6MN不锈钢圆管热挤压机的主体结构设计.doc

北京科技大学本科生毕业设计（论文）摘要在有色金属材料中，应用最多的是铝及铝合金，铜及铜合金。随着技术不断进步以及社会市场对于高强度钢管材料的需求，高强度合金钢等材料，在挤压加工中的比重也在加大。这些金属材料具有良好的导电导热性，良好的抗腐蚀性，外观洁净光亮，易于加工和组装，地壳中储存量丰富等优越性，应用极广。热挤压工艺是利用挤压机上挤压杆传递的高压，将封闭在挤压筒中的坯料挤压成与模具形状相同制品的一种先进塑性加工方法。由于其具有提高金属的变形能力、制品综合质量高、产品范围广等优点，产品广泛应用于建筑、航空、交通、通信等领域。因此，热挤压加工成形技术在国民经济中占有极其重要的地位。近年来，随着我国核电、石化、电站锅炉行业的快速发展，对于高合金、特种合金无缝钢管的需求与日剧增，同时对核电、石化和电站锅炉用管性能要求日益苛刻，材料难变形又十分昂贵，而热挤压技术因其具有的优点，成为生产高合金、特种合金无缝钢管的重要方法，引起了国内外的普遍关注。我国钢管热挤压技术发展缓慢，和国外存在较大差距。本次毕业设计，主要通过查阅相关资料，对金属挤压机有一定感性的了解，再通过参观实习，深刻认识认识挤压机各组成部分，及其之间的相互位置，接触关系。借助CAD软件，构建机械结构简图。主要完成机械结构部分的设计工作。借鉴已有挤压机的相关数据，查阅相关机械设计手册，确定挤压机主体结构(机架、后梁、主缸部件、前梁、动梁、穿孔装置、挤压筒及挤压筒座、模座)的相关尺寸，形状数据，最后计算校核主要构件的强度计算。关键词： 热挤压；压力；强度；同轴度；校核AbstractIn 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 Chinas 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- 2 -目录摘要1Abstract2引言11文献综述21.1无缝钢管的现行生产工艺21.1.1穿孔工艺31.1.2挤压工艺31.2挤压技术的历史发展及其特点41.2.1挤压技术的发展历史41.2.2挤压加工的优点61.3挤压的类型及变形特点72方案设计92.1挤压机主要参数的确定92.2主要结构的设计152.2.1机架的主要结构152.2.2主缸（工作缸）部件172.2.3三梁的设计202.2.4 穿孔装置232.2.5挤压筒及挤压筒座263部分零件强度校核273.1张力柱的强度计算283.2挤压机梁的强度计算293.3主缸的强度计算343.4挤压筒的强度校核38结论41参 考 文 献42附 录44在 学 取 得 成 果45致谢46北京科技大学本科生毕业设计（论文）引言我国经济和技术落后，钢热挤压技术起步较晚，几乎是空白。于20世纪50年代才在东北国营华安机械厂的一台自制1 500104 N挤压机上开始钢挤压工艺的试验。20世纪60年代以后，由于我国国防工业和尖端技术的发展，对金属材料的品种、质量都提出了更高的要求，热挤压工艺作为一项新技术，得到了有关方面的重视。1966年，上海地区上钢五厂等单位试制GH39高温合金管、双金属管等军工产品，在松江901厂的1 500104 N挤压机上进行了热挤压高温合金管的试验研究。同时，国家科委，冶金部委托北钢院组织上海地区有关单位开展钢挤压玻璃润滑剂的试验研究工作。但是，由于技术和装备基本上依赖于国外，我国钢的热挤压技术发展缓慢，国内目前仅有四川长城钢厂、浙江久立和上海的异形钢管厂掌握一定的钢热挤压技术，形成了批量的生产。