金属挤压技术的现状与发展趋势

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。

在传统形式方面发展了自给油传动系统，甚至７２－９６ＭＮ大型挤压机上也采用了油·２７０·铝加工高新技术文集中国有色金属加工工业协会表１各种挤压方法在技术上的比较硼—磊赢■—丐磊ｉ－百—１≮寸—１Ｆ。

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垫堑．：二７玲挤一，制品尺寸制品外接圆可接近制品外接圆同制品外接圆是形状比较单纯。

纯铝制品外接圆比正挤形状挤压筒直径。

可以挤左，不能挤压多正挤的７０％，多挤压比为１００－３００。

要小。

形状比热挤压压多孔复杂、空制孔制品，可接压孔挤压。

调整空３２０３合金挤压比为单纯，有可能扭转品。

挤压比大小任复合材，形状不心制品的同心５０～１００，６３５１合金选。

能太复杂度困难。

形状不挤压比为２５—５０太复杂的制品。

挤压比＞３叽４０中国有色金属加工工业协会铝加工高新技术文集．２７１．葱内部缺貉扶坯辩断颟看，表面用壹角模舆会生没有没肖一没麓．‘缺陷容易向内部延成制品皮下缺仲，高速挤艇会使晶陷，而用嘲镶形裁交耀摸其馕嚣嶷鳄部残挤压以外工序短，如果加套衙要润滑和挤压坯料装入、取出少正序多，但袭用厚膜瓣王彦溜，爨癸臻探霹套器豫去澳瓣羯懿蘩蕊残余垂孽王旁溪溪法就藏痧７Ｚ枣，，圈的工序。

容易矫Ｚ序要比溅挤多，带正扭曲套圈时还多一道，鲰套麟王牟著普泵直接传动装置。

现代挤压机及其辅助系统都采用了ＰＬＣ（程序逻辑控制）系统，记忆磁带和模拟典型盼素片控制系统或穿孔卡片控制系统，ＣＡＤＥＸ阈环系统等，
即实现了速度自动控制，实现了等温一等速挤压、工模具自动快速装卸乃至全机自动控制。

挤压机的机前设备（如长坯料内控加热炉、坯料热切装置和坯锭运送装置等），以及视后设备（如牵引装置、在线淬火装置、前梁锯、活动工作台、冷床襁横向运输装置、位伸矫直机、成品锯、人工时效炉等）已经实现了自动化和连续化生产。

加之电脑、微机广泛应用于挤压程序化、离质量、高效率的特征，从工艺装备各方面反映了现代挤压加工技术的新水平。

·２７２－铝加工高新技术文集中国有色金属加工工业协会１．２挤压工模具面貌一新．，，，．总的说，从设计计算、结构选择、装卸方法、制模技术、新材料研制到提高模具寿命等方面都有很大发展。

人们为了促进挤压技术的发展，提高模具寿命，各国对模具结构进行了广泛的研究，研制成功了多种新型结构的挤压模具，如舌型模、平面分流组合模、叉架模、前室模、导流模、可卸模、宽展模、水冷模等，同时出现了多种形式的活动模架和工具自动装卸机构，大大简化了工模具装卸操作，节约了辅助时间。

高合金化的铬镍模具钢，如２７７９（德），Ｈ１１、Ｈ１３（美），ＳＫＤ６１（日本），４ＸＭＢ＠（俄）等的出现与新型热处理的方法，如预处理真空淬火处理、离子氮化处理、表面硬化处理等的应用，使模具材料的质量向前推进了一大步。

电火花加工和电火花线切割加工技术用于制模，不仅提高了模孔的精度、工作带表面光洁度和硬度，而且大大提高了制模生产效率，为实现制模自动化创造了条件。

由于电子计算机用于挤压模具的设计和制造，为实现模具的设计与制造自动化，为提高模具的质量和寿命开辟了一条崭新的道路。

１．３挤压工艺不断改进和完善近年来，除了改进和完善正反向挤压方法及其工艺以外，出现了许多强化挤压过程的新工艺和新方法，对冷挤压、润滑挤压、等温挤压、水冷模挤压、连续挤压、快速挤压、包套挤压、静液挤压等新的挤压技术进行了广泛的研究，并获得了实际的应用。

