12MN管材臥式擠壓機(jī)前梁設(shè)計(jì)

46頁 20000字?jǐn)?shù)+論文說明書+11張CAD圖紙【詳情如下】

T形平鍵13.dwg

絲桿11.dwg

右離合器06.dwg

導(dǎo)向座14.dwg

左離合器04.dwg

彈簧圈02.dwg

支軸.dwg

皮帶輪.dwg

端蓋09.dwg

鉆模座42.dwg

12MN管材臥式擠壓機(jī)前梁設(shè)計(jì)說明書.doc

12MN管材臥式擠壓機(jī)裝配圖.dwg

摘　　要

在有色金屬材料中，應(yīng)用最多的是鋁及鋁合金，銅及銅合金。隨著技術(shù)不斷進(jìn)步以及社會(huì)市場對于高強(qiáng)度管材材料的需求，高強(qiáng)度合金鋼等材料，在擠壓加工中的比重也在加大。這些金屬材料具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性，良好的抗腐蝕性，外觀潔凈光亮，易于加工和組裝，地殼中儲(chǔ)存量豐富等優(yōu)越性，應(yīng)用極廣。

熱擠壓工藝是利用擠壓機(jī)上擠壓桿傳遞的高壓，將封閉在擠壓筒中的坯料擠壓成與模具形狀相同制品的一種先進(jìn)塑性加工方法。由于其具有提高金屬的變形能力、制品綜合質(zhì)量高、產(chǎn)品范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于建筑、航空、交通、通信等領(lǐng)域。因此，熱擠壓加工成形技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)中占有極其重要的地位。近年來，隨著我國核電、石化、電站鍋爐行業(yè)的快速發(fā)展，對于高合金、特種合金管材臥式擠壓機(jī)的需求與日劇增，同時(shí)對核電、石化和電站鍋爐用管性能要求日益苛刻，材料難變形又十分昂貴，而熱擠壓技術(shù)因其具有的優(yōu)點(diǎn)，成為生產(chǎn)高合金、特種合金管材臥式擠壓機(jī)的重要方法，引起了國內(nèi)外的普遍關(guān)注。我國管材熱擠壓技術(shù)發(fā)展緩慢，和國外存在較大差距。

本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，主要通過查閱相關(guān)資料，對金屬擠壓機(jī)有一定感性的了解，再通過參觀實(shí)習(xí)，深刻認(rèn)識認(rèn)識擠壓機(jī)各組成部分，及其之間的相互位置，接觸關(guān)系。借助CAD軟件，構(gòu)建機(jī)械結(jié)構(gòu)簡圖。主要完成機(jī)械結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計(jì)工作。

借鑒已有擠壓機(jī)的相關(guān)數(shù)據(jù)，查閱相關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，確定擠壓機(jī)主體結(jié)構(gòu)(機(jī)架、后梁、主缸部件、前梁、動(dòng)梁、穿孔裝置、擠壓筒及擠壓筒座、模座)的相關(guān)尺寸，形狀數(shù)據(jù)，最后計(jì)算校核主要構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算。

關(guān)鍵詞： 熱擠壓；壓力；強(qiáng)度；同軸度；校核

Abstract

In non-ferrous metal materials, the application of aluminium and its alloy are most, copper and copper alloy. With the social progress and technology for high strength steel materials market demand, high strength steel materials, in the proportion of extrusion processing increase. These metallic materials with good, good thermal conductivity of conductive corrosion resistance, easy to clean, shining appearance in the crust, processing and assembling etc advantages, storage rich applied widely.

Hot extrusi on using extrusion pressure, the relay extrusion rod will be closed on the tube extrusion die extrusion and blank shape of the same products is an advanced plastic processing methods. Due to the increase of metal with high quality products and comprehensive ability, product range, the products are widely used in construction, aerospace, transportation, communication, etc. Therefore, hot extrusion processing forming technique in the national economy of the utmost importance. In recent years, with China's nuclear power, petrochemical industry, boiler and rapid development of the industry, for high alloy, special alloy seamless steel tube, a large number of demand for nuclear power, petrochemical and boiler tube performance requirements increasingly stringent, material deformation and very expensive and difficult and hot extrusion technology because of its advantages, become high alloy, special alloy is an important method of seamless steel tube, caused the domestic and foreign general attention. Our steel hot extrusion technology development is slow, and foreign gap.

The graduation design, mainly through the access relevant information of metal, extrusion have perceptual, again through the internship, profound understanding to visit each part extrusion understanding, and mutual position, contacts. Using CAD software, constructing mechanical structure diagram. The main mechanical structure parts design work.

Reference data of existing extrusion machines, consult relevant mechanical design manuals, determine the extrusion of body structure (frame, and main cylinder parts, well.numerical examples before moving beam and perforation of the beam, and extrusion equipment, extruding cylinder block and block size, shape relevant data, and finally calculated main component of strength calculation.

Key Words：Hot extrusion;Pressure;Strength;The coaxial tolerance;Check

目　　錄

摘　　要 1

Abstract 2

引　　言 1

1文獻(xiàn)綜述 2

1.1管材臥式擠壓機(jī)的現(xiàn)行生產(chǎn)工藝 2

1.1.1穿孔工藝 3

1.1.2擠壓工藝 3

1.2擠壓技術(shù)的歷史發(fā)展及其特點(diǎn) 4

1.2.1擠壓技術(shù)的發(fā)展歷史 4

1.2.2擠壓加工的優(yōu)點(diǎn) 6

1.3擠壓的類型及變形特點(diǎn) 7

2方案設(shè)計(jì) 9

2.1擠壓機(jī)主要參數(shù)的確定 9

2.2主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 15

2.2.1機(jī)架的主要結(jié)構(gòu) 15

2.2.2主缸（工作缸）部件 17

2.2.3三梁的設(shè)計(jì) 20

2.2.4 穿孔裝置 23

2.2.5擠壓筒及擠壓筒座 26

3部分零件強(qiáng)度校核 27

3.1張力柱的強(qiáng)度計(jì)算 28

3.2擠壓機(jī)梁的強(qiáng)度計(jì)算 29

3.3主缸的強(qiáng)度計(jì)算 34

3.4擠壓筒的強(qiáng)度校核 38

結(jié)　　論 41

參 考 文 獻(xiàn) 42

致　　謝 46

引　　言

我國經(jīng)濟(jì)和技術(shù)落后，管材臥式擠壓機(jī)起步較晚，幾乎是空白。由于我國國防工業(yè)和尖端技術(shù)的發(fā)展，對金屬材料的品種、質(zhì)量都提出了更高的要求，熱擠壓工藝作為一項(xiàng)新技術(shù)，得到了有關(guān)方面的重視。

近年來，管材臥式擠壓機(jī)越來越多地受到人們的重視，目前我國的發(fā)展趨勢與亟待解決的問題主要有以下幾個(gè)方面：

(1)管材臥式擠壓機(jī)生產(chǎn)線設(shè)備的國產(chǎn)化。由于我國經(jīng)濟(jì)技術(shù)的高速發(fā)展，對特種合金管材的需求與日劇增。而目前國內(nèi)的鋼擠壓生產(chǎn)線設(shè)備多是從國外引進(jìn)的，這就要求加速對鋼擠壓工藝和設(shè)備的研究，盡快實(shí)現(xiàn)鋼擠壓生產(chǎn)線設(shè)備的國產(chǎn)化。

(2)高溫潤滑劑的研究。潤滑劑對于熱擠壓成形產(chǎn)品質(zhì)量和工模具壽命有著重要影響，因此，研究適合于不同鋼種的潤滑劑，以提高產(chǎn)品的綜合質(zhì)量，減輕模具磨損是目前迫切需要解決的問題。

(3)模具壽命和精度的研究。熱擠壓時(shí)，模具承受高溫高壓和強(qiáng)磨擦復(fù)合作用，嚴(yán)重影響了模具的使用壽命和產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，對模具材料和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究，也是目前需要解決的問題之一。

(4)連鑄管坯的研究。對強(qiáng)度高而難變形的高合金而言，目前基本采用鍛坯和軋制工藝生產(chǎn)管坯。而對不銹鋼之類易變形鋼種，開展連鑄管坯工藝研究，簡化工序，提高成材率，降低成本，提高市場競爭力，勢在必行。