近年来，钢管的热挤压成形技术越来越多地受到人们的重视，目前我国的发展趋势与亟待解决的问题主要有以下几个方面：(1)热挤压机生产线设备的国产化。由于我国经济技术的高速发展，对特种合金管材的需求与日剧增。而目前国内的钢挤压生产线设备多是从国外引进的，这就要求加速对钢挤压工艺和设备的研究，尽快实现钢挤压生产线设备的国产化。(2)高温润滑剂的研究。润滑剂对于热挤压成形产品质量和工模具寿命有着重要影响，因此，研究适合于不同钢种的润滑剂，以提高产品的综合质量，减轻模具磨损是目前迫切需要解决的问题。(3)模具寿命和精度的研究。热挤压时，模具承受高温高压和强磨擦复合作用，严重影响了模具的使用寿命和产品的质量。因此，对模具材料和模具结构设计研究，也是目前需要解决的问题之一。(4)连铸管坯的研究。对强度高而难变形的高合金而言，目前基本采用锻坯和轧制工艺生产管坯。而对不锈钢之类易变形钢种，开展连铸管坯工艺研究，简化工序，提高成材率，降低成本，提高市场竞争力，势在必行。1文献综述热挤压技术是一种将金属在再结晶温度以上进行挤压， 使管坯从一个模孔挤出，以得到模孔形状断面管材的金属成型方法。在整个热挤压过程中（从管坯到成管中）管坯都是在三向压应力的状态下进行变形的。这不但可以解决难变形钢种的钢管成型问题，而且可以避免由张应力引起的荒管内外表面缺陷，因此热挤压成型方法特别适合于各种合金钢、不锈钢、高强度钢、镍基高温合金等型材、管材的成型。目前，钢管的挤压工艺已较成熟，挤压设备的功能及控制手段也日趋完善，以下将予以相应介绍。1.1无缝钢管的现行生产工艺钢管的热挤压成形工艺流程如下所示：坯料准备环形炉预热表面涂玻璃润滑剂立式穿(扩)孔机扩孔立式工频炉再加热高压水除鳞内外表面涂玻璃润滑剂卧式挤压机热挤压切压余钢管切断内外表面喷丸酸洗检验修磨热挤压产品入库坯料准备：热挤压的坯料目前普遍大量采用的是轧坯和锻坯，长坯或短坯料须经剥皮、切断、钻深孔及端面加工等后，进入挤压生产线；加工好的挤压坯经在线脱脂后，进入环形预热炉预热，预热温度视钢种不同确定，然后进入立式工频感应炉，快速加热到材料的挤压温度。加热好的坯料经玻璃润滑剂装置涂粉，进入立式穿(扩)孔机，进行穿(扩)孔工艺；穿(扩)孑L后的空心坯经辊道转移进立式工频感应炉再加热，使其温度达到挤压温度后出炉(进行内外表面的高压水除鳞)，坯料在线进行内外表面涂玻璃润滑剂，并进卧式挤压机挤压；挤压钢管在切除压余之后，定切和水冷。喷丸清除挤压管内外表面的氧化皮后经酸洗、清洗和钝化钢管表面。检验工序进行表面质量、尺寸公差的检查和机械性能以及无损检测。热挤压管的交货状态有热处理状态和热挤压状态之分。1.1.1穿孔工艺用热挤压技术生产无缝钢管时，管坯必须是空心坯。一种是对锻坯或铸坯进行穿孔的空心坯，另一种是离心铸造的空心坯。对锻坯或铸坯进行穿孔，按照其钢种和规格的不同，可以采取3种不同的穿孔方法：（1）实心管坯在立式穿孔机上穿孔；（2）预先在管坯中心钻一个小孔（也叫导向孔），在压力穿孔机上进行穿孔；（3）在管坯中心钻一个直径稍大于挤压芯杆的大孔，直接送到挤压机上挤压。1.1.2挤压工艺穿孔后空心管坯的温度已有所降低，必须进行再加热，以达到要求的挤压温度。 空心管坯经过加热，温度升到1180-1250 达到塑性变形状态。加热后的管坯先经除鳞，然后在玻璃粉上滚动，粘上一层玻璃粉。玻璃粉起润滑和隔热的作用。 管坯装入卧式挤压机的圆柱形挤压筒中。在挤压筒的底部装有挤压模和玻璃垫；在挤压杆内装有一根圆形芯杆（亦称穿孔针）伸到模孔中。