２０世纪６０年代发展起来的静液挤压技术和７０年代发展起来的有效摩擦挤压法。

由于具有很多的优点，获得了突破性的发展。

此外，像舌型模挤压、平面组合模挤压、变断面挤压、扁筒挤压、螺旋挤压、宽展挤压、辊挤、温挤、盘管挤压、淬火挤压、粉末挤压、反挤压和高效反挤压等新的挤压工艺也广泛用于金属加工。

这些先进的挤压方法和新的挤压工艺对于扩大金属材料的品种，提高挤压速度和总的生产效率，提高产品质量，发掘轻合金的潜力，减少挤压力，节能节资、降低成本等方面都有积极的意义。

１．４挤压产品的结构发生了根本变化２０世纪６０年代以来，轻合金挤压材的增长速度平均每年高达９．５％，不仅超过了轻合金的其他加工材料（如为轧制材的２倍），而且大大超过了钢铁材料的增长速度。

据不完全统计，目前轻合金挤压材的年产量已超过８００万ｔ。

由于铝挤压材的一半以上用于建筑等民用工业，而军用挤压材已下降到５％以下，结果使软合金比重大大增加，硬合金比重大大减少。

以２０世纪７０年代为例，美国铝挤压材中软硬合金之比为１２：１，日本为２４：１。

铝合金型材发展最快，其产量大约占整个挤压材的７０％左右，目前型材品种已达５００００多种，其中包括逐渐变断面型材、阶段变断面型材、大型整体带筋壁板和异形空心型材等各种具有复杂外形的型材。

挤压型材的最大宽中国有色金属加工工业协会铝加工高新技术文集·２７３·度可达２５００ｍｍ，最大断面积可达ｌ５００ｅｍ２．最大长度可达２５－３０１１１，最重可达２ｔ左右。

超高精度的型材的最薄壁厚已达Ｏ．３ｎｌｍ，最小公差可达±ｏ．０１２７ｍｉｌｌｏ薄壁宽型材的宽厚比可达１５０－３００以上，带孔空心型材的
孔数可达数十个之多。

．管材的品种也有了很大发展，除各种不同规格的圆管以外，还生产出各种轻合金异形管、变断面管、螺旋管、翅片管等。

挤压圆管的规格范围为多２０ｍｍｘｌ．５咖一咖６２５ｍｍｘｌ５ｍｍ，最薄壁厚可达０．３８ｍｍｏ冷挤压管的精度更高，一般不需机械加工，内外表面不需进行任何处理即可装机使用。

例如，带１１条筋的反应堆套管，壁厚公差仅为±Ｏ．０７ｍｍ。

管材的最大长度已达千米以上。

圆棒的规格范围为西３～多６２０ｍｍ，而且可以生产各种规格的异形棒材。

由于轻合金挤压材的产量、品种和规格不断扩大，其应用范围也越来越广泛了，在国民经济和人民生活中的地位与日俱增。

而且ｊ随着科学技术的进展，国民经济的发展和人民生活水平的提高，轻合金加工材由主要为军工服务转为亦军亦民的方向，除航空航天工业外，建筑、交通运输、电力电器、容器包装、化工、石油、原子能、农机、食品和日常用品等部门对铝材的需用量越来越大。

，与此相应，镁合金和钛合金、铜合金和钢的挤压加工材也将有较大的发展。

金属挤压技术将为人类事业的进步做出更大的贡献。

２金属挤压技术的发展前景和趋势２．１金属挤压技术的发展前景挤压加工的长处非常适合今后社会的发展要求，就是说今后对复合材料或者难加工材料的加工会越来越多，还要求能够经济地进行多品种小批量的生产；能用废料作坯料以节省资源和节能；能用铸锭直接进行加工，这对节能以及节省占地面积是有利的；只要对液压泵进行屏蔽，就可以防止液压挤压机的噪音和振动等公害。