1文獻(xiàn)綜述

熱擠壓技術(shù)是一種將金屬在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行擠壓， 使管坯從一個(gè)?？讛D出，以得到模孔形狀斷面管材的金屬成型方法。在整個(gè)熱擠壓過程中（從管坯到成管中）管坯都是在三向壓應(yīng)力的狀態(tài)下進(jìn)行變形的。這不但可以解決難變形鋼種的管材成型問題，而且可以避免由張應(yīng)力引起的荒管內(nèi)外表面缺陷，因此熱擠壓成型方法特別適合于各種合金鋼、不銹鋼、高強(qiáng)度鋼、鎳基高溫合金等型材、管材的成型。目前，管材的擠壓工藝已較成熟，擠壓設(shè)備的功能及控制手段也日趨完善，以下將予以相應(yīng)介紹。

1.1管材臥式擠壓機(jī)的現(xiàn)行生產(chǎn)工藝

管材的熱擠壓成形工藝流程如下所示：

坯料準(zhǔn)備：熱擠壓的坯料目前普遍大量采用的是軋坯和鍛坯，長坯或短坯料須經(jīng)剝皮、切斷、鉆深孔及端面加工等后，進(jìn)入擠壓生產(chǎn)線；加工好的擠壓坯經(jīng)在線脫脂后，進(jìn)入環(huán)形預(yù)熱爐預(yù)熱，預(yù)熱溫度視鋼種不同確定，然后進(jìn)入立式工頻感應(yīng)爐，快速加熱到材料的擠壓溫度。加熱好的坯料經(jīng)玻璃潤滑劑裝置涂粉，進(jìn)入立式穿(擴(kuò))孔機(jī)，進(jìn)行穿(擴(kuò))孔工藝；穿(擴(kuò))孑L后的空心坯經(jīng)輥道轉(zhuǎn)移進(jìn)立式工頻感應(yīng)爐再加熱，使其溫度達(dá)到擠壓溫度后出爐(進(jìn)行內(nèi)外表面的高壓水除鱗)，坯料在線進(jìn)行內(nèi)外表面涂玻璃潤滑劑，并進(jìn)臥式擠壓機(jī)擠壓；擠壓管材在切除壓余之后，定切和水冷。噴丸清除擠壓管內(nèi)外表面的氧化皮后經(jīng)酸洗、清洗和鈍化管材表面。檢驗(yàn)工序進(jìn)行表面質(zhì)量、尺寸公差的檢查和機(jī)械性能以及無損檢測。熱擠壓管的交貨狀態(tài)有熱處理狀態(tài)和熱擠壓狀態(tài)之分。

1.1.1穿孔工藝

用熱擠壓技術(shù)生產(chǎn)管材臥式擠壓機(jī)時(shí)，管坯必須是空心坯。一種是對鍛坯或鑄坯進(jìn)行穿孔的空心坯，另一種是離心鑄造的空心坯。

對鍛坯或鑄坯進(jìn)行穿孔，按照其鋼種和規(guī)格的不同，可以采取3種不同的穿孔方法：（1）實(shí)心管坯在立式穿孔機(jī)上穿孔；（2）預(yù)先在管坯中心鉆一個(gè)小孔（也叫導(dǎo)向孔），在壓力穿孔機(jī)上進(jìn)行穿孔；（3）在管坯中心鉆一個(gè)直徑稍大于擠壓芯桿的大孔，直接送到擠壓機(jī)上擠壓。

1.1.2擠壓工藝

穿孔后空心管坯的溫度已有所降低，必須進(jìn)行再加熱，以達(dá)到要求的擠壓溫度。 空心管坯經(jīng)過加熱，溫度升到1180-1250℃ 達(dá)到塑性變形狀態(tài)。加熱后的管坯先經(jīng)除鱗，然后在玻璃粉上滾動(dòng)，粘上一層玻璃粉。玻璃粉起潤滑和隔熱的作用。 管坯裝入臥式擠壓機(jī)的圓柱形擠壓筒中。在擠壓筒的底部裝有擠壓模和玻璃墊；在擠壓桿內(nèi)裝有一根圓形芯桿（亦稱穿孔針）伸到模孔中。擠壓桿進(jìn)入擠壓筒，通過擠壓墊將管坯向模孔端擠壓， 隨著施加的壓力不斷加大，先使管坯鐓粗，消除管坯與擠壓筒內(nèi)壁之間的間隙， 接著將其從?？字袛D出。在擠壓過程中，處于管坯與擠壓模之間的玻璃墊融化，覆蓋在鋼件的表面上充當(dāng)了潤滑劑。

結(jié)　　論

金屬擠壓機(jī)技工技術(shù)像其他工業(yè)領(lǐng)域一樣，在不斷的發(fā)展進(jìn)步。這一工業(yè)領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展既受益于其他技術(shù)和工業(yè)領(lǐng)域，也促進(jìn)其他科技和工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展。如電子技術(shù)的發(fā)展、計(jì)算機(jī)的應(yīng)用和普及，促進(jìn)了擠壓設(shè)備控制系統(tǒng)的高度自動(dòng)化，提高了擠壓機(jī)速度閉環(huán)控制的精度，進(jìn)一步滿足了擠壓工藝的要求；而金屬擠壓技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了車輛、船舶制造業(yè)、航空、航天、建筑、精密電子等新材料的大量應(yīng)用。

在文章中也提到，擠壓機(jī)的種類就結(jié)構(gòu)劃分，分為很多種，同一臺(tái)擠壓機(jī)的給部分系統(tǒng)也有好多細(xì)節(jié)，比如：擠壓主體設(shè)備、供料等輔助設(shè)備、液壓系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)等。本文作者，僅僅對于擠壓主體設(shè)備的設(shè)計(jì)做了比較詳細(xì)的說明，對其他設(shè)備沒有給出具體的說明。

以下是幾點(diǎn)結(jié)論：

1．?dāng)D壓技術(shù)將會(huì)有更進(jìn)一步的發(fā)展。擠壓機(jī)的擠壓力適用范圍將集中在15~80MN間，未見有向更大擠壓力批量轉(zhuǎn)移的可能。工業(yè)化的國家、發(fā)展中國家有100MN以上的重型擠壓機(jī)的需求，但全世界的總量不會(huì)很多。未來十年可能不會(huì)突破40臺(tái)（現(xiàn)有30臺(tái)）。

2．?dāng)D壓機(jī)主體預(yù)應(yīng)力框架結(jié)構(gòu)受到了肯定。主機(jī)的輔助機(jī)械化設(shè)備將更臻于完善，對于大型擠壓機(jī)擠壓筒、擠壓軸、穿孔針快速更換機(jī)構(gòu)，已趨于成為固定配置。

3．?dāng)D壓機(jī)的外觀配套設(shè)備性能將進(jìn)一步提高。后部設(shè)備的控制將并入主機(jī)控制系統(tǒng)，操作采用觸摸屏人機(jī)對話方式有普遍應(yīng)用的趨勢。

4．電子計(jì)算機(jī)將在擠壓生產(chǎn)的管理、生產(chǎn)工藝過程、產(chǎn)品質(zhì)量控制、提高生產(chǎn)效率、減少金屬損耗、降低能源消耗和生產(chǎn)成本等方面發(fā)揮了越來越重要的作用。并已有全部生產(chǎn)過程采用計(jì)算機(jī)控制的先例。

擠壓加工技術(shù)正處于一個(gè)方興未艾的時(shí)代。金屬擠壓機(jī)將伴隨擠壓技術(shù)的進(jìn)步而不斷發(fā)展，開發(fā)空間甚大，前景廣闊。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 張玉春．大型臥式擠壓機(jī)用擠壓針的優(yōu)化設(shè)計(jì)，鋁加工，2009，1：47-49

[2] 李樂，陳吉光．TLJ400連續(xù)擠壓機(jī)機(jī)架的強(qiáng)度分析與結(jié)構(gòu)改進(jìn)，設(shè)計(jì)與研究，2009，5：13-15

[3] 余叔培．?dāng)D壓機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇（上），鋁加工，1987：5-12

[4] 童忠財(cái)，于滬平．微成形熱擠壓試驗(yàn)及模具設(shè)計(jì)，模具技術(shù)，2007，2：17-20

[5] 樊剛．熱擠壓模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ)．重慶：重慶大學(xué)出版社2001

