连续挤压包覆机挤压轮用钢的研究进展

连续挤压原理
连续挤压原理是一种常见的加工方法，适用于金属、塑料等材料的加工过程。

该原理主要是通过连续挤压材料，使其逐渐变形，从而得到所需的形状和尺寸。

在连续挤压过程中，首先将待加工材料放入挤压机的进料口，然后通过一系列的传动装置和机械力的作用，将材料送入挤压机的挤压腔。

挤压腔内有一个特定形状的模具，模具的出口孔形状与所需产品的截面相一致。

当材料进入挤压腔后，由于挤压机施加的强大力量作用，材料被迫通过模具的出口孔。

在通过出口孔的过程中，材料会受到巨大的压力和挤压力，从而发生塑性变形。

随着材料不断通过模具出口孔，其断面形状逐渐变成模具出口孔的形状。

通过连续挤压原理，可以生产出各种形状和尺寸的产品，如金属管、铝型材等。

挤压过程中的材料流动状态会受到很多因素的影响，如材料的性质、温度、模具结构等。

因此，在进行连续挤压加工时，需要合理选择材料和模具的结构参数，以获得理想和满足要求的产品。

总的来说，连续挤压原理是一种高效、经济的加工方法，能够将材料加工成复杂的形状和精确的尺寸。

它在工业生产中得到广泛应用，为各行各业的发展提供了重要支持。

摘要为适应我国电气化铁路的发展，本课题组设计出一种采用连续挤压包覆法生产的新型接触线——铜铝复合接触线，具有高强、高导、高耐磨等性能。

铜铝复合接触线是一种多层金属复合线材，综合了多种金属的优越性能，形成高性能材料，并且还可以节约金属。

与以往连续包覆不同的是，本接触线的结构为层状包覆，且由于连续挤压过程变形的特殊性，其金属的变形行为以及塑性变形力学方面的研究还处于初级阶段，所以本文通过对双金属连续挤压包覆技术的有限元分析和理论分析的研究，用有限元软件对双金属连续挤压包覆的不同参数下的温度场，等效应力场，等效应变场，等效应变率场，静水压力场，速度场进行了模拟，获得了在双金属连续挤压包覆过程中，各工艺参数主要影响规律，实现了模具的快捷化设计。

通过数值模拟的结果的研究表明：铜铝复合包覆过程是一个非常复杂的过程，关键在于双金属的同步流出，模芯端部导流角度和复合变形区长度是设计时的重要参数。

模芯端部导流角度太大造成挤出方向分力小铜线不动；角度太小造成结合面正压力减小结合强度不够。

复合变形区长度需调整到一个适当的值，否则过短则结合面缝隙过大，无法实现包覆；过长则出现铝坯无法带动铜线挤出，发生堵模现象。

挤压速度的提高，挤压温度升高，都有利于包覆。

从三维有限元模拟的结果来看，坯料先充满挤压腔，之后进入包覆阶段。

变形主要集中在堵头，靴座通道，模具型腔及复合变形区一带，在挤压包覆腔的底部形成死区。

本文通过数值模拟揭示了模具结构对铜铝连续挤压复合成形过程的影响规律，所得的结果较真实的反映了生产实际，从而为今后工模具的设计提供了参考，对实践具有一定的指导作用。