挤压杆进入挤压筒，通过挤压垫将管坯向模孔端挤压， 随着施加的压力不断加大，先使管坯镦粗，消除管坯与挤压筒内壁之间的间隙， 接着将其从模孔中挤出。在挤压过程中，处于管坯与挤压模之间的玻璃垫融化，覆盖在钢件的表面上充当了润滑剂。 a-挤压前 b-挤压中1- 模具 2-挤压筒 3-内衬 4-挤压杆 5-芯杆 6-挤压垫 7-管坯 8-玻璃垫 9-模座 10-钢管图1.1 挤压管材示意图1.2挤压技术的历史发展及其特点1.2.1挤压技术的发展历史热挤压作为一种生产管材的加工方法，历史悠久。早在1797年就被用来挤压铝管，1894年英国人Alexnder diok开始用冷挤压法生产锡、铅、黄铜及铜合金产品。1899年俄国人首先用热挤压法生产较难熔的金属及合金棒材；1924年英国用热挤压法挤压管子；到了1925年，法国人开始用热挤压法试制黑色金属产品；1928年德国建成了世界上第一台机械挤压机，用来成批生产碳素钢钢管。以上这些试制证明了一点：黑色金属和有色金属一样可以用挤压法来生产各种产品。但是，在成批生产钢管时，由于热挤压时的润滑剂、工模具的使用寿命，无氧化加热以及提高挤压速度等一系列的工艺问题没有得到解决，因此，用热挤压法来生产合金钢和高合金钢材时，困难很大，当时及后来相当长的一段时期，实际上并没有投人工业性生产。1941年，法国人JSejoumet在Ugine电炉公司的协助下，试验玻璃润滑剂成功后，奠定了钢热挤压工艺迅速发展的基础。1942年，玻璃润滑剂高速挤压法专利许可证颁发给JSejoumet，很快被美国、英国、西班牙、奥地利、日本、瑞典和其他国家购买。1945年，玻璃润滑剂开始用于工业性生产。1951年，钢挤压机的挤压杆推进速度提高到229 mms。1955年，美国首先开始将工频电感应加热技术引入钢挤压的坯料加热工艺获得成功，接着英国也于1957年开始采用感应加热技术实现挤压坯料的“无氧化”加热。与此同时，由于特殊冶金技术的发展，其研究成果在挤压工模具材料、设计和制造中的应用，使挤压模具在高温下能够承受较大的压力、冲击和疲劳负荷，提高了使用寿命。至此，钢管热挤压工艺中的几个主要难题已经初步解决，钢管热挤压进入了一个提高生产率，进一步完善设备结构，改善技术经济指标的阶段。在美国和西欧最早从事挤压机设计和制造的公司主要有美国的劳威液压设备公司、英国的菲尔汀工厂设计公司和德国的施劳曼公司。他们采用最新科技，大量设计制造挤压机，仅劳威工程公司在短短几年中就供应了197台挤压机。其中164台用于有色金属，33台用于钢挤压。到20世纪60年代末期，世界各国共有135台以上的钢和镍及其合金的挤压机在运转，其中85一90的挤压机用于生产钢管，1015用于生产异型材。到了20世纪70年代，钢挤压技术已经发展到一个更高的水平。由于设计水平和机械制造技术的进步，使挤压机的结构和装备不断完善，采用更合理的4张力柱式横架结构、带预应力的张力柱固定螺帽、带预应力的多层结构挤压筒、旋转式“双挤压筒”和“双穿孔筒”、旋转或抽屉式模架、挤压筒的自动清理和冷却、挤压垫的自动分离和传送等新型结构，大大提高了挤压机的生产效率。同时，挤压机挤压力也向大型化发展，MN卧式挤压机是最为普遍发展的钢挤压机，世界上当时最大的挤压机是美国的350 MN立式挤压机。20世纪70年代以后新建的挤压机为数并不多。其中主要有罗马尼亚的共和国钢管厂的31 MN挤压机，日本京浜厂的315 MN管棒型材挤压机，前苏联的伏尔加钢管厂的55 MN挤压机和美国Lone Star钢管厂的55 MN挤压机等。