[6] 張水忠．?dāng)D壓工藝及模具設(shè)計(jì)．02．北京：化學(xué)工業(yè)出版社2009

[7]徐海良，何清華，鄒湘伏. CONFORM擠壓機(jī)研究，《機(jī)械設(shè)計(jì)》2001年10月

[8]陳群立. 管材臥式擠壓機(jī)的熱擠壓技術(shù)討論，管材2007年8月第36卷第4期

[9]鄒子和，歐新哲，倪履安. 管材熱擠壓成形技術(shù)與裝備的發(fā)展，寶鋼技術(shù)2008年第5期

[10] N.R.Chitkara*,A.Aleem，Axi-symmetric tube extrusion/piercing using die-mandrel combinations: some experiments and a generalised upper bound analysis，International Journal of Materials Sciences，43（2001），p.1685-1709 

[11] M.Malapani,S.Kumar*，A feature based analysis of tube extrusion，Journal of Materials Processing Technology，190（2007），p.363-374 

[12] 吳詩驚．金屬超塑變形理論[M] ．北京：國防工業(yè)出版社，1997

[13] Higashi K, Nieh T G, Wadsworth J. Effect of temperature on the mechanical properties of mechanically-alloyed materials at high strain rates[J]. Acta.Metallurgica Materialia, 1995, 43(9): 3275-3282

[14] 李 鋒，林立，章曉雯，等．鎂合金及其復(fù)合材料超塑性研究現(xiàn)狀[J] ．鑄造，2003，52(7)：455-461

[15] 王益志．鎂合金開發(fā)中的某些新思想[A] ．中國壓鑄、擠壓鑄造、半固態(tài)加工學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C]，武漢：特種鑄造及有色合金，2001

[16] Mohri T, Mabuchi M, Nakamura M, et al. Microstructural evolution and superplasticity of rolled Mg-9Al-1Zn[J]. Materials Science and Engineering A,2000, 290: 139-144

[17]Hikosaka T H, Imai T, Nieh T G. High strain rate superplasticity of a SiC particrlate reinforced aluminum alloy composite by a vortex Method[J]. Scripta Metallurgica et Materialia, 1994, 31(9): 1181-1186

[18] 李獻(xiàn)民，崔建忠，胡忠式，等．01420 合金的超塑變形行為[J]，材料研究學(xué)報(bào)，2000，14(3)：318-320

[19]Watanabe H, Mukai K, Ishikawa K, et al. Low temperature super plasticity of a fine-grained ZK60 magnesium alloy processed by equal-channel-angular extrusion[J]. Scripta Materialia, 2002, 46(12): 851-856

[20]Kim H S. Evaluation of strain rate during equal-channel angular pressing[J].Journal of Materials Research, 2002, 17(1): 172-179

[21] 徐平姣．等徑彎角擠壓工藝(ECAEP)研究現(xiàn)狀[J] ．南方金屬，2003，(132)：9-13

[22]I趙家昌，王仲仁．熱擠鋁合金棒材擠壓力的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證．重型機(jī)械，1982，(10)：3l一38．

[23]周宜淼．金屬型材擠壓力計(jì)算．重型機(jī)械，1991，(4)：31-40．

[24]俞漢青。陳金德．金屬塑性成形原理[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社。1999．

[25]謝建新.劉靜安金屬擠壓理論與技術(shù) 2002

[26]薛菲菲.隋健.李培力金屬擠壓加工技術(shù)綜述 2004(4)

[27]鄒子和我國不銹管材生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)展及其與國外的差距[M]. 2000(6)

[28]殷國茂.鄒子和我國不銹管材材臥式擠壓機(jī)的生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展 1998(6)

[29]劉靜安，謝建新．大型鋁合金型材擠壓技術(shù)與工模具優(yōu)化設(shè)計(jì)．北京：冶金工業(yè)出版社，2003．

[30]張青來，盧晨，丁文江．分流擠壓鎂臺(tái)金管材工藝研究．輕合金加工技術(shù)，2003，31(10)28．30，

[31]J．c．Tan，M．J．Tan．DynKmic continuous recrys tallization characteristics in two stage deformation of Mg一3AI-1Zn alloy sheet．Material Science and Engineering，2003，A339：124-132．

[32]Ticn-Chan Chang，Jian-Yiwang，Chia-Ming O，Shyong Lee，Crain refining of magnesium alloy AZ31 by rolling．Journal of Matedals Processing Technology，2003，140：588-591．

致　　謝

本論文工作是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的,老師的學(xué)識淵博、治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、及高尚的職業(yè)情操和忘我的工作精神，無時(shí)無刻不指引著作者以后前進(jìn)的每一步，他們高瞻遠(yuǎn)矚、虛懷若谷，腳踏實(shí)地的科學(xué)家氣質(zhì)將使作者終身受益。在此，謹(jǐn)向老師致以崇高的敬意和衷心的感謝！

論文工作期間還得到同實(shí)驗(yàn)室的研究生學(xué)長的鼎立幫助，感謝課題組的四年的求學(xué)期間，大家朝夕相處，在生活中給予作者有力的支持和幫助，在此，謹(jǐn)向他們致以由衷的謝意。