关键词：连续挤压包覆；双金属复合；数值模拟；铜铝复合接触线AbstractInorder to adapt our country’s electrified railway development，the research team design a new electrified railway contact lead，Copper-Aluminum contact lead，produced by CONCLAD with higher strength，electivity and wear resistanee.The contact lead is a multi metals cladding wires with superior performance of those metals which can become the high performance material and economize the metal.Be different from the traditional CONCLAD，the Copper-Aluminum contact lead is layer structure clad，and since the particularity with deformed course，the research of its metal deformed behavior as well as the study to plastieity deformation mechanics，is still in elementary stage. The dissertation is on the basis of the analysis of the theory and FEM for the double-material CONCLAD processing，which has simulated the temperature field，effective stress field，effeetive strain field，mean stress field，and velocity field under condition of the various parameters，by which the rules that can realize the rapid design for the dies are got.The results show that the CONCLAD is a complex process，the die angle and height of clad forming zone is a key parameter to the design of die.The increase of the die angle and height of clad forming zone will result in blockage of die.The decrease of the die angle and height will result in joint surface is not firmly even with gap.Inereasing extrusion veloeity and increase temperature，which be beneficial to the cladding.In the view of the three dimensions FEA，the stress and strain centralize block channel，die cavity，height of clad forming zone，and the dead zone is formed in the bottom cladding chamber.This paper revealed the influence rules of die structure during Copper-Aluminum continuous forming process，all received results show the true facts. These results can become the references of the future mold design，and have certain guidance role for CONCLAD project practiee.Key Words：CONCLAD；double material cladding；FEM；Copper-Aluminum contact lead目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)第一章绪论 (1)1.1 接触线及其发展趋势 (1)1.1.1 接触线的种类 (1)1.1.2 国内外接触线的制造方法 (2)1.1.3 接触线的发展趋势 (3)1.2 连续挤压技术及其在双金属线生产中的应用研究现状 (4)1.2.1 连续挤压的原理及特点 (4)1.2.2 连续挤压复合技术的原理及特点 (6)1.2.3 连续挤压技术研究现状及其在双金属线生产中的应用现状 (7)1.3 有限元技术及其在连续挤压双金属复合线中的应用现状 (9)1.3.1 有限元方法的发展 (9)1.3.2 金属塑性成型有限元法的研究进展 (10)1.3.3 有限元技术在连续挤压中的应用现状 (11)1.4 课题的主要研究内容及意义 (12)1.4.1 课题提出的意义 (12)1.4.2 主要研究内容 (12)第二章有限元法求解方法选择 (14)2.1 刚-(粘)塑性材料基本假设 (14)2.2 刚-(粘)塑性力学基本方程 (15)2.3 刚-(粘)塑性有限元变分原理 (16)2.4 有限元法的求解方法的选择 (18)2.5 有限元法求解的基本步骤 (18)第三章数值模拟建模及关键问题处理 (20)3.1 几何模型的建立 (20)3.2 网格划分 (22)3.3 摩擦边界条件的处理 (23)3.3.1 连续挤压成形过程中摩擦的特点 (23)3.3.2 摩擦力模型的确定 (24)3.4 材料特性的设定 (24)3.5 载荷和位移边界条件的设定 (25)3.5.1 载荷的施加 (25)3.5.2 位移约束 (25)3.6 时间步长步数的选择 (25)3.7 网格畸变与重划分 (25)3.8 收敛问题 (26)第四章层状复合材料连续挤压成型及模具优化二维数值模拟 (27)4.1 模芯端部导流角度对金属流动与挤压力的影响 (27)4.2 复合变形区长度对金属流动与挤压力的影响 (29)4.2.1复合变形区长度对金属流动的影响 (29)4.2.2复合变形区高度对挤压力的影响 (30)4.2.3复合变形区长度对界面结合强度的影响 (32)4.3 铜铝厚度配比对对金属流动与挤压力的影响 (32)4.4 坯料及模具表面状态对金属流动与挤压力的影响 (34)4.5 定径带长度对金属流动和挤压力的影响 (36)4.6 小结 (37)第五章铜铝复合接触线连续挤压的三维数值模拟 (39)5.1 连续挤压过程金属变形规律 (39)5.1.1 连续挤压过程中的变形及金属流动 (39)5.1.2 连续挤压过程中的等效应变分布 (41)5.1.3 连续挤压过程中的等效应力分布 (42)5.1.4 连续挤压过程中的温度分布 (43)5.1.5 连续挤压过程中的挤压轮的扭矩行程 (44)5.2 模具结构及参数对铜铝包覆的影响 (45)5.2.1 模芯端部导流角度对结合面强度的影响 (45)5.2.2 复合变形区长度对结合面强度的影响 (46)5.2.3 表面状态对铜线出线的影响 (48)5.2.4 挤压轮速度对温度及结合面强度的影响 (48)5.3 小结 (49)第六章连续挤压包覆试验 (51)6.1 试验设备 (51)6.2 试验材料 (51)6.3 试验结果 (52)6.4 小结 (54)第七章结论 (55)参考文献 (57)致谢 (60)个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果 (61)第一章绪论1.1 接触线及其发展趋势高速铁路是当今世界铁路发展的潮流，随着经济技术的发展和交通运输的激烈竞争，高速铁路以其独特的优点被许多国家作为大力研制和重点发展的目标。