挤压速度提高到300500 mms，挤压杆的空程速度达到600700 mms。由于自动化水平的不断提高，挤压机小时挤压次数最高可达到140次以上。加热设备普遍采用环形加热炉预热和工频感应加热炉，实现坯料的“无氧化”加热工艺。当时已有128台以上的感应加热炉在各国的挤压车间使用。为了解决模具寿命短、消耗大的问题，进行了各种合金钢、高温合金、难熔金属、金属陶瓷、硬质合金等工模具材料的应用研究，取得了很大进步。自从20世纪50年代初，世界上第一个以采用玻璃润滑剂的高速挤压方法来生产钢管的工业性车间在美国的BabcokWilcox Co开工投产，此后的1015年间，国外几乎所有的不锈钢管生产厂都逐渐地以挤压工艺来取代如热皮尔格、自动轧管等机组的其他生产不锈钢管的生产工艺，并且，又有以生产低塑性，高合金钢管以及结构型材为主的挤压机投产。20世纪70年代至20世纪末，由于连轧管机的迅速发展，原有的钢挤压机从挤合金钢管和碳素钢管让位于不锈、耐热等高合金和特种合金钢管及型材生产。因此20世纪70年代至21世纪初挤压机发展缓慢，新建的挤压机为数不多。在国内，管材的热挤压主要在有色金属行业有较早的使用历史。解放后建成的洛阳铜加工厂的35 MN挤压机，哈尔滨101铝加工厂的50 MN挤压机，是原苏联第一批的“援中”项目的有色金属挤压机。沈阳重型机器厂是我国主要挤压机制造厂之一，已经制造了上百台的挤压机，最大的是120 MN挤压机。太原重型机器厂和上海重型机器厂也制造有相当数量的挤压机，但这些基本上都是用于挤压有色金属的有色金属挤压机。1.2.2挤压加工的优点（1） 提高金属的变形能力。金属在挤压变形区中处于强烈的三向压应力状态，可以充分发挥其塑性，获得大变形量。例如，纯铝的挤压比（挤压筒断面积与制品断面积之比）可以达到500，纯铜的挤压比可达400，钢的挤压比可达4050。对于一些采用轧制，锻压等其他方法加工困难乃至不能加工的低塑性难变形金属和合金，甚至有如铸铁一类脆性材料，也可采用挤压法进行加工。（2） 制品综合质量高。挤压变形可以改善金属材料的组织，提高其力学性能，特别是对于一些具有挤压效应的铝合金，其挤压制品在淬火时效后，纵向（挤压方向）力学性能远高于其他加工方法生产的同类产品。对于某些需要采用轧制，锻造进行加工的材料，例如钛合金、LF6、LC4、MB15锻件，挤压法还常被用作铸锭的开坯，以改善材料的组织，提高其塑性。与轧制、锻造等加工方法相比，挤压制品的尺寸精度高、表面质量好。随着挤压技术的进步、工艺水平的提高和模具设计与制造技术的进步，现已可以生产壁厚0.30.5mm、尺寸精度达到0.050.1mm、的超小型高精密空心型材。（3）产品范围广。挤压加工不但可以生产断面形状简单的管、棒、线材，而且还可以生产断面形状非常复杂的实心和空心型材、制品断面沿长度方向分阶段变化的和逐渐变化的变断面型材，其中许多断面形状的制品时采用其他塑性加工方法所无法成形的。压制品的尺寸范围也非常广，断面外接圆直径达5001000mm 的超大型管材和型材，断面尺寸有如火柴棒大小的超小型精密型材。（4） 生产灵活性大。压加工具有很大的灵活性，只需要更换模具就可以在同一台设备上生产形状、尺寸、品种不同的产品且更换工模具的操作简单方便费时小、效率高。 （5 ）工艺流程简单、设备投资少。对于穿孔轧制、型轧制等管材与型材生产工艺，挤压工艺有工艺流程短设备数量与投资少等优点。（6 ）节约原材料。压属于少、切削加工大大节约了原材料。