感謝機(jī)械工程學(xué)院的所有老師，他們?yōu)樽髡叩某砷L灑下了汗水，貢獻(xiàn)了力量，感謝他們給予作者的幫助！

最后感謝所有關(guān)心和支持我學(xué)習(xí)、工作的人！

- 1 - 摘 要 在有色金屬材料中，應(yīng)用最多的是鋁及鋁合金，銅及銅合金。隨著技術(shù)不斷進(jìn)步以及社會(huì)市場對于高強(qiáng)度管材材料的需求，高強(qiáng)度合金鋼等材料，在擠壓加工中的比重也在加大。這些金屬材料具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性，良好的抗腐蝕性，外觀潔凈光亮，易于加工和組裝，地殼中儲(chǔ)存量豐富等優(yōu)越性，應(yīng)用極廣。 熱擠壓工藝是利用擠壓機(jī)上擠壓桿傳遞的高壓，將封閉在擠壓筒中的坯料擠壓成與模具形狀相同制品的一種先進(jìn)塑性加工方法。由于其具有提高金屬的變形能力、制品綜合質(zhì)量高、產(chǎn)品范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于建筑、航空、交通、通信等領(lǐng)域。因此， 熱擠壓加工成形技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)中占有極其重要的地位。近年來，隨著我國核電、石化、電站鍋爐行業(yè)的快速發(fā)展，對于高合金、特種合金管材臥式擠壓機(jī)的需求與日劇增，同時(shí)對核電、石化和電站鍋爐用管性能要求日益苛刻，材料難變形又十分昂貴，而熱擠壓技術(shù)因其具有的優(yōu)點(diǎn)，成為生產(chǎn)高合金、特種合金管材臥式擠壓機(jī)的重要方法，引起了國內(nèi)外的普遍關(guān)注。我國管材熱擠壓技術(shù)發(fā)展緩慢，和國外存在較大差距。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，主要通過查閱相關(guān)資料，對金屬擠壓機(jī)有一定感性的了解，再通過參觀實(shí)習(xí)，深刻認(rèn)識認(rèn)識擠壓機(jī)各組成部分，及其之間的相互位置，接觸關(guān) 系。借助件，構(gòu)建機(jī)械結(jié)構(gòu)簡圖。主要完成機(jī)械結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計(jì)工作。 借鑒已有擠壓機(jī)的相關(guān)數(shù)據(jù)，查閱相關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，確定擠壓機(jī)主體結(jié)構(gòu) (機(jī)架、后梁、主缸部件、前梁、動(dòng)梁、穿孔裝置、擠壓筒及擠壓筒座、模座 )的相關(guān)尺寸，形狀數(shù)據(jù)，最后計(jì)算校核主要構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算。 關(guān)鍵詞： 熱擠壓；壓力；強(qiáng)度；同軸度；校核 - 2 - n of in of of to in on be on of is an to of in in of In s of a of of is an of is of to AD of of of of he 1 - 目 錄 摘 要 .................................................................................................................................. 1 .................................................................................................................................... 2 引 言 .................................................................................................................................. 1 1 文獻(xiàn)綜述 ............................................................................................................................... 2 材臥式擠壓機(jī) 的現(xiàn)行生產(chǎn)工藝 ........................................................................... 2 孔工藝 .......................................................................................................... 2 壓工藝 .......................................................................................................... 3 壓技術(shù)的歷史發(fā)展及其特點(diǎn) ............................................................................... 3 壓技術(shù)的發(fā)展歷史 ..................................................................................... 3 壓加工的優(yōu)點(diǎn) ............................................................................................. 5 壓的類型及變形特點(diǎn) ........................................................................................... 7 2 方案設(shè)計(jì) ............................................................................................................................... 8 壓機(jī)主要參數(shù)的確定 ........................................................................................... 8 要結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) ...................................................................................................... 14 架的主要結(jié)構(gòu) ........................................................................................... 14 缸（工作缸）部件 ................................................................................... 16 梁的設(shè)計(jì) .................................................................................................... 18 孔裝置 ....................................................................................................... 21 壓筒及擠壓筒座 ....................................................................................... 24 3 部分零件強(qiáng)度校核 ............................................................................................................ 25 力柱的強(qiáng)度計(jì)算 .................................................................................................. 26 壓機(jī)梁的強(qiáng)度計(jì)算 .............................................................................................. 27 缸的強(qiáng)度計(jì)算 ...................................................................................................... 