8MN双动挤压机工艺设计(精)

力。蒙奈尔的挤压温度选定为 1100 , 该合 金在该挤压温度下的变型抗力为 4 . 0 M Pa f 挤压时的摩擦系数, 取 0 . 25
L
挤压铸锭的长度 , mm 挤压比
些 , 但挤压机的额定挤压力使用较为合理 , 锭 坯规格大, 几何废料相对较少, 成品率较高, 生产效率也较高。如需要生产小规格产品可 以通过拉伸来实现。因此我们最终确定 800 吨挤压机的系统为 120mm 和 100mm。
4) 挤压温度 : 600~ 1100 ; 5) 挤制品材料强度 : 20~ 50MP a( 挤压温 度下 )。 6) 挤压管材精度: 挤压管材壁厚偏差为 平均壁厚的 6 %。 在挤压工艺的确定方面, 根据合金材料 特点及产品要求, 可采用脱皮、 不脱皮挤压; 挤制管材可采用空心锭挤压 , 也可实心锭挤 压 ; 同样根据材料特点及生产要求可采用水 封挤压或非水封挤压。对制品分离形式采用 立剪, 压余分离形式采用纵剪、 顶断。模座结 构采用横向双工位模座。 2 . 2 挤压机的结构形式确定 为了满足挤压机的工艺技术特性, 该挤 压机的机架设 计为梁柱 结构, 采 用双动、 卧 式、 正向挤压的基本形式, 满足挤压生产小批 量棒材和管材及军工、 科研试制的要求。挤 压机由挤压机本体、 液压传动与控制系统、 机 械化辅助设备、 挤压机自动检测装置及电控 系统等组成。 挤压机本体为卧式、 圆柱拉杆式、 予应力 框架结构, 由前梁、 后梁、 拉杆、 压套、 导轨板 螺母等组成。挤压机本体置于前梁和后梁的 基础垫板上。挤压梁采用 X 型导向结构 , 这种机架的结构特点是用圆柱拉杆和空心压 套代替传统的用螺母紧固的圆柱形张力柱, 前后梁在预应力作用下组成一个刚性机架, 满足挤压高强度、 高抗力合金的要求 , 确保挤 压制品的产品精度满足要求。该结构形式具 有运行平稳、 精度高, 而且加工、 制造安装都 比较方便的特点, 并被普遍采用。由于挤压 54
= P拉 /S轴
( 公式 2) 55
表 3 挤压轴的校核
挤压系统 , mm 120 120 100 100 100 挤压规格 , mm 35 30 35 30 25 挤压比 12 . 76 17 . 36 9 12 . 25 17 . 64 挤压轴直径 , mm 121( 72) 121( 72) 101 101 101 挤压力 , 吨 689 . 1 791 . 8 431 . 3 510 . 7 599 . 8 挤压轴应力 , kg /mm 2 60( 92. 8 ) 68 . 9( 106 ) 53 .9 63 .8 74 .9
挤
根据合金特性及挤压机的额定挤压能力, 蒙乃尔合金挤压延伸系数在 12~ 25 较为合 适。从系统 核定 表可 以 看出 在 120 系 统 时 , 挤压蒙乃尔合金, 挤压制品规格可以在 30mm 以上, 此时延伸系数满足要求 , 挤压力 约为 791 吨以下 , 为额定挤压力的 98 . 8 %; 在 100系统时 , 可以生产 25mm 以上的棒 材挤 制品 , 此 时挤 压力 达到额 定挤 压力 的 75% ; 在 80 系统时 , 基本可以生产 16mm 以上的棒材挤制品, 此时挤压力达到额定挤 压力 的 54 . 8 % 。由 此 可 以 看 出 如 选 择 80mm 系 统, 则挤压 机效率较低 ; 选择 120 系统和 100 系统虽 然挤 制品规 格稍大 一
