连续挤压技术理论发展概述

中国有色金属加工工业协会铝加工高新技术文集·２６９·金属挤压技术的现状与发展趋势刘静安（西南铝业（集团）有限责任公司．重庆４０１３２６）、～● 摘要：在大量收集、整理、分析国内外文献资料的基础上，结合我国的具体情况，全面系统地论述了金属挤压技术的现状；近年来研究开发所取得的重要成果；重大的挤压技术创新与科技进步。

在此基础上，提出了发展金属挤压技术时应考虑的重点方向与目标，以及近期应着重研究的最新课题。

关键词：金属挤压成形；，技术创新；现状；发展趋势１金属挤压成形技术发展现状经过近百年的发展，已研制开发出各种不同特点和用途的挤压方法和挤压工艺，这些挤压方法在技术上的优缺点列于表１中。

近些年来国内外挤压技术的发展都很快。

１．１挤压设备迅速发展具体地说，挤压机台数急剧增加，挤压力不断扩大，结构型式不断更新，自动化程度不断提高，油压挤压机得到广泛应用。

挤压设备是反映技术水平的重要指标，粗略统计，各国已装备的不同类型、结构、用途、挤压力的挤压机达５５００台以上（其中美国５５０台，日本４００多台，德国２００多台，原苏联４００多台，中国２０００多台），大部分为８－２５ＭＮ之间的中小型挤压机。

随着大型运输机、轰炸机、导弹、舰艇等军事工业和地铁、高速列车、轻轨车以及大型豪华汽车等现代化交通运输工业的发展，需要大量的整体壁板等结构部件，故挤压机向着大型化的方向发展。

目前，已正式投产使用的１００ＭＮ以上的大型挤压机１２台以上，它们分布在美国、原苏联、中国、日本和德国。

挤压力最大的是美国雷诺公司的２７０ＭＮ挤压机，其次是原苏联古比雪夫铝加工厂的２００ＭＮ挤压机，日本在２０世纪６０年代末期建造了一台９６ＭＮ自给油压机。

据报道几个工业发达国家都在研制挤压力更大、型式更为新颖的挤压机，如３５０ＭＮ卧式挤压机，以及４５０－６００ＭＮ的挤压大直径管材的立式模锻一挤压联合水压机等。

在挤压机本体方面，近年来国外发展了钢板组合框架和预应力“Ｔ’，型头板柱结构机架和预应力混凝土机架，大量采用扁挤压筒、活动模架和内置式独立穿孑Ｌ系统。

《挤出设备基础知识概述》一、引言挤出设备在现代工业生产中占据着重要的地位，广泛应用于塑料、橡胶、食品、制药等众多领域。

它通过将原材料加热、熔融，并在一定的压力下挤出成型，实现了高效、连续的生产过程。

本文将对挤出设备的基础知识进行全面的阐述，包括基本概念、核心理论、发展历程、重要实践以及未来趋势，为读者提供一个系统而深入的了解。

二、挤出设备的基本概念（一）定义挤出设备是一种将物料加热、熔融，并通过螺杆的旋转和推进作用，在一定的压力下将物料挤出成型的机械设备。

它主要由挤出机、机头、定型装置、牵引装置和切割装置等组成。

（二）工作原理挤出设备的工作原理基于物料的物理性质和螺杆的机械作用。

首先，将原材料加入挤出机的料斗中，通过螺杆的旋转将物料向前推进。

在推进过程中，物料受到螺杆的剪切、挤压和加热作用，逐渐熔融并形成均匀的熔体。

然后，熔体通过机头挤出，进入定型装置进行冷却和固化，形成所需的形状。

最后，通过牵引装置将成型的产品拉出，并由切割装置进行切割，得到最终的产品。

（三）分类1. 按挤出材料分类可分为塑料挤出设备、橡胶挤出设备、食品挤出设备等。

不同材料的挤出设备在结构和工艺上有所差异，以满足不同材料的加工要求。

2. 按螺杆结构分类可分为单螺杆挤出机、双螺杆挤出机和多螺杆挤出机。

单螺杆挤出机结构简单，成本低，适用于一些常规的挤出加工；双螺杆挤出机具有更好的混合和塑化效果，适用于对产品质量要求较高的场合；多螺杆挤出机则在一些特殊的加工领域有应用。