为有效地利用挤压加工的优点，需要进一步研究切割型材并进一步制造机械、器具和配件。

即使不是直接制成成品，只要在切割后稍微进行切削加工，或者用作冷、温、热锻的毛坯，也可以减少不少工序。

这对于在生产零件过程中尽可能保持连续性来说，在材料处理上是有利的。

所以必须优先开发的技术是能够经济地和精密地切割型材的方法。

开发耐热和耐磨的工具和润滑剂及后处理的润滑剂，可以大大地提高挤压技术的经济性。

提高工具强度可以降低挤压温度，这样既可以避免过热裂纹和晶粒粗大的危险，又可提高挤压速度。

：一挤压是有希望进入过去受轧制支配的大规模生产领域的加工方法之一。

挤压机的大型化，增加工具强度，改进反挤压装置等对于增大用一道工序能够挤出的坯锭的体积是有用的。

另外，挤压的连续化，将会消除挤压加工的最大缺点。

所以说，必须充分领会并且熟练地运用塑性变形的基本法则和各种机械技术，以促进挤压技术的铝加工高新技术文集中国有色金属加工工业协会发展。

在改进这些机器设备（硬件）的同时，对于能有效地操纵这种机器的软件的改进，也是不可缺少的，如果从力学分析的方面来考虑，在确定材料的外形方面，挤压加工不像锻造和旋压那样需要加工的自由表面过多，所以有其容易处理的一面。

可是，另一方面，挤压是在密闭的工具内进行的加工，摩擦及工具内部的温度分布等难以预测的因素，将会对材料内部的力学状况发生重大的影响。

为了进一步发展对挤压有用的软件，需要努力使力学与金属学结合起来成为一体。

由于在挤压加工过程中材质发生剧烈变化，为了实现高温度，大变形、大的应变速度，不将这两者结合起来是不能得到有用的程序软件的。

２．２金属挤压技术的发展趋势及研究方向ｊ（１）发展挤压技术时应考虑的重点问题与目标｜－，虽然金属挤压加工进展的很多地方有待于基础理论研究的进展，但最重要的是把基础理论与实践应用相结合，以达到增产、降耗、节能、提高生产率、降低成本、扩大品种、改善质量的共同目标。

在发展金属挤压技术时需要重点考虑的项目主要有：①减少功量，节能降耗；②减少外部摩擦，提高变形
效率；⑧提高精度；④提高质量；一⑤提高成品率，有效利用废料和综合利用技术，提高回收率；⑥防止产生缺陷；’ ⑦节约工具和模具费用，提高工模具质量和使用寿命；⑧减少工序，减少加热和中间退火次数，提高加工率和加工极限，一次成形，连续成形和近净加工成形；＋⑨增加单位时间的产量及节省劳动力，实现高速化、自动化、连续化、串联化、旋转化；⑩防止公害，改善环境，，降低劳动强度；⑩减少设备费、节省建设费；＠降低造价，降低成本；◎根据需要发展新用途、新功能、特种性能的材料，根据形状提高性能或者增加适用性、复合性质，开发新产品和多功能产品。