连续挤压发展现状
近年来，连续挤压发展取得了长足的进展。

该技术利用高压力设备将原料连续挤出，形成各种特定形状的成品。

目前，连续挤压已在许多领域广泛应用，特别是在塑料制品、金属制品和食品加工等行业。

在塑料制品方面，连续挤压技术使得生产效率得到了大幅提升。

传统的注塑成型工艺需要逐个注射塑料材料，而连续挤压可以实现连续生产，大大节省了时间和人力成本。

此外，连续挤压还能生产出更长、更薄的塑料制品，提高了产品的使用价值和经济效益。

在金属制品领域，连续挤压技术也发挥着重要作用。

它可以将金属材料按照需要的截面形状挤出，制成各种金属型材。

这种制造方法不仅生产效率高，而且能够生产出高质量的金属制品，具有良好的机械性能和外观效果。

在食品加工行业，连续挤压技术已经被广泛应用于面条、饼干、巧克力等食品的生产中。

通过将面粉、糖浆等原料连续挤压成各种形状的产品，可以大大提高生产效率，降低生产成本。

同时，连续挤压还能生产出均匀、细腻的食品产品，增加了产品的口感和美观度。

总的来说，连续挤压发展现状呈现出蓬勃的态势。

不断提升的生产效率和产品质量，推动了连续挤压技术在各个行业的广泛应用。

随着科技的不断进步，相信连续挤压技术将在未来有更加广阔的发展空间。

双轮连续挤压设备主机研制
开发双轮连续挤压设备主要是为多层金属复合线的技术研究提供实验平台，是中试生产线用的主机。

本项研究填补了国内无双轮CONFORM连续挤压机的空白。

本文应用在多坯料挤压、连续挤压及轧挤技术基础上提出的多金属连续挤压包覆技术进行的理论分析和工艺实验研究成果，及国内、外单轮连续挤压机制造的成功经验进行了双轮连续挤压机主机的设计。