3. 按挤出方式分类可分为连续挤出设备和间歇挤出设备。

连续挤出设备能够实现连续生产，生产效率高；间歇挤出设备则适用于一些小批量、多品种的生产。

三、挤出设备的核心理论（一）流变学理论挤出过程中，物料的流动和变形行为符合流变学规律。

流变学主要研究材料的应力、应变和时间之间的关系。

在挤出设备中，物料的流变性能对挤出过程的稳定性、产品质量和生产效率有着重要的影响。

通过对物料流变性能的研究，可以优化挤出工艺参数，提高挤出设备的性能。

一、材料是人类用以制造用于生活和生产的物品、器件、构件、机器以及其他产品的物质，也可简单定义为：材料是可以制造有用器件的物质。

新材料是指那些新出现或正在发展之中的，具有优异性能或特定功能的材料。

材料的分类：（1）按化学结构或组成分类：金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料；（2）按用途分类：即结构材料、功能材料、结构功能一体化材料。

二、材料技术：是关于材料的制备、成形与加工、表征与评价，以及材料的使用和保护的知识、经验和诀窍。

从学科的观点来考虑，也可以将材料技术定义为：将材料科学和其他相关学科（如计算机、机械、自动控制）的知识应用于材料（制备）生产和使用的实际，以获得所需的材料产品、提高材料的使用效能的技艺。

2.2材料技术分类：（1）制备技术，如高分子材料合成技术、粉体制备、人工晶体、材料复合技术等；（2）成形与加工技术，如凝固成形、塑性加工、注射成形、连接技术等；（3）改质改性技术，如各种热处理技术、材料三束改性技术等；（4）防护技术，如涂层处理、钢板镀锌等；（5）评价表征技术，如力学性能试验、成形性试验、无损探伤、显微结构分析等；（6）模拟仿真技术，如组织性能预报、过程仿真技术等；（7）检测与监控技术，如在线检测技术、实时监控技术等。

三、材料加工技术3.1分类：（1）按照传统的三级学科进行分类，材料加工技术（方法）包括机加工（车钻刨铣磨等）、凝固加工（铸造）、粉末冶金、塑性加工（压力加工）、焊接（连接）、热处理等。

（2）按照被加工材料在加工时所处的相态不同进行分类，材料加工技术包括气态加工、液态加工（凝固成形）、半固态加工、固态加工。

3.2总体发展趋势，可以概括为三个综合，即过程综合、技术综合、学科综合。

3.3两个主要特征：（1）性能设计与工艺设计的一体化；（2）在材料设计、制备、成形与加工处理的全过程中对材料的组织性能和形状尺寸进行精确控制。

3.4主要发展方向：（1）常规材料加工工艺的短流程化和高效化；（2）发展先进的成形加工技术实现组织与性能的精确控制；（3）材料设计、制备与成形加工一体化；（4）开发新型制备与成形加工技术，发展新材料和新制品；（5）发展计算机数值模拟和过程仿真技术，构建完善的材料数据库；（6）材料的智能制备与成形加工技术。