挤压加工方法也存在着一些缺点，冷挤压过程中存在模具易磨损，易破坏，对挤压设备要求较高，吨位要大，对所加工的原材料要求较高，挤压前坯料处理复杂，工艺流程设计技术水准较高，研发周期长，投入大等问题；温挤压和热挤压过程中由于加热时易产生氧化、脱碳等缺陷，也必热会降低产品的尺寸精度和表面质量，因而一般都需要对挤出型材经过大量的切削加工后才能成为最后产品。1.3挤压的类型及变形特点根据挤压筒内金属的应力应变状态、挤压方法、润滑状态、挤压温度、挤压速度、工模具的种类或结构、坯料的形状或数目、制品的形状或数目等的不同，挤压的分类方法也不同。工业上广泛应用的几种主要挤压方法，即正向挤压（正挤压）法、反向挤压（反挤压）法、侧向挤压法、玻璃润滑挤压法、静液挤压法、连续挤压法。这几种方法的主要特征如下。（1）正向挤压（正挤压）通常将金属挤压时制品流出方向与挤压轴运动方向相同的挤压，称为正向挤压或简称正挤压。正挤压是最基本的挤压方法，以其技术最为成熟、工艺操作简单、生产灵活性大等特点成为以铝及铝合金、铜及铜合金、钛合金、钢铁材料等为代表的许多工业与建筑材料成型加工中最广泛使用的方法之一。正挤压的基本特点，是挤压时坯料与挤压筒之间产生相对滑动，存在有很大的外摩擦，且在大多数情况下，这种摩擦是有害的，它使金属流动不均匀，从而给挤压制品的质量带来不利影响，导致挤压制品头部与尾部、表层部与中心部的组织性能不均匀；使挤压能耗增加；由于强烈的摩擦发热作用，限制了铝及铝合金等中低熔点合金挤压速度的提高，加快了挤压模具的磨损。（2）反向挤压反挤压金属挤压时制品流出方向与挤压轴运动方向相反的挤压，称为反向挤压或简称反挤压。反挤压法主要用于铝及铝合金（其中以高强度铝合金的应用相对较多）、铜及铜合金管材与型材的热挤压成型，以及各种铝合金铜合金、钛合金、钢铁材料零部件的冷挤压成型。反挤压时金属坯料与挤压筒壁之间无相对滑动，挤压能耗较低（所需挤压力小），因而在同样能力的设备上，反挤压可以实现更大变形程度的挤压变形，或挤压变形抗力更高的合金。（3）侧向挤压金属挤压时制品流出方向与挤压轴运动方向垂直的挤压，称为侧向挤压。由于其设备结构和金属流动特点，侧向挤压主要用于电线电缆行业各种复合导线的成型，以及一些特殊的包覆材料成型。（4）玻璃润滑挤压玻璃润滑挤压主要用于钢铁材料以及钛合金、钼合金等高熔点材料的管棒材和简单型材的成型。其主要特征是：变形材料与工具之间隔有一层处于高黏性的熔融玻璃，以减轻坯料与工具间的摩擦，并起到隔热作用。根据所用玻璃润滑剂的种类不同，其使用温度范围一般为6001200。（5）静液挤压与正挤压、反挤压等方法不同，静液挤压时金属坯料不直接与挤压筒内表面产生接触，二者之间介以高压介质，施加于挤压轴上的挤压力通过高压介质传递到坯料上而实现挤压。静液挤压时，坯料与挤压筒内表面之间几乎没有摩擦存在，接近于理想润滑状态，金属流动均匀。同时，由于坯料周围存在较高的静水压力，有利于提高坯料的变形能力。（6）连续挤压实现挤压生产的连续化是近30年来挤压技术研究开发的重要方向之一。挤压生产真正实现连续化，并获得较好的实际应用，是在英国原子能局的D.Green 与1971年发明了Conform 连续挤压法后。Conform 连续挤压法是利用变形金属与工具之间的摩擦力而实现挤压的。2方案设计本次毕业设计，经过充分考虑各种挤压方式的优缺点，最终确定选取正向挤压的方式设计6MN钢管挤压机的主体机械结构。考虑到6MN属于即压力比较小的挤压机，选定主体结构为三梁三柱的结构。2.1挤压机主要参数的确定（1）挤压力根据设计要求，挤压力定位6MN，公称挤压力选为6.3MN。（2）液体工作压力目前，用于金属液压挤压机的液体工作压力，介于2030MPa之间。