注 : 括号内为挤压管材和棒材使用同一挤压轴时 , 挤压轴内径尺寸和挤压轴端面承受应力。
由 挤 压 轴 校 核 表 3 可 以 看 出, 在 120mm 系统挤压蒙乃尔合金 生产典型棒材 产品时 , 实心挤压轴承受的实际应力 , 均小于 挤压 轴允 许承 受的 应力 , 平均 允许 应力 按 100kg /mm 计算 , 分别达到平均允许应力的 约 60 % 和 69% , 挤压轴可以安全工作。在 100mm 系统生产典型棒材产品时 , 挤压轴的 实际应力也小于挤压轴的允许应力值, 分别 达到平均应力的 54 %、 64 % 和 75 % ; 当在 120 系统挤压管材和棒材使用同一挤压轴时, 挤 压轴 应力 较高 , 分 别达 到平均 允许 应力 的 92% 和 106% , 特别是在挤压 30mm 的棒材 时 , 挤压轴的环形面压达到 106 kg /mm 接近 允许应力上限值 110kg /mm , 虽基本满足使 用 , 但会影响挤压轴的使用寿命。 5 . 穿孔针的设计形式及校核 穿孔针是用来对铸锭进行穿孔和确定制 品内径的尺寸, 同时对保证管材内表面的质 量也起着重要作用。由于穿孔针在工作时同 样要承受高温、 高压以及高摩擦 , 工作条件非 常恶劣 , 所以设计穿孔针的结构形式 , 强度效 核也是挤压机工艺设计的重要内容。同时对 合理使用穿孔针, 提高穿孔针的使用寿命都 是非常必要的。 5 . 1 穿孔针的形式: 穿孔针 有固定针 和随动针 两种基 本形 式。穿孔针的形状有瓶式、 圆柱式。固定针 即定针挤压 , 是在挤压过程中, 针的位置相对 固定, 在挤压 轴向前运 动时, 穿孔针固 定不 动。挤压管材的特点是内径尺寸在长度方向 上固定不变。随动针即随针挤压, 是指穿孔 针固定在挤压轴的端头上 , 针随挤压轴同步 56
30~ 45
2 . 800 吨挤压机的结构形式及工艺技术
2) 挤压合金特 点: 由 表 1 可 知, 该 挤压 机生产挤制品合金材料包括纯铜类、 微合金 化铜、 复杂黄铜、 白铜及镍铜合金等。合金材 料种类多、 合金化程度跨度大。并且有的合 金具有热处理强化特性 , 有的合金挤压时须 采用特殊的润 滑工艺 , 减少摩擦 , 降低 挤压 力; 3) 挤 制品 规 格: 棒 材 材 , 管材: 30~ 45 2~ 5mm; 35 mm 以下 棒
铜加工
2006 年第 2 期 ( 总第 102期 )
8 MN 双动挤压机工艺设计
张文芹 ( 中铝洛阳铜业有限公司 471039)
摘 要 : 本文介绍了用于高纯铜、 微合金化铜及复杂多元铜合金等高性 能铜合金棒 材、 管
材生产 和试验的 800 吨挤压机的工艺设计。根据挤压产品的产 品方案进行挤压工艺系统 的设计 , 确定了该挤压机的结构、 特点 , 进行了挤压轴、 穿孔针结构设计及强度校核。 关键词 : 8 M N 挤 压机 ; 工艺设计