（２）减少功耗。

采用反向挤压、润滑挤压等方法，减少摩擦力，也可大大减少变形功。

（３）减少外部摩擦提高变形效率中国有色金属加工工业协会铝加工高新技术文集外部摩擦功将转变成摩擦热，使材料与工具产生烧结和使材料变质，还使附加剪切变形增大。

在金属挤压时，大的外部摩擦（挤压筒与坯料之间，变形金属与模具之间）不仅会使变形功增大３０％以上，而且还会恶化表面质量，引起裂纹、缩尾、粗晶环等缺陷。

当摩擦热使金属温度增高时，不得不减缓变形速度，大大降低了生产效率。

为了减少外部摩擦，正在研究和开发的主要技术有：包套挤压；润滑挤压及新型润滑剂反向挤压；有效摩擦挤压；Ｃｏｎｆｏｒｍ连续挤压；辊挤；静液挤压；最佳模角与表面优化技术等ｏ（４）提高产品精度在提高产品的尺寸精度和形位公差方面展开了一系列的科研与技术开发，：主要的成就及今后的课题有ｊ‘ ①模具结构优化设计与强度校核计算研究，模具新材料及其热处理与表面处理技术开发，机加工＋电加工＋热加工三合一模具制造新工艺研究’，模具ＣＡＤ／ＣＡＭ技术开发，新型修模技术研究等；②冷挤压、反挤压、等温一等速挤压研究；‘ ③扁筒挤压、导流模挤压及保持模挤压的开发；④精密在线淬火工艺、牵引挤压、可控位矫技术与位矫工夹具、新型辊矫及配辊：技术、可控压力矫直技术等的开发ｏ（５）提高产品质量方面①研究开发新型合金材料（如Ａ１－Ｌｉ合金，Ａ１－Ｆｅ合金，Ａ１－Ｓｃ粉末冶金材，复合材料等），优化合金成分及主要元素的最佳配比，微量元素的合理控制，ＭＩＮＴ等在线熔体净化技术开发；Ａｌ＿Ｔｉ—Ｂ丝、Ａ１—髓一Ｃ丝等在线细化技术及变质处理技术的开发，电磁铸造、电磁搅拌、真空铸造、热顶等温铸造新技术开发；‘ ②等温挤压、等速挤压、ＣＡＤＥＸ技术，ＴＡＣ反向挤压以及沸水淬火、在线精密淬火、多级人工时效等热处理新工艺和挤压—冷拉拔—淬火等新型低温形变热处理工艺的研究等６７（６）废料及缺陷产品的利用①废料回收技术、废料重熔技术、感应熔炼技术等的开发以及废料配比的研究；②有效摩擦挤压，Ｃｏｎｆｏｒｍ连续挤压技术和Ｃａｓｔｅｘ连铸连挤等技术的开发；‖③残余应力的测试及消除方法，大型多层组合模开发，大型多层预紧扁挤压筒结构设计的研究，各向异性的机理研究及消除方法，二次挤压、复合挤压以及挤压效应的研究，沸水淬火以及新型形变热处理方法的研究开发等。

（７）提高生产效率方面①冲击挤压、辊挤、Ｃｏｎｆｏｒｍ和Ｃａｓｔｅｘ挤压，半固态挤压，反向挤压和高效反向挤压、高速挤压和水（液氮）冷却模具挤压等减少工序，减少加热次数和中间退火次．２７６．铝加ｉ高新技术文集中国有色金属加工工业协会数，增大加工率，实现高速化和连续化的新型挤惩方法的研究开发；②提高铸锭质量，优化均匀化处理，优化挤压工艺和ＣＡＤＥＸ等新型控制技术来提高材料挤压性的研究；③改造挤压设备，优化挤压生产线布置、快速装卸挤压工具和熙蹲，ＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡＥ技
术，以及全线ＰＬＣ控制等减少工序环节、减少辅助时间，实现全线自动化控制等新技术开发。

一（８）提高成品率方面①减少切头尾、挤压残料（无残料挤压等）等凡俺废料工艺的研究；②挤压废料分类、回收及减少烧损方面的研究；⑧减少粗晶环、缩尾、裂纹、组织性能不均匀、尺寸精度不合格等工艺废品技术的研究ｏ：（９）节能降耗、降低成本和减少公害方面一①新型节能熔化炉及高效喷嘴的研究；
②提高挤压工模具使用寿命技术措施研究；镬）减少加热次数（或不加热）、减少工序（如连铸连挤等）、缩短辅助时阀、提高’挤压速度等新型挤压和热处理工艺的研究；（④ＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡＥ技术；ＰＬＣ控制技术，以及实现挤压全线机械化、自动化和连续化以减少工作量，改善劳动条件和减少公害等技术的开发ｏ’３结束语，，。

’ 金属挤压巴成为塑性成形领域中最重要的方法之一，其理论研究与技术开发正面临着一个重要的崭新的发展时期。

如何将基础研究与技术创新紧密结合是推动金属挤压成形阿翦发展的关键问题。

因此，总结过去已取得的成果，同时发现闽题，找出差距，提出新的研究与开发课题，寻找持续发展的途径就显得特别重要ｏ参考文献：〔１】刘祖安。

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