第3"卷第5期有色金属材料与工程NONFERROUS METAL MATERIALS AND ENGINEERING Vol.38 No.5 2017文章编号：2096-2983 (2017) 0*-0292-0*D01：10.13258/ki.nm m e.2017.05.008连续挤压产品气泡原因分析及措施刘辉，黄路稠(佛山市华鸿铜管有限公司，广东佛山528234)摘要：针对Conform连续挤压机挤制导电铜排表面产生的“气泡”问题，运用质量管理工具“鱼刺 图”，对连续挤压全过程的人、机、料、法和环五大关键要素进行排查、分析和梳理，提出了切实可行 的改进措施.试验证明，其改进措施能有效抑制和减少导电铜排表面气泡缺陷的产生.关键词：连续挤压机％气泡％原因分析％预防措施中图分类号：TM911.4 文献标志码：ACauses Analysis and Precautions o f the Bubbles of the Extruding Product Caused by Continuous ExtrusionLIUHui，HUANG Luchou(Foshan Huahong Copper tube Co. Ltd. Guangdong 528234, China)A b stra c t：This article concerns the problems of the bubbles on the surface of the copper bar extruded by the Conform continuous e xtrusion machine. By using the “fishbone disgram”，this article analyses and combs the five key elements man,machine,material,method,circle,of the whole process of the continuous extrusion,and put forward feasible improvement measure. Practices illustrate that these precautions are able to control the e mergence of the bubbles on the surface of the copper bar aused by continuous extrusion.K eyw ords：continuous extrusion machine ；bubbles ；causes analysis ；precautions连续挤压是一种新型高效的压力加工技术，其 原理是将传统压力加工中做无用功的摩擦力转化为 变形的驱动力，和金属塑性变形热一并成为坯料升 温的发热源，是一种高效的加工技术，是有色金属加 工技术的一次革命[1].连续挤压技术具有短流程、低 成本、品质优、高效节能以及可实现连续自动化等特 点，在铜加工诸多领域得到了快速发展和广泛应用.导电排和铜母线作为输变电的导电材料，是应 用于电力领域的重点产品之一.随着国民经济的发展以及人民生活水平的提高，我国电力、电网的改造 和建设速度不断加快，市场对导电排、铜母线的需求 量越来越大，质量要求也日益提高.根据市场需要，公司引进具有国际先进水平的连续挤压技术(Conform)，生产各类铜排（铜母线）、异形材.据公 司内部质量数据，2015年度气泡报废量统计的不合 格品检验数据，连续挤压机产生气泡缺陷的报废量 占不合格品报废量的20. 58%.连续挤压制品表面 的“气泡”缺陷问题，严重影响了生产成本、效率与生收稿日期：2017-05 - 26作者简介：刘辉(1963—）,男，高级工程师.研究方向：铜加工设备技术、生产技术研究.E-mail: 25746367@通信作者：黄路稠(1980—）,男，工程师.研究方向：铜及铜合金加工生产、质量技术研究.E-mail: huangluchou@第5期刘辉，等:连续挤压产品气泡原因分析及措施293产周期.鉴于客户对产品质量的高要求，减少或避免连续挤压产品气泡的产生，迫在眉睫.1产生原因及分析连续挤压铜排产品中的气泡缺陷按照气泡出现 的时间分两种% —^种是连续挤压出的产品中出现的 气泡，称为挤压气泡，挤压气泡缺陷如图1!)所示; 第二种是连续挤压出的产品气泡没有暴露出来，产品经轧制或拉拨后若对其直接退火，则会在产品表面出现大量气泡，称为退火气泡2，如图1(b )所示. 气泡缺陷的危害主要表现在以下几个方面％1)表 面存在气泡缺陷的铜排在后序进行轧制或拉拔时气 泡破裂，气泡暴露后，在气泡破裂处产品的表面留下 划痕，最终影响产品的表面质量；！）铜排内部的气 泡会影响产品的折弯，折弯时会出现裂纹，存在质量 隐患'3)铜排内部的气泡影响客户的最终使用，无 法满足工业的使用要求.