金属挤压成形理论及技术发展现状与趋势

陈焕涛

摘要：金属挤压成形属于加压成形的方式，普遍运用在国防、家电等领域，特别是在制造高性能零部件的时候具有突出的作用，其主要是融合了塑性加工的特点，并且具有生产时间短、效率高等优势，所以具备非常不错的市场前景。那么下面我们就来具体的介绍一下金属挤压成形理论和技术的发展现状和未来趋势。

关键词：金属材料；挤压铸造；生产应用

挤压成形也被叫做液压模段，一共分成两个部分，分别为挤压铸造以及间接挤压铸造。其中前者主要是把熔融态金属放入敞口模具，之后关闭模具，然后进行高压处理，这样一来就能够让凝固的金属发生塑性变形的情况，从而就可以制造出毛坯。而后者主要是熔融态金属通过冲头施加的高压，在封闭的模具型腔里结晶凝固成型，从而得到毛坯的方式。而因为挤压铸造技术具备很多的优势以及加高的生产效率的，所以得到了普遍的青睐。

一、金属挤压成形理论

热挤压采用的坯料较短，同时因为是在温度较高的情况下进行挤压，所在挤压期间会发生变形情况，而这正是出现挤压缺点的主要原因。变形理论主要包括两个方面，分别为材料变形干扰以及模具工作面中的摩擦，不过用最为基础的算法来掌握断面应力的分布情况是没有任何效果的。所以，从上世纪六十年代开始，就出现了“移滑线法”、“上线法”等，不过使用起来却比较的复杂。而现在，因为电脑的普及，所以能够检测出挤压比、摩擦系数等给加工應力所造成的影响。

总体说来，在发展的过程当中，金属挤压理论得到了很大程度的完善，并创造出了很多合理的分析方式，从而能够获取挤压期间技术和模具中的应力-应变、温度-速度的具体情况，这样一来就为科学的制造模具创造了非常好的条件。而由于大型电子技术以及设计理论的逐步完善，让有限元、变分法等虽繁琐但是却有效率的方式得到了良好的发展，并已经得到了普遍的使用。

二、金属挤压成形技术的现状

（一）挤压工模具的现状

总体来说的话，无论是在设计运算、结构选用，还是装卸方式、研发全新材料方面，都获得了相应的提高。而若想提升挤压技术的进步，延长模具的使用时间，很多国家都对其采取了大量的研究工作，并研究出了舌型模、宽展模等。此外，还研发了多个类型的活动模架，从而让模具的装卸工作变得更加简单，从而节省了辅助时间。而高合金化的H11、H13以及SKD61等的研发，和最新热处理方式的使用，让磨具性能更是得到了很大程度的提高。电火花线切割技术的用到自模工作当中，不但能够加强模孔的硬度和光滑度，同时还很大程度的提升了制模的生产效果，这样一来就为完成制模自动化的目标提供了非常好的条件。因为电脑在对挤压模具进行制作的时候会使用电脑，而想要达到自动化的效果，那么就一定要加强模具的质量和延长使用的时间。

（二）挤压工艺不断改进和完善

这些年以来，在改善正反向挤压的工艺的同时，还诞生了很多能够加强挤压效果的全新工艺，而且也给冷挤压、润滑挤压、等温挤压等采取了全面的分析，并得到了合理的使用。在上世纪60年代所普遍采用的静液压技术因为具备较多的优势，所以得到了一定程度的发展。另外，比如舌型模挤压、平面组合模挤压等工艺也都普遍采用到了金属加工当中，它们对丰富金属材料的种类，加强挤压生产的效果，挖掘轻合金的潜力，降低挤压力以及节省成本都起到了非常重要的效果。

（三）挤压产品的结构发生了明显的变化

从上世纪60年代至今，轻合金挤压材的质量得到了明显的提升，甚至还超越了钢铁的增长速度。根据调查发现，现在轻合金挤压材的产量在一年内能够达到800万吨以上。因为挤压材料普遍会用到建设施工当中，而在军事用途上却降低了5%，从而使得软合金的比重得到了增长，而硬合金比重却降低了不少。此外，铝合金型材发展速度最为迅猛，产量能够占到挤压材的70%。现在的型材品种一共具有50000多种，主要包含阶段变断面型材、异形空新型材等。挤压型材长度能够具有25m到30m，重量则为2t。而高精度型材在宽度上则具有150m到300m，带孔空新型材的孔数则具有10个以上。此外，管材的品种也获得了明显的提升，不但包括各种规格的圆管，而且还制造出了各类轻合金异形管、螺旋管等。而挤压原管道的规模通常控制在Ф20 1.5mm-Ф625 15mm之间，最薄壁的厚度则为0.38mm。冷挤压管具有很高的精度，通常无需采取机械加工，而且无论是内表面还是外表面都不用采取处理就能够进行装机使用，比如具有11条骨的反应堆套管，其壁厚公差只有±0.07mm，而管材的长度能够至少具有千米。

三、金属挤压成形的发展趋势和研发方向

（一）发展挤压加工理论和技术时要考虑的重点方向和目标

尽属挤压成形还需要将实际应用和理论进行融合，不过最主要的工作还是要将理论基础和实际工作相融合，进而来实现提高生产效率、质量、节省成本、丰富品种的目的。而在提升金属挤压加工理论和技术期间，要考虑的项目包括：

（1）降低外摩擦，提升变形效率

（2）提高精品精度

（3）挤压设备技术应有优势和发展

（二）降低外摩擦，提升变形效率

外摩擦很大，同时会转化为摩擦热，能够让材料和工具发生烧结的情况，而且也会让剪切变形更加的严重。在金属挤压期间，大的外摩擦不但会导致变形力增大至少30#，同时还会降低表面质量，导致裂纹的出现。而在摩擦热导致热金属温度增加的时候，就会降低变形的速度，这样一来就会影响生产质量。而若想降低外摩擦，那么就要采用包套挤压、润滑挤压、连续挤压以及静液挤压等方式。

（三）提高精品精度

相关研究者为了能够提高产品尺寸的准确度以及形位公差，做了大量的研发工作，而所获取的成就以及将来的课题包括：（1）模具结构化设计和强度校核运算分析；模具全新材料和热处理技术的研发；模具CAD技术研发。（2）对冷压机、反挤压等的研发；（3）扁挤压，保护膜挤压的研发。

（四）挤压设备技术应有优势和发展

在采用加油成形技术期间，重点采用的是挤压机，其优点在于：一，在使用期间，能够有效的控制高精准度，这样一来就可以研发出液压控制阀门；二，此设备还具有完备的浇筑功能，从而得以提高材料成形的效果；三，能够加强合模机的工作效果。

挤压铸造设备的发展前景主要表现在其具备了较有的使用率，而且根据对其的技术研究，能够优化传统设备技术，从而得以提高设备成形的效率和成形后的运用范围。目前，广泛使用到工业制作的挤压机主要包括缸式、混合式等。此外，挤压机的控制系统可以让每道成型工序都可以顺利的完成，而且还能够对整个施工工序的过程进行有效的监控，把控制系统从传统的运行控制转变成智能总成控制系统，从而就能够提升挤压设备的效率。

结束语：

通过以上内容我们能够了解到，在塑性成形中，金属挤压是非常主要的一种方式，对其理论的研究以及技术的研发都步入了崭新的阶段，而且也是加强金属挤压成形的重要阶段。所以，要根据过去的研发经验，来找到所存在的问题，然后创建出全新的研究目标，这样一来就能够开辟出一条持续发展的道路。

参考文献

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（作者单位：汕头华兴冶金设备股份有限公司）