机械挤压加工工艺的优化研究

塑料挤出成型技术的概况

挤出成型是聚合物加工中出现较早的一门技术,在塑料加工中占有重要的地位。经地100多年的发展，挤出成型制品已占塑料制品总量的1/3以上。在广泛的生产实践中，挤出成型的理论和技术得到不断的深化和拓展；可加工的聚合物种类、制品结构和制品形式越来越多；挤出工艺得到不断的发展；挤出成型的设备得以不断改进和创新，设备越来越大型化、高效率化、精密化、智能化及专用化；计算机技术在挤出成型加工中的应用越来越广泛、深入。

面对日益发展变化的挤出成型加工，笔者拟对挤出成型技术作一个全面的介绍，在回顾挤出成型发展历程的基础上，介绍挤出成型的工艺和技术特点，以及新的成型工艺，并展望了提出成型的发展趋势。

1 挤出成型的发展历程

挤出成型技术作为聚合物加工技术之一，是伴随聚合物加工工业的发展而发展的。挤出成型的发展历程可以分为三个阶段：

（1）萌芽时期 1845年，R.Brooman最早用挤出成型法生产包覆电线。当时的挤出机为住塞式，操作由手动逐步过渡到机械式和液压式，生产过程是间歇式的。

（2）杆式挤出机阶段 19世纪80年代后，开始出现螺杆式挤出机，由德国开始批量制造，并不断地发展和改进螺杆结构。这时期的挤出机螺杆长径比为3-5，难以满足热塑性塑料化的要求，只适合于生产橡胶制品。

（3）现代挤出机时代 1935年德国Paul Tr ster公司制造出第一台热塑性挤出机，从此挤出机发展到了一个阶段即现代挤出机时代。这一段的特征是挤出机采用直接电国热，空气冷却，自动温控的装置和无级变速的传动装置，螺杆的长径比开始超过10。

现代挤出机技术的出现和进一步的发展，使得可加工的聚合物种类、制品结构、制品形式越来越多，挤出工艺不断改进，成型设备不断出新，研究开发新产品、新工艺的手段不断加强。目前用挤出成型法可以生产出各种各样的制品，除传统的PVC管材，包覆电缆，PPS、PP和ABS片材、板材以外，还有PVC型植材、交联聚乙烯管材、铝塑复合管、PP-R管材、双向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜、多层共挤复合膜各种发泡制品等。此外，可以运用挤出加工手段制备改性聚合物材料。此时发展的新技术有共混增强、增韧技术，辐射改性技术，纳米复合技术，以及其它一些新型改性技术。在设备方面，出现了各处结构与功能的挤出机和生产线；如混炼型螺杆、排气式挤出机，双螺杆、多螺杆挤出机，反应式挤出机，组合式挤出机，以及适应高分子材料物理与化学特性而建立的成型装置和具备各种制品所需的专门功能、能够实施成型步骤的挤出生产线辅机等，以追求简便、控制精确、节能高效，清洁生产为目标而不断改进的新型设备。

机械挤压成形过程的应力与应变分析

机械挤压成形（Mechanical Extrusion）作为一种重要的金属成形加工方法，广泛应用于制造行业。在机械挤压成形过程中，金属坯料受到力的作用而发生塑性变形，最终被挤压成所需的形状。应力与应变分析是理解和改进机械挤压成形过程的关键。

首先，我们来了解机械挤压成形过程中的应力分析。在挤压过程中，金属坯料受到挤出机械的外力作用，力通过工具传递给坯料。这个外力导致坯料发生变形，内部产生应力分布。应力分布的大小和变化对最终产品的质量和性能有重要影响。

在机械挤压成形过程中，应力主要包括三个方向的分量：径向应力、周向应力和轴向应力。径向应力指的是与挤出方向垂直的方向，周向应力指的是与挤出方向平行的方向，而轴向应力则指的是沿挤出方向的方向。这三个方向的应力分布会根据挤压过程中的变化而变化，因而在制定挤压工艺时需要合理控制挤压速度和温度等参数，以获得良好的应力分布。