31 壓筒的強(qiáng)度校核 .................................................................................................. 36 - 2 - 結(jié) 論 ................................................................................................................................ 39 參 考 文 獻(xiàn) .......................................................................................................................... 40 致 謝 ................................................................................................................................ 42 - 1 - 引 言 我國經(jīng)濟(jì)和技術(shù)落后，管材臥式擠壓機(jī)起步較晚，幾乎是空白。由于我國國防工業(yè)和尖端技術(shù)的發(fā)展，對金屬材料的品種、質(zhì)量都提出了更高的要求，熱擠壓工藝作為一項(xiàng)新技術(shù)，得到了有關(guān)方面的重視。 近年來，管材臥式擠壓機(jī)越來越多地受到人們的重視，目前我國的發(fā)展趨勢與亟待解決的問題主要有以下幾個(gè)方面： (1)管材臥式擠壓機(jī)生產(chǎn)線設(shè)備的國產(chǎn)化。由于我國經(jīng)濟(jì)技術(shù)的高速發(fā)展，對特種合金管材的需求與日劇增。而目前國內(nèi)的鋼擠壓生產(chǎn)線設(shè)備多是從國外引進(jìn)的，這就要求加速對鋼擠壓工藝和 設(shè)備的研究，盡快實(shí)現(xiàn)鋼擠壓生產(chǎn)線設(shè)備的國產(chǎn)化。 (2)高溫潤滑劑的研究。潤滑劑對于熱擠壓成形產(chǎn)品質(zhì)量和工模具壽命有著重要影響，因此，研究適合于不同鋼種的潤滑劑，以提高產(chǎn)品的綜合質(zhì)量，減輕模具磨損是目前迫切需要解決的問題。 (3)模具壽命和精度的研究。熱擠壓時(shí)，模具承受高溫高壓和強(qiáng)磨擦復(fù)合作用，嚴(yán)重影響了模具的使用壽命和產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，對模具材料和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究，也是目前需要解決的問題之一。 (4)連鑄管坯的研究。對強(qiáng)度高而難變形的高合金而言，目前基本采用鍛坯和軋制工藝生產(chǎn)管坯。而對不銹鋼之類易變形鋼種， 開展連鑄管坯工藝研究，簡化工序，提高成材率，降低成本，提高市場競爭力，勢在必行。 - 2 - 1文獻(xiàn)綜述 熱擠壓技術(shù)是一種將金屬在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行擠壓 ， 使管坯從一個(gè)?？讛D出 ， 以得到?？仔螤顢嗝婀懿牡慕饘俪尚头椒?。 在整個(gè)熱擠壓過程中 （ 從管坯到成管中）管坯都是在三向壓應(yīng)力的狀態(tài)下進(jìn)行變形的 。 這不但可以解決難變形鋼種的管材成型問題 ， 而且可以避免由張應(yīng)力引起的荒管內(nèi)外表面缺陷 ， 因此熱擠壓成型方法特別適合于各種合金鋼 、 不銹鋼 、 高強(qiáng)度鋼 、 鎳基高溫合金等型材 、 管材的成型 。 目前 ， 管材的擠壓工藝已較成熟 ， 擠壓設(shè)備的功能及控制手 段也日趨完善 ， 以下將予以相應(yīng)介紹 。 現(xiàn)行生產(chǎn)工藝 管材的熱擠壓成形工藝流程如下所示： 坯料準(zhǔn)備：熱擠壓的坯料目前普遍大量采用的是軋坯和鍛坯，長坯或短坯料須經(jīng)剝皮、切斷、鉆深孔及端面加工等后，進(jìn)入擠壓生產(chǎn)線；加工好的擠壓坯經(jīng)在線脫脂后，進(jìn)入環(huán)形預(yù)熱爐預(yù)熱，預(yù)熱溫度視鋼種不同確定，然后進(jìn)入立式工頻感應(yīng)爐，快速加熱到材料的擠壓溫度。加熱好的坯料經(jīng)玻璃潤滑劑裝置涂粉，進(jìn)入立式穿 (擴(kuò) )孔機(jī)，進(jìn)行穿 (擴(kuò) )孔工藝；穿 (擴(kuò) )孑 其溫度達(dá)到擠壓溫度后出爐 (進(jìn)行內(nèi)外表面的高壓水除鱗 )，坯料在線進(jìn)行內(nèi)外表面涂玻璃潤滑劑，并進(jìn)臥式擠壓機(jī)擠壓；擠壓管材在切除壓余之后，定切和水冷。噴丸清除擠壓管內(nèi)外表面的氧化皮后經(jīng)酸洗、清洗和鈍化管材表面。檢驗(yàn)工序進(jìn)行表面質(zhì)量、尺寸公差的檢查和機(jī)械性能以及無損檢測。熱擠壓管的交貨狀態(tài)有熱處理狀態(tài)和熱擠壓狀態(tài)之分。 孔工藝 用熱擠壓技術(shù)生產(chǎn)管材臥式擠壓機(jī)時(shí) ， 管坯必須是空心坯 。 一種是對鍛坯或鑄坯進(jìn)行穿孔的空心坯 ， 另一種是離心鑄造的空心坯 。 對鍛坯或鑄坯進(jìn)行穿孔 ， 按照其鋼種和規(guī)格的不同 ， 可以采取 3種不同的穿孔方法 ：（ 1） 實(shí)心管坯 在立式穿孔機(jī)上穿孔 ；（ 2） 預(yù)先在管坯中心鉆 一 個(gè)小孔 （ 也叫導(dǎo)向孔 ）， 在壓力穿孔機(jī)上進(jìn)行穿孔；（ 3）在管坯中心鉆 一 個(gè)直徑稍大于擠壓芯桿的大 - 3 - 孔 ， 直接送到擠壓機(jī)上擠壓 。 壓工藝 穿孔后空心管坯的溫度已有所降低 ， 必須進(jìn)行再加熱 ， 以達(dá)到要求的擠壓溫度 。 空心管坯經(jīng)過加熱 ， 溫度升到 1180 達(dá)到塑性變形狀態(tài) 。 加熱后的管坯先經(jīng)除鱗 ， 然后在玻璃粉上滾動(dòng) ， 粘上 一 層玻璃粉 。 玻璃粉起潤滑和隔熱的作用 。 管坯裝入臥式擠壓機(jī)的圓柱形擠壓筒中 。 在擠壓筒的底部裝有擠壓模和玻璃墊 ； 在擠壓桿內(nèi)裝有 一 根圓形芯桿 （ 亦稱穿孔 針 ） 伸到?？字?。 擠壓桿進(jìn)入擠壓筒 ， 通過擠壓墊將管坯向?？锥藬D壓 ， 隨著施加的壓力不斷加大 ， 先使管坯鐓粗 ， 消除管坯與擠壓筒內(nèi)壁之間的間隙 ， 接著將其從?？字袛D出 。 在擠壓過程中 ， 處于管坯與擠壓模之間的玻璃墊融化 ， 覆蓋在鋼件的表面上充當(dāng)了潤滑劑 。 1- 模具 2345 6 7 8910圖 壓管材示意圖 歷史發(fā)展及其特點(diǎn) 壓技術(shù)的發(fā)展歷史 熱擠壓作為一種生產(chǎn)管材的加工方法，歷史悠久。早在 1797年就被用來擠壓鋁管， 1894年英國人 、黃銅及銅合金產(chǎn)品。1899年俄國人首先用熱擠壓法生產(chǎn)較難熔的金屬及合金棒材； 1924年英國用熱擠壓法擠壓管子；到了 1925年，法國人開始用熱擠壓法試制黑色金屬產(chǎn)品； 1928年德國建成了世界上第一臺(tái)機(jī)械擠壓機(jī)，用來成批生產(chǎn)碳素鋼管材。以上這些試制證明了 - 4 - 一點(diǎn)：黑色金屬和有色金屬一樣可以用擠壓法來生產(chǎn)各種產(chǎn)品。但是，在成 批生產(chǎn)管材時(shí)，由于熱擠壓時(shí)的潤滑劑、工模具的使用壽命，無氧化加熱以及提高擠壓速度等一系列的工藝問題沒有得到解決，因此，用熱擠壓法來生產(chǎn)合金鋼和高合金鋼材時(shí)，困難很大，當(dāng)時(shí)及后來相當(dāng)長的一段時(shí)期，實(shí)際上并沒有投人工業(yè)性生產(chǎn)。 1941 年，法國人 J． 爐公司的協(xié)助下，試驗(yàn)玻璃潤滑劑成功后，奠定了鋼熱擠壓工藝迅速發(fā)展的基礎(chǔ)。 1942 年，《玻璃潤滑劑高速擠壓法》專利許可證頒發(fā)給 J． 快被美國、英國、西班牙、奧地利、日本、瑞典和其他國家購買。 1945 年，玻璃潤滑劑開始用于 工業(yè)性生產(chǎn)。 1951 年，管材臥式擠壓機(jī)的擠壓桿推進(jìn)速度提高到 229 s。 1955 年，美國首先開始將工頻電感應(yīng)加熱技術(shù)引入鋼擠壓的坯料加熱工藝獲得成功，接著英國也于 1957 年開始采用感應(yīng)加熱技術(shù)實(shí)現(xiàn)擠壓坯料的“無氧化”加熱。與此同時(shí)，由于特殊冶金技術(shù)的發(fā)展，其研究成果在擠壓工模具材料、設(shè)計(jì)和制造中的應(yīng)用，使擠壓模具在高溫下能夠承受較大的壓力、沖擊和疲勞負(fù)荷，提高了使用壽命。至此，管材熱擠壓工藝中的幾個(gè)主要難題已經(jīng)初步解決，管材熱擠壓進(jìn)入了一個(gè)提高生產(chǎn)率，進(jìn)一步完善設(shè)備結(jié)構(gòu)，改善技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的階段。 在美 國和西歐最早從事擠壓機(jī)設(shè)計(jì)和制造的公司主要有美國的勞威液壓設(shè)備公司、英國的菲爾汀工廠設(shè)計(jì)公司和德國的施勞曼公司。