800 吨油压机主要是针对高纯铜、 微合 金化铜及复杂多元铜合金等高性能铜合金管 棒材设计的。该挤压机生产和试验的产品, 涉及低、 中强度及高强度的铜及铜合金产品, 合金种类跨度大, 复杂程度高。特别是有些 合金材料强度高 , 变形抗力大。所以 , 性能设 计应以挤压抗力较高的合金为主。虽然挤压 吨位不大, 但其性能指标要求较高。由于资 金的限制, 同时由于该挤压机主要用于高性 能合金试验和一些小批量的科研试制、 生产, 对生产效率要求不高。所以本挤压机设计的 指导思想为 : 在保证基本功能的基础上, 确保 挤压机的稳定性及精度要求。本次挤压机工 艺设计的重点在于挤压机应采用的结构形式 及特点、 挤压系统的确定、 挤压轴的设计及校 核、 穿孔针的形式及设计校核等。 1 . 产品方案及典型产品计算 1 . 1 挤压产品方案 根据高性能合金试验和一些的军工、 科 研试制、 小批量生产的要求 , 我们确定了产品 方案。产品方案包括了低强度的纯铜类、 中 等强度的微合金化铜、 多元复杂黄铜类及高 强度的镍铜、 弥散强化合金。这些合金的合 金化程度差别大、 品种 繁多、 性能 ( 强度 ) 跨 度大。而且因为是配合科研试制及小批量生 产 , 对产品的质量要求极高。因此, 对该挤压 机提出了更高的性能稳定性及精度要求。
4 . 挤压轴的形式及设计校核 挤压轴是挤压机非常重要的工具之一。 挤压轴在工作时, 承受长时间的高温、 高压, 承受很大的弯曲应力。所以挤压轴的主要失 效形式为弯曲变形。而这也是经常导致管材 产生偏心的一个主要原因。挤压轴如设计不 当 , 必然加快失效的发生。所以挤压轴的校 核是挤压机工艺设计的重要内容。 4 . 1 挤压轴的形式设计 挤压轴有空心轴和实心轴两种, 前者主 要用于挤压管材, 后者用于挤压棒材、 型材。 挤压轴的外径取决于挤压筒内径大小。卧式 挤压机 挤压轴的 直径一般 比挤压筒 小 4 ~ 10mm。本次设计的 120mm 和 100mm 系 统 , 挤压轴直径分别为 121、 101mm, 最大 限度增大挤压轴的直径, 减小挤压轴的面压, 延长 挤压轴的使用寿 命。在 120mm 系统 设计生产棒材和管材 , 而在 100mm 只设计 生产棒材。在 120mm 系统挤压管材时, 挤 压轴的内径通过计 算, 设计为 72mm, 尽量 减小内径, 增大挤压轴端面环形面积 , 提高强 度。 4 . 2 挤压轴的校核 本次 校 核 的 挤 压 轴 为 120mm 和 100mm 两个系统 , 包括挤压管 材的空 心轴。 核算材料为镍铜类, 产品为棒材。挤压轴采 用 H 13 钢 , 挤压温度为 1000~ 1100 时, 挤 压轴的温度约为 500~ 550 , 此时挤压轴的 2 允许应力为 80~ 110kg /mm 。由此计算在挤 制棒材产品 时挤压轴端面上 承受的 实际应 力 , 并与 500~ 550 时材料的允许强度进行 对比, 低于该强度时, 挤压轴可安全使用。表 3 为挤压轴的校核。

正向挤压时 , 在其他条件一定的情况下, 挤压力随铸锭长度的增加而增大。在系统核 定时, 须对铸锭的长度进行设计 , 铸锭长度的 设计原则为 : 尽量选用小直径大长度 , 有利于 减少几何废料和不均匀变形。同时根据挤压 力及其分量与铸锭直径的关系, 还可以减小 挤压力。但过分增加长度可能使铸锭在挤压 筒中发生弯曲、 双鼓等现象 , 还可能使挤压过 程长, 引起铸锭温降过多, 从而导致挤不动而 闷车。铸锭长度一般取锭坯直径的 1 . 5~ 3 倍。挤压棒材时 , 铸锭长度与直径之比选择 2~ 2 . 5 。表 2 为挤压系统核定表。
序号 1 2 3 4 5 6 产品牌号 镍铜类 弥散强化合金 铝青铜 微合金化铜 多元黄铜类 纯铜类 屈服极限 M Pa 50 40 20 40 15 22 产品规格 ( 外径 壁厚 ) mm 30 35 2 4