为了确定后面的参数，取为25MPa。（3）挤压筒参数1）挤压筒内径和外径表1 挤压筒参数选取表挤压机吨位挤压筒直径（mm）挤压筒面积（mm）比压范围MPa挤压筒长度（mm）315063-903115.47-6358.51011-495.4355400071-1003957.19-78501010.8-509.55400500080-1125024-9847.07995.2-507.77450630090-1256358.5-12265.63900.8-513.635008/000100-1407850-15388.01019.1-519.9556012500112-18012265.63-254341019.1-491.4771016000144-22415386.0-39388.161039.9-406.2175020000160-25020096.0-49062.6995.22-407.64800挤压机公称吨位、挤压筒直径、挤压筒长度、比压范围关系表得挤压筒内径范围90125mm，取为125mm。根据缪勒提出的挤压筒外套外径为内衬内径的35倍左右的理论，则挤压筒外径为375625mm,取为450mm。2）挤压筒长度根据公式 （2.1）挤压筒长度锭坯长度（450mm）Lp挤压垫片厚度考虑穿孔引起金属倒流的长度通过计算并和挤压机公称吨位、挤压筒直径、挤压筒长度、比压范围关系表进行比较可将挤压筒长度取为530mm。3）挤压筒行程由于是长行程挤压机，所以根据公式 （2.2）可得挤压机行程Stx为265mm。4）挤压机压紧力由公式 （2.3）得挤压筒压紧力为0.3960.6MN5)挤压筒松开力根据设计方案，设定挤压筒液压缸固定在前梁上，所以松开力略大于压紧力，可由公式 （2.4）得挤压筒松开力（4）主缸系统参数1）主柱塞直径根据公式 （2.5）代入F=6.3MN，p=25Mpa，得D=0.564m根据推荐柱塞直径（JB 2001-76）将主柱塞直径定为580mm表2 推荐柱塞直径（JB 2001-76）/mm4045505560657075809095100110120125130140150160180200220250260280300320360380400420450500520560580630650710730820900920100011401200128014201500160018002000根据主柱塞直径580和公式 （2.6）得实际最大挤压力为6.6MN，满足所需要求。2）主柱塞行程由于该挤压机并未有特殊要求，所以装入锭坯的方式定为长行程方式。根据公式： （2.7）得取为1060mm3）主柱塞回程力根据经验公式 （2.8）得回程力为0.330.428MN4）快速前进力根据公式： （2.9） 得快速前进力为0.4280.642MN（5）穿孔系统参数1）穿孔力根据公式： （2.10）得穿孔力Fc=0.991.98MN2)穿孔行程由于是外置式穿孔系统穿孔行程根据公式 （2.11）Szh主柱塞行程；Scz穿孔针相对于主柱塞的行程， 得：1660mm。3）穿孔回程力 （2.12）得：穿孔回程力为0.396MN（6）主剪力、辅助剪力1）主剪力可由公式 （2.13）得主剪力为2）辅助剪力 （2.14）得辅助剪力（7）挤压机的速度参数1）挤压速度挤压速度是保证挤压过程顺利进行，保证挤压制品质量的关键因素。确定挤压速度应考虑到下述的基本原则： 技术塑性变形区的温度范围。一般说，温度范围越宽，则挤压速度越大。 