(a )挤压气泡缺陷 （b )退火气泡缺陷图1挤压气泡缺陷和退火气泡缺陷Fig. 1 Extrubed bubble and annealing bubble defects1.1应用“鱼刺图”法分析排查“气泡”产生的主要原因通过对生产全过程:人、机、法、料和环五大要素进行排查和分析，分析结果见图2.1!要因确认计划通过分析，找到连续挤压气泡产生的根本原因， 要因确认计划见表1.1. 3确认、验证分析1.3.1铜杆含气量高根据上引连铸原理，在一定的牵引力作用下，铜液上引结晶凝固，金属液在自上而下的凝固过程中， 结晶前沿气体的过饱和度很高，当气体达到一定的 过饱和度时，能完全依靠自发形核，长大成气孔，很 容易在铸杆中形成气孔.由于铸造生产的特殊性，熔图2气泡产生原因分析Fig. 2 Analysis of the causesof bubbles294有色金属材料与工程2017年第38卷体流动过程中极容易吸气，所以在铜熔体中总会有 部分H2存在.内部残留微小气泡的铜排，在经过轧 制或拉拔后，这些气泡渐渐接近铜排的表层，如果再 对其进行高温退火，这些气孔就会在热膨胀力的作 用下，胀破铜排表皮，形成气泡缺陷[3].为减少气泡缺陷的产生，可对上引炉采取如下 控制措施：（1)木炭必须干燥无杂物，不能露铜' (2)必须合理控制熔炼温度，温度越高，铜液中的 H2和〇2含量增加越多，尽可能采用低温熔炼为佳，投料时应遵循均匀、统一、少加和勤加的原则，防止 铜水温度过高或过低影响铜杆产品质量；（3)每班 定时对炉口挂渣进行清理;！）铸造、制品和器具等 要干燥.确认方法及验证:随机抽样7支铜杆进行％含 量检测，％含量1级的有5支，占71. 43% ;%含量 2级的有1支占14.29%;%含量3级的有1支占14.29%.并对不同％含量级别的铜杆用管式电炉进 行820 H d20min的高温退火，％含量3级的铜杆有 清晰可见的鼓泡.故铜杆含气量高，导致挤制产品产 生气泡，是主要原因之一.1.3.2铜杆表面有污染或氧化铜杆在挤压工序生产前一般都要运输或存放，在此过程中，由于种种原因会导致铜杆表面氧化或 者落有灰尘等，进入连续挤压工序后，产品中会出现 气泡缺陷5确认方法及验证:不同时段对上引铜杆进行全 面的跟踪试验，试验跟踪有氧化的铜杆共有23个批 次，产品表面产生气泡的有14个批次，氧化原因导 致有气泡的占60. 87%.铜杆表面正常没有氧化的 共有28个批次，产品表面有气泡的有2个批次，铜 杆表面无氧化导致有气泡的占7.14%.故铜杆表面 被污染或氧化，是主要原因之一.表1 要因确认计划表Tab. 1 Due confirmation schedule序号末端原因确认内容确认方法标准1铜杆含气量高管式电炉高温试验有无气泡高温退火后铜杆表面无气泡铜杆表面无气泡2铜杆表面有污染或氧化铜杆表面是否光洁有氧化改善现场工作环境及做好防护措施铜杆表面光洁无氧化3铜杆拖地黏附有灰尘油污铜杆禁止接触地面调整放线距离铜杆表面清洁无污物4连续挤压机输送装置损伤铜杆表面输送装置有损伤铜杆表面的部位用拉伸模焊接铜杆表面是否有损伤铜杆表面光洁、无损伤5挤压轮冷却水泄漏影响铜杆挤压轮是否有漏水现象挤压轮有无漏水现象挤压轮密封良好，无漏水现象6挤压轮凹槽包铜区缺块、起皱，刮刀刮不干净、有废料带入挤压轮更换新的挤压轮或重新包铜，重新调整刮刀位置或更换刮刀凹槽包铜区光洁，无波浪形、起皱现象，刮料干净无废料带入挤压轮凹槽包铜区清洁、光亮，无波浪形、起皱现象，无废料带入挤压轮7操作人员操作技能、质量培训不够，员工责任心不强，质量意识淡薄操作人员是否接受过相关培训查阅培训档案，是否有记录合格率100%! 3.3铜杆拖地黏附有灰尘油污放线装置与输送装置有一定的距离，均采用人 工穿插方式，故放线距离越远，人工穿插越轻松.放 线装置没有缓冲级别，在接铜杆或在挤压过程中与 挤压速度不匹配时，铜杆会拖地黏附地面的灰尘和 油污，该铜杆进入连续挤压工序后，挤出的产品中会 出现气泡缺陷.确认方法及验证:将黏附有灰尘和油污的铜杆 进行挤压，坯料表面有无气泡缺陷.经过验证，铜杆 表面黏附有灰尘或油污$挤压产品表面会产生气泡$ 是主要原因之一.! 3.4连续挤压机输送装置损伤铜杆表面输送装置与铜杆接触处没有圆滑过渡，造成铜杆二次划伤，铜杆表面粗糙不平，伴有毛刺，这样的 铜杆进入连续挤压工序后，在挤出的产品中会出现 气泡缺陷5确认方法及验证:通过输送装置，在过程中蓄意 对铜杆进行二次损伤，观察挤压出来的坯料有无气 泡缺陷.经过验证，连续挤压机输送装置边角不圆滑 如对铜杆造成二次损伤，挤制产品的坯料表面会产 生气泡，是主要原因之一.! 3.5挤压轮冷却水泄漏影响铜杆挤压轮冷却水系统发生泄漏，沾到铜杆上或溢 到挤压轮凹槽里，使挤出的产品中出现气泡缺陷M.确认方法及验证:不同时段对挤压轮漏水问题 进行全面的跟踪试验，试验跟踪产生气泡的坯料共第5期刘辉，等:连续挤压产品气泡原因分析及措施295有16个批次，冷却水溢到挤压轮凹槽里导致产品表 面有气泡的有9个批次，挤压轮漏水导致有气泡的 占56. 