以实现小截面产品和难挤压产品的挤压， 参考文献 拓宽了连续挤压技术在小规格产品上的应用。生产 的铜扁线质量完全达到并优于国家标准的要求。可 更好的满足了用户在质量、价格方面的要求。为生 产厂家带来效益、给用户带来方便。对现有单轮槽 挤压机的创新和进一步开发利用，具有较好的实用 价值。 图6 铜扁线1 ．2 0 5 ．2 0 横向放大2 0 0 倍 F i g ．6M i c m s t u r 鹤o fc o p p e rf l a t 研r e1 ．2 0 5 ．2 0 图7 铜扁线1 ．8 0 2 ．O O 横向放大2 0 0 倍 F i g ．7M i c - o s t u r 髑o f c o p p e rn a tw i r e1 ．8 0 2 ．0 0 [ 1 ] 宋宝韫，樊志新，陈吉光，等．铜、铝连续挤压技术特点及工业应用[ J ] ．稀有金属，2 0 0 4 ，2 8 1 2 5 7 2 6 1 ． [ 2 ] C h oJR 。J e o n gHS ．P a r a I I l e t r { ci n v 酷t i g a t 虱孤o nt h ec u r l i n gp h e n o m e ∞ni nC O N F O R Mp r o c e 豁b yt h r e e - d i m e ∞i o n a l “n i t ee I e ． m e n ta n a l y s i s [ J ] ．J o u m a lo fM a t 嘶a l SP r o c e 站i n gT e c h n o l o g y ，2 0 0 1 ，1 1 0 1 5 3 6 0 ， [ 3 ] 钟毅．连续挤压技术及应用[ M ] ．北京冶金工业出版社，2 0 0 4 1 4 ． [ 4 ] K i mYH ，c h oJR ，J e ∞gHS 。e ta 1 ．As t u d yo no p t i m a ld 商g I lf o rC O N F R Mp r o c e 站[ J ] ．J o u r r m lo fM a t e r i a l sP r o c e 豁i n g T e c h n o l o g y ，1 9 9 8 ，8 0 ／8 1 1 6 7 1 6 7 5 ． [ 5 ] 储灿东，彭颖红，阮雪榆．连续挤压过程的计算机仿真[ J ] ．中国有色金属学报，2 0 0 1 ，1 1 s 1 4 8 ～5 1 ． [ 6 ] 云新兵，宋宝韫，高飞．连续挤压技术在铜管生产上的应用[ J ] ．金属成形工艺，2 0 0 2 ，2 0 3 4 6 4 7 ． [ 7 ] 刘元文，宋宝韫，樊志新，等．铜扁线连续挤压工艺[ J ] ．锻压机械，2 0 0 2 ，3 7 5 3 1 3 2 ． [ 8 ] 何升立，张崇高，王心伟，等．C a n f o 兀n 连续挤压原理与铜线挤压加工的影响因索[ J ] ．工具技术，2 0 0 5 。3 9 3 2 7 3 0 ． [ 9 ] 陈莉，宋宝韫，运新兵．铜扁线挤压模腔内材料成形的数值模拟[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 4 ， 1 3 8 4 3 ． 下转第2 3 页，C m t i n u e do np ．2 3 万方数据 第2 期 张 飞模具用Z n 一～．C u 合金的耐老化问题2 3 3 结论 麓篆衾篙磊 善盍訾喜嚣衾妻 试验中制备的Z 州1 4 C u l o 合金中加入O ．1 ％的0 ．0 9 2 ％，大大地提高了锌合金的抗老化能力。 参考文献 [ 1 ] 冉旭．稀土对锌一铝．铜合金组织性能的影响[ J ] ，吉林工学院学报，1 9 9 9 ，2 0 4 3 4 3 7 ． 【2 ] 陈一胜，落穆莱。李祥鸿，等．高强度稀土锌基模具合金的研制[ J ] ．南方冶金学院学报，1 9 9 5 ，1 6 1 6 2 7 1 ． [ 3 ] 田卫平，亢若谷，彭茂公，等．稀土对锌铝合金Z r 测一2 7 性能的改善[ J ] ．云南冶金，2 0 0 2 ，3 l 4 4 5 5 0 ． A n t i - a g e i n gP h e n o m e n 蚰o fZ n ．A I C uM o u MA o y z H A N GF e i 跳n g 加iS 啪以P 0 伽枷挖缸U 7 z i 御百妇，s J l 鲫加口i2 0 12 0 9 ，饶i 嬲 A b s t r a c t T h ee f f e c to ft h er a r e ．e a n hc o n t e n to nt h ea g e i n gp h e n o m e n o no fz i n c - b a s ea l l o y Z n 趟1 4 C u l o i no r d e rt o S o l V et h ea g e i n gp r o b l e mo fz i n ca l l o yr n o u l du s e di nC h i n aa tp r e s e n t ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h eo p t i m a lR ec o n t e n ti nZ n A l - C ua l l o yi s0 ．1 ％． K e y w o r 凼m e t a lm a t e r i a l ；z i n c - b a s ea l l o y ；m o l d i n gm a t e r i a l ；r a r ee a r t h 上接第2 0 页。C 。n t i n u e df r o mp ．2 0 P r o c 髑so fo n eD i eF o u rH o l 俗S m a l IB o 他S 即t i o n a IB a rC O N F o R M Y A NM i 孔0 ．W UP 飘g ．弹≯ 1 ．h 玎玎口卵 乃≠，缈P 脚w 如L 以，K H 札，，l i 订g6 5 0 1 0 2 ，C J z i 7 z 口；2 ．S 缸据K 斛k 6 D r 口￡D r y 如rn 6 砌f 加口耐 P m 洒s 矿N D ，2 弦r r 0 榔M 如如， m 黝ZR B s 阳r 曲h 站如乱钯如rN 。咖r r o “sM 每缸厶，B 嘶i 馏1 0 0 0 8 8 ，C h i 凇 A b s t m c t o n ed i ew i t hf o u rh o l e si sa d o p t e d ．T h ep r o b l e n l0 fs m a l lb o r eS e c t i o n a lb a rc o n f o n nw i t hg r 。0 v ec o n f o n n m a c h i n ei ss e t t l e db yu s i n go n ed i ew i t hf o u rh o l e sm e a s u r e ．T h ep r c H d u c t i o na n dd i el i f ea r ei m p r o v e dw i t hf o u r h o l e sd i e ．A n dt h ef l a s h ∞u l db er e d u c e d ．I naw o r d ，∞s to ft h es m a l lb o r es e c t i o n a lb a rp 托d u c t i o nw o u l db e d e c r e a s e d ，s ot h i sw a yh a sv a l u ei np r a c t i c e ． K e y w o s m e t a lm a t e r i a l ；s i n g l eg r o o V ec O n f 0 珊p r o c e s S ；o n ed i ew i t hr n o r eh o l e s ；a n t i ．b o n d i n ga p p a r a ． t u s m u l t i t h r e a de x t r u s i o n 万方数据