挤压制品断面的复杂程度。复杂程度越高，挤压速度应该低一些。 挤压式的润滑条件。润滑条件良好，挤压速度可以提高。 金属的粘滞性。粘滞性低的金属，挤压速度可以提高。在去定挤压机的挤压速度时，一般只根据用户提出的挤压裁量，挤压的温度确定挤压机的挤压速度范围，在一般情况下，不锈钢的挤压温度在1125摄氏度，又考虑到钢管不属于复杂断面，所以选定挤压速度为300mm/s。2)穿孔速度根据铝及铝合金挤压的一般经验，穿孔速度取为100200mm/s3)空程及回程速度挤压机主柱塞空程及回程速度，直接影响挤压周期的长短。速度慢，则辅助时间长；速度过快，又会引起冲击，考虑到这种情况，一般取：空程速度 250350mm/s 回程速度100400mm/s（8）挤压工具参数1）模具设计 模具外径DMW挤压制品的最大的外接圆直径： （2.15）DT挤压筒内径由可得mm模具的外径由： （2.16）可得DMW=125151mm，取为140mm 模具厚度 H模具的厚度取决于被挤压金属的变形抗力。如果磨制成厚度调整适当，使模具不承受挤压力引起的弯曲应力的作用，则模具的厚度就可以减薄。从经济的角度触发，应在保证强度要求的条件下，使模具的厚度最薄。但考虑到安装、调整方便起见，模具的厚度应按下述数值（单位为mm）选用：20,、25、30、40、50、60、70、100在挤压机设计时，通常取单位压力位1000MPa怕时的挤压筒内径DKN做基本参数，来确定模具的厚度，其关系为： （2.17）， （2.18）由上式计算可得H=917mm。取15mm。2）挤压垫片设计挤压垫片厚度：由公式 （2.19） DKN单位压力为1000MPa时的挤压筒内径，mm得，取50mm3）挤压轴挤压轴直径：对于卧式挤压机，可由公式： （2.20）得120mm。2.2主要结构的设计2.2.1机架的主要结构挤压机的机架是承受挤压力的最基本构件，现有挤压机的机架结构分类如下： 图2.1 挤压机机架结构种类示意图（1）组合结构机架1）梁柱结构梁柱结构是指用张力柱连接前后梁的结构。现有的挤压机中，以圆形张力柱结构的占绝大多数，预应力张力柱结构大约只有二十几年的历史。 圆形张力柱结构 圆形张力柱结构的挤压机，按照张力柱的数量还可以分为二，三，四柱结构。两根张力柱承载能力有限且稳定性不好，因而没有得到广泛应用。三张力柱有正三角形，倒三角形，侧三角形配置之分。采用回转模座时，侧三角形配置比较好。大中型挤压机多采用四柱结构。在有些挤压机上，张力柱除了受挤压力以外，还兼作动梁和挤压筒的导轨。中小型挤压机的张力柱，一般采用35.45.40.40Cr钢整体锻造结构。在前后梁的内外侧均用螺母紧固，这种结构形式具有加工，制造，安装都比较方便的优点，因而被普遍采用。固定方式如下图：图2.2 张力柱固定结构示意图 预应力张力柱结构 预应力张力柱结构的特点是用多层叠板拉杆（呈平放的“I”）和承压构件箱型压柱代替了传统的用螺母紧固的圆形张力柱，将前后梁用预应力组成一个刚性机构，一般拉杆是由四块两端带挡头的厚钢板叠在一起构成，在前后梁内侧的拉杆外表面套上箱型压柱。在一定的预应力下，使拉杆伸长变形，在压柱的一端加上垫板，从而使整个机架处于预应力的状态下。2）框架结构机架 单层板框架结构 近年来，一些新型的挤压机采用了单层板框架平板式张力柱结构。这种框架是用厚度为200400mm的轧制板材焊接而成。它与直径较大的圆形张力柱相比，具有更好的金属组织。长期使用的试验表明，张力柱螺纹连接的颈部是最薄弱的环节，张力柱的破坏经常发生在此处。