25%.故挤压轮冷却水泄漏影响铜杆，导致坯 料表面产生气泡，是主要原因之一.!3. 6挤压轮凹槽包铜区缺块、起皱，刮刀刮不干 净，有废料带入挤压轮挤压时由于工作间隙不当，凹槽包铜区掉块、起 皱或变形，连续挤压时将气体带入，挤出的产品中出 现气泡缺陷.确认方法及验证:不同时段对挤压轮凹槽包铜 区缺块、起皱，刮刀刮不干净以及有废料带入挤压轮 的问题进行全面的跟踪试验.有以上缺陷带入挤压 轮的共有17个批次，产品表面有气泡的有5个批 次，此缺陷导致有气泡的占29. 41%.故挤压轮凹槽 包铜区缺块、起皱、刮刀刮不干净以及有废料带入挤 压轮，导致坯料表面产生气泡，是主要原因之一.!3.7操作人员操作技能、质量培训不够，责任心 不强，质量意识淡薄由于操作人员操作不当或责任心不强，发现问 题不停机处理解决，抱侥幸、马虎心态导致产品批量 不合格.确认方法及验证:查阅员工培训档案，在生产现 场进行测试，均能实践操作.在生产现场，查阅生产记录，记录填写不够完整，没有做好首检、中检和尾 检的自检工作.在工艺纪律检查过程中，巡检发现坯 料有气泡是因为操作工自检力度不够，如能及时发 现坯料有气泡能及时停机处理，就能避免产品批量 性不合格.故操作人员操作技能、质量培训不够，责 任心不强，质量意识淡薄，是主要原因之一.! 4原因梳理通过以上逐条确认，梳理出连续挤压产品产生 气泡的主要原因是：(1) 铜杆含气量高'(2) 铜杆表面有污染或氧化'(3) 铜杆拖地黏附有灰尘油污'!)连续挤压机输送装置损伤铜杆表面'!)挤压轮冷却水泄漏影响铜杆'!)挤压轮凹槽包铜区缺块、起皱，刮刀刮不干 净，有废料带入挤压轮'!)操作人员操作技能、质量培训不够，员工责 任心不强，质量意识淡薄.2制订措施及实施2.1制定改善措施根据气泡产生原因，制订具体措施，见表2.表2防止气泡产生的措施表Tab. 2 Measures 8 prevent bubbles from being produced 序号 主要原因措施1铜杆含气量高一是木炭必须干燥无杂物，不能露铜；二是合理控制熔炼温度，温度越高，铜液中的H2和〇2含量增加越多，尽可能采用低温熔炼 为佳；三是每班定时对炉口挂渣进行清理；四是铸造、制品和器具等要干燥；五是投料时应遵循均匀、统一、少加、勤加的加料原则，防止铜水温度过高或过低影响铜杆质量.2 铜杆表面有污染或氧化 铜杆在运输或存放过程中，需要用防尘布遮盖；为防止空气潮湿造成的表面氧化，存放铜杆处要2 铜杆表面有污染或氧化 避免用湿拖布拖地，雨季要在铜杆线盘外覆盖防雨布，不要用有汗水的手直接触摸铜杆.3 铜杆拖地黏附有灰尘油污 放线装置与输送装置间加焊支撑架，或调整放线架距离，防止铜杆接触地面影响产品质量.4 连续挤压机输送装置损伤铜杆表面对输送装置没有圆滑过渡的边角处用拉伸模焊接，使铜杆从拉伸模穿过而不会对铜杆产生划伤.5 挤压轮冷却水泄漏影响铜杆 对于因挤压轮冷却水泄漏影响铜杆，要及时更换挤压轮密封圈，确保挤压轮不漏水.6挤压轮凹槽包铜区缺块、起皱，刮刀刮不干净，有废料带入挤压轮操作人员要加强检查力度，发现挤压轮凹槽包铜区缺块、起皱，刮刀刮不干净、有废料带入挤压轮的状况要及时停机处理解决，重新调整刮刀位置或更换刮刀，更换新的挤压轮或重新包铜，确保产品无不良缺陷.操作人员质量培训不够，责任心不强，质量意识淡薄对操作人员进行班前理论知识培训及实践操作演练方可上岗.296有色金属材料与工程2017年第38卷2.2措施实施为了减少连续挤压坯料产生的气泡，通过对气 泡产生的原因进行分析，成立了连续挤压气泡攻关 项目小组，由具体负责人每天对各生产工序进行指 导与监督，按制定的具体解决措施进行管控与预防，从而减少气泡缺陷带来的质量问题.3结论通过一系列预防及整改措施，消除了连续挤压 生产全过程中产生气泡的不利因素，大大减少了气 泡缺陷的产生，降低了生产成本，提高了生产效率. 根据公司内部质量数据统计，连续挤压机工序2016 年度气泡缺陷报废量比较2015年度气泡报废量减 少到8. 64%.生产实践说明：连续挤压挤制产品气 泡产生原因分析到位、生产过程的管控与预防措施到位，连续挤压机挤压产品的气泡得到有效的控制，并达到了预期效果，稳定、提高了产品综合质量，降 低了制造成本.参考文献：. 1 /徐恒雷.连续挤压应用过程中常见缺陷浅析与措施[J].有色金属加工,2010,8(4) :1 - 36.[2 ]张红云，谢博,张金标.铜扁线连续挤压气泡缺陷的研究[].长春工程学院学报（自然科学版),2010,11(2) :69 -725[3 ]袁鸽成，汪沛雨,黎祚坚.上引铸造无氧铜杆的气孔特征及其形成机理[J].特种铸造及有色合金,1997(5): 13 :15.[4]陈忠士,邹泽昌，王振良.连续挤压铜产品气泡产生的原因及预防措施[J].机电技术,2014(6)90-91.。