他們采用最新科技，大量設(shè)計(jì)制造擠壓機(jī)，僅勞威工程公司在短短幾年中就供應(yīng)了 197臺(tái)擠壓機(jī)。其中 164臺(tái)用于有色金屬， 33臺(tái)用于鋼擠壓。到 20世紀(jì) 60年代末期，世界各國共有 135臺(tái)以上的鋼和鎳及其合金的擠壓機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)，其中 85％一 90％的擠壓機(jī)用于生產(chǎn)管材， 10％～15％用于生產(chǎn)異型材。 到了 20世紀(jì) 70年代，鋼擠壓技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到一個(gè)更高的水平。由于設(shè)計(jì)水平和機(jī)械制造技術(shù)的進(jìn)步，使擠壓機(jī)的結(jié)構(gòu)和裝備不斷 完善，采用更合理的 4張力柱式橫架結(jié)構(gòu)、帶預(yù)應(yīng)力的張力柱固定螺帽、帶預(yù)應(yīng)力的多層結(jié)構(gòu)擠壓筒、旋轉(zhuǎn)式“雙擠壓筒”和“雙穿孔筒”、旋轉(zhuǎn)或抽屜式模架、擠壓筒的自動(dòng)清理和冷卻、擠壓墊的自動(dòng)分離和傳送等新型結(jié)構(gòu)，大大提高了擠壓機(jī)的生產(chǎn)效率。同時(shí)，擠壓機(jī)擠壓力也向大型化發(fā)展， 界上當(dāng)時(shí)最大的擠壓機(jī)是美國的 350 20世紀(jì) 70年代以后新建的擠壓機(jī)為數(shù)并不 - 5 - 多。其中主要有羅馬尼亞的共和國管材廠的 31 本京浜廠的 31． 5 蘇聯(lián)的伏爾 加管材廠的 55 5 壓速度提高到 300～ 500 s，擠壓桿的空程速度達(dá)到 600～ 700 s。由于自動(dòng)化水平的不斷提高，擠壓機(jī)小時(shí)擠壓次數(shù)最高可達(dá)到 140次以上。加熱設(shè)備普遍采用環(huán)形加熱爐預(yù)熱和工頻感應(yīng)加熱爐，實(shí)現(xiàn)坯料的“無氧化”加熱工藝。當(dāng)時(shí)已有 128臺(tái)以上的感應(yīng)加熱爐在各國的擠壓車間使用。 為了解決模具壽命短、消耗大的問題，進(jìn)行了各種合金鋼、高溫合金、難熔金屬、金屬陶瓷、硬質(zhì)合金等工模具材料的應(yīng)用研究，取得了很大進(jìn)步。自從 20世紀(jì)50年代初，世界上第一個(gè)以采用玻璃潤滑劑的高速擠壓方法來生產(chǎn)管材的工業(yè)性車間在美國的 o．開工投產(chǎn)，此后的 10～ 15年間，國外幾乎所有的不銹管材生產(chǎn)廠都逐漸地以擠壓工藝來取代如熱皮爾格、自動(dòng)軋管等機(jī)組的其他生產(chǎn)不銹管材的生產(chǎn)工藝，并且，又有以生產(chǎn)低塑性，高合金管材以及結(jié)構(gòu)型材為主的擠壓機(jī)投產(chǎn)。 20 世紀(jì) 70 年代至 20 世紀(jì)末，由于連軋管機(jī)的迅速發(fā)展，原有的管材臥式擠壓機(jī)從擠合金管材和碳素管材讓位于不銹、耐熱等高合金和特種合金管材及型材生產(chǎn)。因此 20 世紀(jì) 70 年代至 21 世紀(jì)初擠壓機(jī)發(fā)展緩慢 ，新建的擠壓機(jī)為數(shù)不多。在國內(nèi)，管材的熱擠壓主要在有色金屬行業(yè)有較早的使用歷史。解放后建成的洛陽銅加工廠的 35 壓機(jī)，哈爾濱 101 鋁加工廠的 50 壓機(jī)，是原蘇聯(lián)第一批的“援中”項(xiàng)目的有色金屬擠壓機(jī)。沈陽重型機(jī)器廠是我國主要擠壓機(jī)制造廠之一，已經(jīng)制造了上百臺(tái)的擠壓機(jī)，最大的是 120 壓機(jī)。太原重型機(jī)器廠和上海重型機(jī)器廠也制造有相當(dāng)數(shù)量的擠壓機(jī)，但這些基本上都是用于擠壓有色金屬的有色金屬擠壓機(jī)。 壓加工的優(yōu)點(diǎn) （ 1） 提高金屬的變形能力。 金屬在擠壓變形區(qū)中處于強(qiáng)烈的三向壓應(yīng)力狀態(tài) ，可以充分發(fā)揮其塑性，獲得大變形量。例如，純鋁的擠壓比（擠壓筒斷面積與制品斷面積之比 ） 可以達(dá)到 500，純銅的擠壓比可達(dá) 400， 鋼的擠壓比可達(dá) 40~50。 對于一些采用軋制，鍛壓等其他方法加工困難乃至不能加工的低塑性難變形金屬和合金，甚至有如鑄鐵一類脆性材 - 6 - 料，也可采用擠壓法進(jìn)行加工。 （ 2） 制品綜合質(zhì)量高。 擠壓變形可以改善金屬材料的組織，提高其力學(xué)性能，特別是對于一些具有擠壓效應(yīng)的鋁合金，其擠壓制品在淬火時(shí)效后，縱向（擠壓方向 ） 力學(xué)性能遠(yuǎn)高于其他加工方法生產(chǎn)的同類產(chǎn)品。對于某些需要采用軋制，鍛造進(jìn)行加 工的材 料，例如鈦合金、 壓法還常被用作鑄錠的開坯，以改善材料的組織，提高其塑性。與軋制、鍛造等加工方法相比，擠壓制品的尺寸精度高、表面質(zhì)量好。隨著擠壓技術(shù)的進(jìn)步、工藝水平的提高和模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)已可以生產(chǎn)壁厚 尺寸精度達(dá)到 的超小型高精密空心型材。 （ 3） 產(chǎn)品范圍廣。 擠壓加工不但可以生產(chǎn)斷面形狀簡單的管、棒、線材，而且還可以生產(chǎn)斷面形狀非常復(fù)雜的實(shí)心和空心型材、制品斷面沿長度方向分階段變化的和逐漸變化的變斷面型材，其中許多斷面形狀的 制品時(shí)采用其他塑性加工方法所無法成形的。壓制品的尺寸范圍也非常廣，斷面外接圓直徑達(dá) 500~1000超大型管材和型材，斷面尺寸有如火柴棒大小的超小型精密型材。 （ 4） 生產(chǎn)靈活性大。 壓加工具有很大的靈活性，只需要更換模具就可以在同一臺(tái)設(shè)備上生產(chǎn)形狀、尺寸、品種不同的產(chǎn)品且更換工模具的操作簡單方便費(fèi)時(shí)小、效率高。 （ 5 ） 工藝流程簡單、設(shè)備投資少。 對于穿孔軋制、型軋制等管材與型材生產(chǎn)工藝，擠壓工藝有工藝流程短設(shè)備數(shù)量與投資少等優(yōu)點(diǎn)。 （ 6 ） 節(jié)約原材料。 壓屬于少、切削加工大大節(jié) 約了原材料。擠壓加工方法也存在著一些缺點(diǎn)，冷擠壓過程中存在模具易磨損，易破壞，對擠壓設(shè)備要求較高，噸位要大，對所加工的原材料要求較高，擠壓前坯料處理復(fù)雜，工藝流程設(shè)計(jì)技術(shù)水準(zhǔn)較高，研發(fā)周期長，投入大等問題；溫?cái)D壓和熱擠壓過程中由于加熱時(shí)易產(chǎn)生氧化、脫碳等缺陷，也必?zé)釙?huì)降低產(chǎn)品的尺寸精度和表面質(zhì)量，因而一般都需要對擠出型材經(jīng)過大量的切削加工后才能成為最后產(chǎn)品。 - 7 - 根據(jù)擠壓筒內(nèi)金屬的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)、擠壓方法、潤滑狀態(tài)、擠壓溫度、擠壓速度、工模具的種類或結(jié)構(gòu)、坯料的形狀或數(shù)目、制品的形狀 或數(shù)目等的不同，擠壓的分類方法也不同。工業(yè)上廣泛應(yīng)用的幾種主要擠壓方法，即正向擠壓（正擠壓）法、反向擠壓（反擠壓）法、側(cè)向擠壓法、玻璃潤滑擠壓法、靜液擠壓法、連續(xù)擠壓法。這幾種方法的主要特征如下。 （ 1） 正向擠壓（正擠壓） 通常將金屬擠壓時(shí)制品流出方向與擠壓軸運(yùn)動(dòng)方向相同的擠壓，稱為正向擠壓或簡稱正擠壓。正擠壓是最基本的擠壓方法，以其技術(shù)最為成熟、工藝操作簡單、生產(chǎn)靈活性大等特點(diǎn)成為以鋁及鋁合金、銅及銅合金、鈦合金、鋼鐵材料等為代表的許多工業(yè)與建筑材料成型加工中最廣泛使用的方法之一。 正擠壓的基本特點(diǎn)，是擠 壓時(shí)坯料與擠壓筒之間產(chǎn)生相對滑動(dòng)，存在有很大的外摩擦，且在大多數(shù)情況下，這種摩擦是有害的，它使金屬流動(dòng)不均勻，從而給擠壓制品的質(zhì)量帶來不利影響，導(dǎo)致擠壓制品頭部與尾部、表層部與中心部的組織性能不均勻；使擠壓能耗增加；由于強(qiáng)烈的摩擦發(fā)熱作用，限制了鋁及鋁合金等中低熔點(diǎn)合金擠壓速度的提高，加快了擠壓模具的磨損。 （ 2） 反向擠壓反擠壓 金屬擠壓時(shí)制品流出方向與擠壓軸運(yùn)動(dòng)方向相反的擠壓，稱為反向擠壓或簡稱反擠壓。反擠壓法主要用于鋁及鋁合金（其中以高強(qiáng)度鋁合金的應(yīng)用相對較多）、銅及銅合金管材與型材的熱擠壓成型，以及各 種鋁合金銅合金、鈦合金、鋼鐵材料零部件的冷擠壓成型。反擠壓時(shí)金屬坯料與擠壓筒壁之間無相對滑動(dòng)，擠壓能耗較低（所需擠壓力?。蚨谕瑯幽芰Φ脑O(shè)備上，反擠壓可以實(shí)現(xiàn)更大變形程度的擠壓變形，或擠壓變形抗力更高的合金。 （ 3） 側(cè)向擠壓 金屬擠壓時(shí)制品流出方向與擠壓軸運(yùn)動(dòng)方向垂直的擠壓，稱為側(cè)向擠壓。