并编写了计算挤压力能参数的计算机程序，切实解决了挤压机力能参数的计算问题，为今后的CONFORM连续挤压机开发提供了理论计算工具。

所得结论如下： 1．通过采用预应力挤压主轴后，本机的主轴横向刚度比常规挤压主轴提高了六倍以上。

2．主机的安全系数达到了40以上。

3．通过挤压力能参数的计算，确定本机可挤压包覆的材料范围为：纯铝，铝合金，紫铜，黄铜，铝青铜，锌铝合金等有色金属。

连续挤压发展现状连续挤压是一种研发、设计和生产的工艺技术，通过对金属或非金属材料的连续挤压加工，可以获得具有一定形状和尺寸的零部件和产品。

近年来，连续挤压技术在汽车、电子、建筑和航空航天等领域得到了广泛应用，并取得了显著的成果。

本文将对连续挤压的发展现状进行探讨。

首先，连续挤压技术在汽车行业得到了广泛应用。

大量的汽车零部件，如车身、横梁、车门、车窗框架等，都可以通过连续挤压技术生产。

连续挤压可以减少材料浪费，提高生产效率，同时还能够使产品具有较高的均匀性和精度。

由于连续挤压所需的设备和工艺相对简单，成本较低，因此在汽车行业得到了广泛应用。

其次，连续挤压技术在电子行业也有一定的应用。

电子产品如手机、平板电脑、电视等中的金属外壳和框架，都可以通过连续挤压技术制造。

连续挤压可以使产品具有较高的强度和精度，同时还可以实现产品的批量生产和迅速交付，满足了电子行业对高质量、高效率和低成本的要求。

此外，连续挤压技术在建筑行业也取得了一定的进展。

建筑行业对于各种形状和尺寸的金属型材的需求较大，如钢梁、钢柱、铝合金窗框等。

连续挤压技术在满足建筑行业对于产品质量和精度的要求的同时，还能够大大提高生产效率，降低生产成本。

因此，连续挤压技术在建筑行业具有广阔的应用前景。

最后，连续挤压技术在航空航天行业也开始得到一定的关注。

航空航天行业对于轻质、高强度和高精度的零部件和产品的需求较大，而连续挤压技术正是能够满足这些要求的一种有效方法。

航空航天领域对于连续挤压技术的研发和应用的推动，将在未来给连续挤压技术的发展带来巨大的机遇和挑战。

总之，连续挤压技术在汽车、电子、建筑和航空航天等行业得到了广泛的应用和发展。

连续挤压技术具有优良的产品性能、高效的生产效率以及低成本的特点，为各个领域的发展带来了巨大的机遇。

随着技术的不断进步和创新，相信连续挤压技术在未来将有更广阔的应用前景。

机械化工连续挤压技术在铜加工中的应用探讨喻土明（杭州富阳星宇铜业有限公司，浙江 富阳 311400）摘要：连续挤压工艺与现代节能金属加工技术有关，目前广泛用于铝和铜合金制成的各种截面的空心、实心、长切型材的生产。

研究了铜合金 GOST-M1(DIN-ECu-57)在圆形(ø8,24,30mm)和扁形(10×30,10×60,10×80,10×100mm)型材压制过程中，变形区金属流动性质及组织和力学性能的变化。

它是在新冶金技术有限公司和华中科技大学密西西比分校金属成形系的前提下进行的。

在压制过程中，选择了这些型材的模板，制作了进一步的实验样品，并对合金的纵向流动性质进行了研究(连铸-变形中心-成品型材)。

关键词：连续挤压技术；铜加工；应用分析随着生产可制造性水平的提高以及资源有限造成的条件，对设备和技术效率的要求不断提高。

在这方面，结合了几个生产阶段的冶金工艺相对于传统技术而言是有利可图的。

这些类型的技术包括通过模具连续挤压金属的过程，传统的压制工艺意味着大量的操作，导致生产成本的增加。

文献中引用的数字表明，使用配备连接板设备的技术可以极大地提高生产效率。

因此，生产成本和能源消耗平均比传统的压制产品生产方法低30%。

在有关金属(阴极铜)在变形区内的流动形态和直接形成的金属(阴极铜)组织和力学性能的问题上，一直没有得到充分的研究。

对 Cu-Mg 和 Cu-Cr 合金的组织演变和性能进行了较为详细的研究。

目前，创造有效的微型产品的做法很常见，包括一个完整的生产周期来生产压制产品或半成品。

通常，连续多流连铸生产线也配备了连续多流连铸机和精整拉伸生产线，以及定长切割生产线，这使得这种生产自给自足，可以控制大多数生产阶段。

新冶金技术有限公司成立于2015年，专门生产铜合金产品，在其组成中包括以下设备：感应电炉，熔体量4-5吨；10股连铸机(向上浇铸)；连续挤压机 Conform 350；液压拉伸和切割线(长度达10米)。

我国挤压铸造技术的研究现状及展望摘要：挤压铸造技术承载了金属冶炼工艺对未来发展的基础技术需求，针对现代较高要求水准的金属构件市场需求而言，更具备后续产业延伸优势，依仗相对完善的研究成果和技术经验，促进金属冶炼刚度、轻量化、广泛化、性能化多方面优势，为后续大范围的挤压铸造技术赋予可持续发展的概念，并具备进一步技术与产业上的延伸前提。