连续挤压技术在铜加工中的应用探讨摘要：与传统的挤压生产工艺相比，连续挤压技术取消了加热工序，不仅缩短了工艺流程、而且大幅度缩短了生产周期、降低了产品的单位能源消耗。

连续挤压技术将压力加工中无用的摩擦力转变为变形的驱动力和加热源，节能效果显著，符合低碳经济的要求。

连续挤压技术由于高效、节能、绿色环保、低耗的工艺技术特点，使其迅速的在铜加工行业中推广，尤其是在电工用紫铜材加工领域，连续挤压技术和装备都得到了良好的推广和应用。

关键词：连续挤压技术在铜加工中的应用前言：连续挤压技术的不断创新，造就了两个具有国际竞争优势的制造产业：铜材连续挤压技术应用产业和连续挤压设备制造产业，为我国有色金属加工行业的发展作出了贡献。

一、连续挤压技术的工作原理连续挤压技术是由英国斯普林菲尔德实验室提出的塑性加工新技术，被誉为有色金属加工行业的一次技术革命。

我国连续挤压技术的发展始于上世纪八十年代中后期，通过引进、吸收、消化得以不断提升。

历经30 多年的发展，我国已成为连续挤压技术的设备生产大国和工艺技术应用大国，工艺设备的应用涵盖了铜铝加工等多个行业、领域。

从初创时的仿制、改进，到现在的拥有自主知识产权的再创新，我国已形成了完全具有自主知识产权的连续挤压关键技术体系，并已具备国际先进水平。

模腔位于挤压轮侧面，坯料在旋转挤压轮的带动下进入挤压腔内，在轮槽摩擦力的作用下，坯料温度升高压力加大，达到一定值后便从模孔中挤出，形成产品。

产品的尺寸与形状取决于模具，只需简单地更换模具即可生产出不同规格的产品。

近年来连续挤压技术在理论研究、技术创新与设备研发等方面也取得了较多的进展，主要包括：连续挤压金属变形力学理论研究、连续挤压金属塑性变形过程的计算机数值模拟、连续挤压设备三维制图技术与优化设计等。

在装备方面的主要技术创新包括：渐变冷却长寿命挤压轮、大扩展比组合式腔体、全自动液压换向增压器、长寿命高温合金连续挤压模具、连续挤压生产线计算机智能控制系统、杆坯料表面清理设备、端驱动前铰式锁靴系统等。