由于其設(shè)備結(jié)構(gòu)和金屬流動(dòng)特點(diǎn)，側(cè)向擠壓主要用于電線電纜行業(yè)各種復(fù)合導(dǎo)線的成型，以及一些特殊的包覆材料成型。 - 8 - （ 4） 玻璃潤滑擠壓 玻璃潤滑擠壓主要用于鋼鐵材料以及鈦合金、鉬合金等高熔點(diǎn)材料的管棒材和簡單型材的成型。其主要 特征是：變形材料與工具之間隔有一層處于高黏性的熔融玻璃，以減輕坯料與工具間的摩擦，并起到隔熱作用。根據(jù)所用玻璃潤滑劑的種類不同，其使用溫度范圍一般為 600~1200。 （ 5） 靜液擠壓 與正擠壓、反擠壓等方法不同，靜液擠壓時(shí)金屬坯料不直接與擠壓筒內(nèi)表面產(chǎn)生接觸，二者之間介以高壓介質(zhì)，施加于擠壓軸上的擠壓力通過高壓介質(zhì)傳遞到坯料上而實(shí)現(xiàn)擠壓。靜液擠壓時(shí)，坯料與擠壓筒內(nèi)表面之間幾乎沒有摩擦存在，接近于理想潤滑狀態(tài)，金屬流動(dòng)均勻。同時(shí)，由于坯料周圍存在較高的靜水壓力，有利于提高坯料的變形能力。 （ 6） 連續(xù)擠壓 實(shí)現(xiàn) 擠壓生產(chǎn)的連續(xù)化是近 30年來擠壓技術(shù)研究開發(fā)的重要方向之一。擠壓生產(chǎn)真正實(shí)現(xiàn)連續(xù)化，并獲得較好的實(shí)際應(yīng)用，是在英國原子能局的 1971年發(fā)明了 續(xù)擠壓法后。 續(xù)擠壓法是利用變形金屬與工具之間的摩擦力而實(shí)現(xiàn)擠壓的。 2方案設(shè)計(jì) 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，根據(jù)臥式擠壓機(jī)工作原理，對 12管材臥式擠壓機(jī)的前梁組件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，方案確定，并進(jìn)行科學(xué)計(jì)算，設(shè)計(jì)各零件部件；繪制裝配圖及部分零件圖等，編寫設(shè)計(jì)說明書。設(shè)計(jì)參數(shù)：擠壓力 12壓速度 0s 主要參數(shù)的確定 （ 1）擠壓力 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，擠壓力定位 6稱擠壓力選為 （ 2）液體工作壓力 目前，用于金屬液壓擠壓機(jī)的液體工作壓力，介于 20~30間。為了確定后面的參數(shù)，取為 25 - 9 - （ 3）擠壓筒參數(shù) 1）擠壓筒內(nèi)徑和外徑 表 1 擠壓筒參數(shù)選取表 擠壓機(jī)噸位 擠壓筒直徑（ 擠壓筒面積（ 比壓范圍 壓筒長度（ 3150 6355 4000 7100 5000 8050 6300 9000 8/000 10060 12500 11210 16000 14450 20000 16000 擠壓機(jī)公稱噸位、擠壓筒直徑、擠壓筒長度、比壓范圍關(guān)系表得擠壓筒內(nèi)徑范圍90~125為 125 根據(jù)繆勒提出的擠壓筒外套外徑為內(nèi)襯內(nèi)徑的 3~5 倍左右的理論，則擠壓筒外徑為375~625為 450 2）擠壓筒長度 根據(jù)公式 ?? （ 擠壓筒長度 錠坯長度（ 450 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 —— 擠壓墊片厚度 l —— 考慮穿孔引起金屬倒流的長度 通過計(jì)算并和擠壓機(jī)公稱噸位、擠壓筒直徑、擠壓筒長度、比壓范圍關(guān)系表進(jìn)行比較可將擠壓筒長度取為 530 - 10 - 3）擠壓筒行程 由于是長行程擠壓機(jī)，所以根據(jù)公式 S 可得擠壓機(jī)行程 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 為 265 4）擠壓機(jī)壓緊力 由公式 FF （ 得擠壓筒壓緊力為 )擠壓筒松開力 根據(jù)設(shè)計(jì)方案，設(shè)定擠壓筒液壓缸固定在前梁上，所以松開力略大于壓緊力，可由公式 F )（ 得擠壓筒松開力 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 4）主缸系統(tǒng)參數(shù) 1）主柱塞直徑 根據(jù)公式 4? （ 代入 F=p=25 D=據(jù)《推薦柱塞直徑（ 001將主柱塞直徑定為 580 2 推薦柱塞直徑（ 001?? （ 得實(shí)際最大擠壓力為 足所需要求。 2）主柱塞行程 由于該擠壓機(jī)并未有特殊要求，所以裝入錠坯的方式定為長行程方式。 根據(jù)公式： ? ? S 50? （ 得 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 取為 1060）主柱塞回程力 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式 FF h ) （ 得回程力為 ）快速前進(jìn)力 根據(jù)公式： FF k ) （ 得快速前進(jìn)力為 5）穿孔系統(tǒng)參數(shù) 1）穿孔力 根據(jù)公式： FF c ) （ 得穿孔力 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =)穿孔行程 由于是外置式穿孔系統(tǒng) 穿孔行程根據(jù)公式 ?（ 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 —— 主柱塞行程； 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 —— 穿孔針相對于主柱塞的行程， - 12 - 得： 1660 3）穿孔回程力 （ 得：穿孔回程力為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 6）主剪力、輔助剪力 1）主剪力 可由公式 （ 得主剪力為 誤 !未找到引用源。 2）輔助剪力 FF （ 得輔助剪力 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 7）擠壓機(jī)的速度參數(shù) 1）擠壓速度 擠壓速度是保證擠壓過程順利進(jìn)行，保證擠壓制品質(zhì)量的關(guān)鍵因素。確定擠壓速度應(yīng)考慮到下述的基本原則： ○ 1 技術(shù)塑性變形區(qū)的溫度范圍。一般說，溫度范圍越寬，則擠壓速度越大。 ○ 2 擠壓制品斷面的復(fù)雜程度。復(fù)雜程度越高，擠壓速度應(yīng)該低一些。 ○ 3 擠壓式的潤滑條件。潤滑條件良好，擠壓速度可以提高。 ○ 4 金屬的粘滯性。粘滯性低的金屬，擠壓速度可以提高。 在去定擠壓機(jī)的擠壓速度時(shí)，一般只根據(jù)用戶提出的擠壓裁量，擠壓的溫度確定擠壓機(jī)的擠壓速度范圍，在一般情況下，不銹鋼的擠壓溫度在 1125 攝氏度，又考慮到管材不屬于復(fù)雜斷面，所以選定擠壓速度為 300mm/s。 2)穿孔速度 根據(jù)鋁及鋁合金擠壓的一般經(jīng)驗(yàn) ，穿孔速度取為 100~200mm/s 3)空程及回程速度 - 13 - 擠壓機(jī)主柱塞空程及回程速度，直接影響擠壓周期的長短。速度慢，則輔助時(shí)間長；速度過快，又會(huì)引起沖擊，考慮到這種情況，一般?。? 空程速度 250~350mm/s 回程速度 100~400mm/s （ 8）擠壓工具參數(shù) 1）模具設(shè)計(jì) ○ 1 模具外徑 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 擠壓制品的最大的外接圓直徑： D )（ 錯(cuò)誤 !未找到引用 源。 —— 擠壓筒內(nèi)徑 由 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 可得 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 具的外徑由： D )（ 可得 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =125~151為 140 2 模具厚度 H 模具的厚度 取決于被擠壓金屬的變形抗力。如果磨制成厚度調(diào)整適當(dāng)，使模具不承受擠壓力引起的彎曲應(yīng)力的作用，則模具的厚度就可以減薄。從經(jīng)濟(jì)的角度觸發(fā)，應(yīng)在保證強(qiáng)度要求的條件下，使模具的厚度最薄。但考慮到安裝、調(diào)整方便起見，模具的厚度應(yīng)按下述數(shù)值（單位為 用： 20,、 25、 30、 40、 50、 60、 70、 100 在擠壓機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，通常取單位壓力位 1000時(shí)的擠壓筒內(nèi)徑 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 做基本參數(shù)，來確定模具的厚度，其關(guān)系為： （ ?10004?? 4?（ 由上式計(jì)算可得 H=9~17 取 15 2）擠壓墊片設(shè)計(jì) - 14 - 擠壓墊片厚度： 由公式 H )（ N 84? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 —— 單位壓力為 1000的擠壓筒內(nèi)徑， 63~42? ，取 50）擠壓軸 擠壓軸直徑： 對于臥式擠壓機(jī)，可由公式： )10~5(?? D （ 得 120 架的主要結(jié)構(gòu) 擠壓機(jī)的機(jī)架是承受擠壓力的最基本構(gòu)件，現(xiàn)有擠壓機(jī)的機(jī)架結(jié)構(gòu)分類如下： 圖 壓機(jī)機(jī)架結(jié)構(gòu)種類示意 圖 （ 1）組合結(jié)構(gòu)機(jī)架 1）梁柱結(jié)構(gòu) 梁柱結(jié)構(gòu)是指用張力柱連接前后梁的結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)有的擠壓機(jī)中，以圓形張力柱結(jié)構(gòu)的占絕大多數(shù)，預(yù)應(yīng)力張力柱結(jié)構(gòu)大約只有二十幾年的歷史。 ○ 1 圓形張力柱結(jié)構(gòu) - 15 - 圓形張力柱結(jié)構(gòu)的擠壓機(jī)，按照張力柱的數(shù)量還可以分為二，三，四柱結(jié)構(gòu)。兩根張力柱承載能力有限且穩(wěn)定性不好，因而沒有得到廣泛應(yīng)用。三張力柱有正三角形，倒三角形，側(cè)三角形配置之分。采用回轉(zhuǎn)模座時(shí)，側(cè)三角形配置比較好。大中型擠壓機(jī)多采用四柱結(jié)構(gòu)。在有些擠壓機(jī)上，張力柱除了受擠壓力以外，還兼作動(dòng)梁 和擠壓筒的導(dǎo)軌。 中小型擠壓機(jī)的張力柱，一般采用 整體鍛造結(jié)構(gòu)。在前后梁的內(nèi)外側(cè)均用螺母緊固，這種結(jié)構(gòu)形式具有加工，制造，安裝都比較方便的優(yōu)點(diǎn)，因而被普遍采用。固定方式如下圖： 圖 力柱固定結(jié)構(gòu)示意圖 ○ 2 預(yù)應(yīng)力張力柱結(jié)構(gòu) 預(yù)應(yīng) 力張力柱結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是用多層疊板拉桿（呈平放的“ I”）和承壓構(gòu)件 —— 箱型壓柱代替了傳統(tǒng)的用螺母緊固的圓形張力柱，將前后梁用預(yù)應(yīng)力組成一個(gè)剛性機(jī)構(gòu)，一般拉桿是由四塊兩端帶擋頭的厚鋼板疊在一起構(gòu)成，在前后梁內(nèi)側(cè)的拉桿外表面套上箱型壓柱。在一定的預(yù)應(yīng)力下，使拉桿伸長變形，在壓柱的一端加上墊板，從而使整個(gè)機(jī)架處于預(yù)應(yīng)力的狀態(tài)下。 2）框架結(jié)構(gòu)機(jī)架 ○ 1 單層板框架結(jié)構(gòu) 近年來，一些新型的擠壓機(jī)采用了單層板框架 —— 平板式張力柱 —— 結(jié)構(gòu)。這種框架是用厚度為 200~400軋制板材 焊接而成。它與直徑較大的圓形張力柱相比，具有更好的金屬組織。 長期使用的試驗(yàn)表明，張力柱螺紋連接的頸部是最薄弱的環(huán)節(jié)，張力柱的破壞經(jīng)常發(fā)生在此處。如采用框架結(jié)構(gòu)，由于橫梁與立柱之間有較大的過度半徑，因而不存在一般張 - 16 - 力柱的上述問題?？蚣芙Y(jié)構(gòu)所用的后半與張力柱的直徑相比，尺寸還是小的多，因而可以提高質(zhì)量，減少缺陷，從而提高了框架結(jié)構(gòu)的可靠性和耐用性。 ○ 2 筒式結(jié)構(gòu) 筒式結(jié)構(gòu)的擠壓機(jī)機(jī)架是德國施勞曼公司米爾液壓分部設(shè)計(jì)的，并且已經(jīng)生產(chǎn)了多臺(tái)。這種擠壓及的機(jī)架是由上下兩塊半筒 式構(gòu)建用八個(gè)螺栓連接成筒體結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的機(jī)架具有很高的剛度，對基礎(chǔ)要求不高，也有所謂“無基礎(chǔ)擠壓機(jī)”之稱。 但是，由于上下半筒體為鑄鋼件，且對其質(zhì)量有較高的要求，所以這種結(jié)構(gòu)適用于中小型擠壓機(jī)。建造大型擠壓機(jī)還是用鍛制的張力柱更為可靠些。筒式結(jié)構(gòu)在制造工藝上也存在較多的困難。 （ 2）整體鑄鋼機(jī)架 由于早期生產(chǎn)的擠壓機(jī)擠壓力普遍比較小，采用整體鑄鋼機(jī)架還是比較常見的。毫無疑問，這種機(jī)架具有更大的剛度，但是機(jī)架笨重，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鑄造質(zhì)量難于保證等缺點(diǎn)，限制了這種結(jié)構(gòu)的發(fā)展，尤其是隨著擠壓力的逐漸加大，這種結(jié)構(gòu)已 經(jīng)不在采用了。 本設(shè)計(jì)方案，在充分考慮到各方案的優(yōu)缺點(diǎn)以及制造成本和自身能力的前提下，選用的是梁柱結(jié)構(gòu)中的圓形張力柱結(jié)構(gòu)。由于設(shè)計(jì)的擠壓機(jī)為 6擠壓機(jī)，屬于小噸位的擠壓機(jī)，為了節(jié)省材料，降低成本，選用了三張力柱的結(jié)構(gòu)。 缸（工作缸）部件 主缸是擠壓機(jī)的核心部件。它由主缸體，主柱塞，銅套及密封裝置等組成。高壓液體作用在主柱塞端面上的力，通過擠壓軸施加在擠壓筒內(nèi)的錠坯上，就是所謂的擠壓力。 在一般情況下，中小型擠壓機(jī)的主缸只有一個(gè)，而大型擠壓機(jī)限于制造工藝條件，以及擠壓力的分級考慮，主缸設(shè)有 2~4 個(gè)。有的擠壓機(jī)穿孔力在必要時(shí)也可以考慮到擠壓力上。 考慮到制造工藝及維護(hù)方便等因素，擠壓機(jī)的主缸全部都是柱塞式結(jié)構(gòu)。因此，主柱塞必須另設(shè)回程缸。泵直接傳動(dòng)的擠壓機(jī)，一般用快速前進(jìn)鋼作為主回程缸。 擠壓機(jī)的主缸應(yīng)有良好的制造工藝，運(yùn)行可靠，維修方便。在不解體的情況下，就能更換密封裝置。 - 17 - 主缸及主柱塞的長度選擇，應(yīng)在可能的條件下保證不拆開擠壓機(jī)就能更換主缸及主柱塞。主缸及主柱塞的長度還取決于主柱塞的工作行程。對于短行程的擠壓機(jī)，其行程略大于擠壓筒的長度，錠坯可以在模座與擠壓筒之間裝入。對于長行程擠壓機(jī)，其行程略大于兩倍擠壓筒的長度，錠坯可以再動(dòng)梁與擠壓筒之間裝入。長行程擠壓機(jī)具有較高的生產(chǎn)效率。 中小型擠壓機(jī)在主缸與后梁鑄成整體時(shí)，用 35 號鋼。主缸單體制造是選用 40， 50優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼。隨著電渣焊工藝的發(fā)展，缸體開始采用 25鑄造。這種材料具有良好的可焊接性，而且對應(yīng)力集中不敏感，其力學(xué)性能優(yōu)于 35 號鑄鋼和 35 號鋼。25學(xué)性能如下： 170~133%;14;280;500 ???? a ?? 柱塞的主體部分由實(shí)心錠鍛造，然后穿出直徑 200孔，為穿孔桿留下空間，也減少內(nèi)孔的加工量。為了提高耐磨性，柱塞的表 面應(yīng)該進(jìn)行淬火或者滾壓加工。近年來出現(xiàn)了在柱塞面堆焊一層不銹鋼（ 2辦法，可使表面硬度達(dá)到 28~43一般 40 鋼制造的柱塞壽命增加 2~3 倍。 柱塞表面的粗糙度一般要求為 是鍍鉻 —— 拋光處理的柱塞表面粗糙度可以達(dá)到 糙度偏高會(huì)使柱塞很快“拉毛”，甚至必須拆下重新處理，而且會(huì)使密封很快失效，引起液體泄漏。 主缸內(nèi)的銅套，在主柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，起導(dǎo)向和中心定位的作用，故也有導(dǎo)套之稱。一般用青銅 材料制造。銅套的長度 主柱塞的直徑 比值一般為 值過大則會(huì)增加擠壓機(jī)的總長度和設(shè)備自重。銅套與缸體的配合可以采用 H7/H8/合，這種配合屬于過渡配合，孔為下限尺寸，軸為上限尺寸時(shí)有過盈，要用外力壓入。壓入時(shí)要慎防傾斜。銅套與柱塞之間的配合一般采用 H8/孔制）、 F8/軸制）配合，這是間隙配合。按照公差配合手冊可以查到 H8/H9/是間隙配合之列，但是這種配合在孔最小、軸最大的時(shí)候（在公差范圍內(nèi)的 合格品），在這種極限情況下會(huì)造成銅套與柱塞之間間隙為“ 0”，不宜選用。 - 18 - 銅套內(nèi)表面粗糙度 .6 m? 較合適，提高銅套的粗糙度比較困難，盡量達(dá)到 1.6 m? 最好。銅套宜采用離心澆鑄，不得有沙眼等缺陷。 銅套的外側(cè)裝有密封元件，以防高壓液體泄漏。對密封元件的要求如下： a) 密封可靠，能隨著壓力的增高自動(dòng)提高密封性能； b) 摩擦阻力要小，耐磨損，耐高速，使用壽命要長； c) 便于維護(hù)，易更換，容易制造，成本低； d) 對工作介質(zhì)有良好的穩(wěn)定 性，耐酸、耐堿、耐氧化，不與工作介質(zhì)起任何化學(xué)反應(yīng)； e) 適應(yīng)工作溫度的范圍要寬（但是對擠壓機(jī)而言，這個(gè)溫度范圍在 30℃范圍之內(nèi) ），在工作溫度范圍內(nèi)體積變化要小； f) 要有適當(dāng)?shù)臋C(jī)械強(qiáng)度，永久變形要小。 密封元件一般制作成與密封的軸或者是孔相應(yīng)的圓環(huán)狀或者是長條狀。界面以圓形、 V 形、花蕾形多種，適用與不同的場合。廣州機(jī)械科學(xué)研究院密封研究所制作的列的 V 型組合密封圈。 V