关键词：挤压铸造技术；研究现状；展望引言30 年代前，挤压铸造技术就已出现，而且我国是挤压铸造技术的研究参与者之一。

50 年代至今，挤压铸造技术历经了工艺摸索、理论钻研、生产应用、快速发展、稳定发展再到急速发展几个阶段，并且在其中最为关键的设施就是挤压铸造设备。

挤压铸造设备能有效的提升铸件的补缩能力、成形能力等性能，还能对铸件的缺陷进行高效的处理，使挤压铸造工艺水平大大提高，并且能够节约一定的资源，得到普遍应用。

相应的学术组织在国内建立，并定期开展学术活动。

1981 年 7 月，“黑色金属液态模锻学术讨论会”在山东省即墨县召开，由哈尔滨工业大学主办。

2014年 11 月，中国铸造学会压铸专业委员会联合中国兵工学会挤压铸造专业委员会、中国塑性工程学会半固态加工委员会和《特种铸造及有色合金》杂志社，召开了十几次以“中国压铸、挤压铸造、半固态加工”为主题的学术会议。

美国、德国、日本等发达国家是挤压铸造技术发展较快的国家，其中，新型的挤压铸造设备已被日本成功研制出，对于我国挤压铸造水平的提升是巨大的。

随着我国科技实力的增强，使我国在研制挤压铸造设备上取得重大进展，与世界工艺水平之间的差距缩小了很多，但是，与西方发达国家相比，我国对于挤压铸造技术的研发仍然处于落后水平，这也是我国挤压铸造工艺水平不高的主要原因之一。

1挤压铸造技术的研究现状1.1挤压铸造技术基础理论方面挤压铸造技术是通过金属塑形流动方式所采取的铸造技术，在我国及世界金属冶炼领域早已有相对成熟的技术铺垫，相应基础理论更具备深入分析的有效的条件。

哈尔滨工业大学科技成果——连续纤维增强金属基复合材
料包覆挤压工艺
主要研究内容
开发了正向包覆挤压法用于Pb-GF新型复合丝材生产工艺，该工艺具有生产简单，设备要求较低，生产效率较高，产品质量好等特点。

同时该种新型包覆挤压工艺具有进一步深化研究的广阔前景，通过改变材料的类型，可以进一步开发出更多的新型长纤维增强材料，如铅碳纤维增强材料、铝玻璃纤维增强材料、铝硼纤维增强材料等一系列长纤维增强材料，这些材料和工艺的应用价值将为金属基长纤维复合材料应用开辟新的途径。

包覆挤压工艺玻璃纤维及铅坯料样品
包覆挤压复合丝材
应用行业
近十年来，连续纤维复合丝材由于其广泛的市场需求，也越来越
受到人们的重视。

铅—玻璃纤维（Pb-GF）复合丝材在电动汽车（EVs）和混合型汽车（HEVs）电源栅板，防辐射织物，隔音降噪材料等领域出现了广泛的市场需求。

技术指标
连续纤维增强金属基复合材料生产新型包覆挤压工艺可以采用两种不同的包覆挤压方案：正向包覆挤压和侧向包覆挤压。

正向包覆挤压：温度300℃，挤压力200kN，包覆速率：22M/min；测向包覆挤压：温度300℃，挤压力420kN，包覆速率：22M/min。

采用包覆挤压的新型工艺生产的Pb-GF复合材料具有抗拉强度高，导电性能好等特点。

该种新型丝材其直径虽然只有0.75-1.0mm，但其强度却高达110MPa，是同等纯铅强度的10倍。

连续挤压技术理论发展概述本学期通过对连续挤压的初步学习，对该项技术页有了初步的认知。

下面对其发展及一些理论技术简单做以概述。

连续挤压技术是塑性加工新方法，被誉为有色金属加工技术的一次革命。

该技术从提出到工业化应用经历了不断完善，提高和应用领域扩展过程。

我国自1984年开始引进国外设备，当时主要用于电冰箱铝管的生产，为了加快消化吸收过程，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。

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、TL250、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。

在该研究方向的一系列研究成果曾两次荣获国家科技进步奖，六次荣获省部级科技进步奖。

截至目前为止，为国内外装备了250余条生产线，产品遍及国内25个省、直辖市以及亚洲、欧洲、澳洲等十几个国家和地区。

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，节省外汇上亿美元。