接下来，我们来了解机械挤压成形过程中的应变分析。应变是描述物体变形程度的物理量，而在机械挤压成形过程中，应变主要包括塑性应变和弹性应变。塑性应变是指金属坯料在挤压过程中受到外力作用而产生的不可逆变形，而弹性应变则是指金属坯料在挤压过程中由于外力作用产生的可逆变形。在机械挤压成形过程中，合理控制应变分布，尤其是塑性应变，是确保产品尺寸精度和机械性能的关键。

为了更好地分析机械挤压成形过程中的应力和应变，可以采用数值模拟方法。数值模拟基于有限元分析原理，通过构建数学模型来模拟挤压过程。通过数值模拟，可以预测应力和应变的分布，为工艺参数的优化提供依据。

在实际的机械挤压成形过程中，还需要考虑材料的流动和变形规律。材料流动规律直接影响到挤压成形的成功与否。因此，需要通过实验和数值模拟相结合的方法，研究材料在挤压过程中的流动特性，为制定合理的挤压工艺提供参考。 总之，机械挤压成形过程的应力与应变分析对于改进和优化工艺具有重要意义。通过合理控制应力分布和应变分布，可以获得良好的产品质量和机械性能。同时，结合数值模拟和实验研究，可以进一步了解材料的流动和变形规律，为挤压工艺的优化提供依据。机械挤压成形作为一种重要的金属成形技术，将在制造业的发展中发挥越来越重要的作用。

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机械加工工艺的优化方案

作者：徐伟大

【摘 要】在机械加工的过程中，零部件的加工精度直接影响着机械产品质量的好坏。本文以零件的加工过程为例，介绍机械加工工艺的流程，探讨提高加工精度的优化方案，分析造成加工误差的原因。

【关键词】机械加工工艺；零件加工精度；影响因素；优化方案

0 引言

机械加工工艺就是利用机械加工的方法对毛坯进行更改，使毛坯逐渐与零件生产标准相吻合。机械加工工艺对毛坯的更改包括对毛坯形状的更改、毛坯尺寸的更改等。机械加工工艺作为零部件加工的基础工艺，对零件加工精度有很大的影响，机械加工工艺越到位，零件加工的精度就越高，加工出来的零件与零件生产标准吻合度越高。

在机械加工过程中，由于多种原因，对零部件的加工精度造成了较大的影响，给机械加工的零件生产带来了很大的损失。所以在利用机械加工工艺生产零件时，要对机械加工工艺对零件加工精度造成影响的外在因素和内在因素有准确深刻的认识，从而使机械加工工艺更加完善、更加到位，加工出来的零件精度更高。本文以零件的加工过程为例，介绍机械加工工艺的流程，探讨提高加工精度的优化方案，分析造成加工误差的原因[1]。

1 机械加工工艺的流程

机械加工工艺流程是指工件或零件制造加工的步骤，是利用机械加工的方法对毛坯进行更改，使毛坯逐渐与零件生产标准相吻合的过程。机械加工工艺对毛坯的更改包括对毛坯形状的更改、毛坯尺寸的更改等。一般情况下，比较笼统的机械加工工艺流程主要是从粗加工到精加工，由精加工再到装配，装配结束进行检验，最后对检验合格的零件或工件进行包装[2]。

机械加工工艺流程是使毛坯变成合格产品的过程，这个过程由零件加工流程和零件加工步骤构成，具体的机械加工流程和机械加工步骤中都有相应具体的标准和要求，这些步骤和流程中的具体的机械加工标准和机械加工要求就是机械加工工艺。

例如在对毛坯加工时，对毛坯需要到的粗糙度、工序等的详细说明和数据规范，就是毛坯粗加工工艺。机械加工工艺规程就是零件加工企在选取工艺过程中所生成的工艺文件。零件加工企业在选取工艺过程的时候，并不是盲目选取的，而是根据企业的实际生产情况来确定的，企业的实际生产情况包括企业的机械加工员工素质、零件加工的设备条件等。

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

燕山大学本科生毕业设计（论文）文献综述

- 1 - 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。