如采用框架结构，由于横梁与立柱之间有较大的过度半径，因而不存在一般张力柱的上述问题。框架结构所用的后半与张力柱的直径相比，尺寸还是小的多，因而可以提高质量，减少缺陷，从而提高了框架结构的可靠性和耐用性。 筒式结构 筒式结构的挤压机机架是德国施劳曼公司米尔液压分部设计的，并且已经生产了多台。这种挤压及的机架是由上下两块半筒式构建用八个螺栓连接成筒体结构。这种结构的机架具有很高的刚度，对基础要求不高，也有所谓“无基础挤压机”之称。但是，由于上下半筒体为铸钢件，且对其质量有较高的要求，所以这种结构适用于中小型挤压机。建造大型挤压机还是用锻制的张力柱更为可靠些。筒式结构在制造工艺上也存在较多的困难。（2）整体铸钢机架由于早期生产的挤压机挤压力普遍比较小，采用整体铸钢机架还是比较常见的。毫无疑问，这种机架具有更大的刚度，但是机架笨重，结构复杂，铸造质量难于保证等缺点，限制了这种结构的发展，尤其是随着挤压力的逐渐加大，这种结构已经不在采用了。本设计方案，在充分考虑到各方案的优缺点以及制造成本和自身能力的前提下，选用的是梁柱结构中的圆形张力柱结构。由于设计的挤压机为6MN的挤压机，属于小吨位的挤压机，为了节省材料，降低成本，选用了三张力柱的结构。2.2.2主缸（工作缸）部件主缸是挤压机的核心部件。它由主缸体，主柱塞，铜套及密封装置等组成。高压液体作用在主柱塞端面上的力，通过挤压轴施加在挤压筒内的锭坯上，就是所谓的挤压力。在一般情况下，中小型挤压机的主缸只有一个，而大型挤压机限于制造工艺条件，以及挤压力的分级考虑，主缸设有24个。有的挤压机穿孔力在必要时也可以考虑到挤压力上。考虑到制造工艺及维护方便等因素，挤压机的主缸全部都是柱塞式结构。因此，主柱塞必须另设回程缸。泵直接传动的挤压机，一般用快速前进钢作为主回程缸。挤压机的主缸应有良好的制造工艺，运行可靠，维修方便。在不解体的情况下，就能更换密封装置。主缸及主柱塞的长度选择，应在可能的条件下保证不拆开挤压机就能更换主缸及主柱塞。主缸及主柱塞的长度还取决于主柱塞的工作行程。对于短行程的挤压机，其行程略大于挤压筒的长度，锭坯可以在模座与挤压筒之间装入。对于长行程挤压机，其行程略大于两倍挤压筒的长度，锭坯可以再动梁与挤压筒之间装入。长行程挤压机具有较高的生产效率。中小型挤压机在主缸与后梁铸成整体时，用35号钢。主缸单体制造是选用40，50优质结构钢。随着电渣焊工艺的发展，缸体开始采用25MnSi钢铸造。这种材料具有良好的可焊接性，而且对应力集中不敏感，其力学性能优于35号铸钢和35号钢。25MnSi力学性能如下：下图为设计的挤压机的主缸部分结构：图2.3 主缸结构图柱塞的主体部分由实心锭锻造，然后穿出直径200mm的孔，为穿孔杆留下空间，也减少内孔的加工量。为了提高耐磨性，柱塞的表面应该进行淬火或者滚压加工。近年来出现了在柱塞面堆焊一层不锈钢（2Cr13）的办法，可使表面硬度达到2843HRC，比一般40钢制造的柱塞寿命增加23倍。柱塞表面的粗糙度一般要求为，但是镀鉻抛光处理的柱塞表面粗糙度可以达到。粗糙度偏高会使柱塞很快“拉毛”，甚至必须拆下重新处理，而且会使密封很快失效，引起液体泄漏。主缸内的铜套，在主柱塞往复运动的时候，起导向和中心定位的作用，故也有导套之称。一般用青铜ZQSn6-6-3，ZQSn12-1，ZQ8-12等材料制造。铜套的长度Ltt与主柱塞的直径Dzh的比值一般为0.50.75，比值过大则会增加挤压机的总长度和设备自重。铜套与缸体的配合可以采用H7/m7，H8/m7，配合，这种配合属于过渡配合，孔为下限尺寸，轴为上限尺寸时有过盈，要用外力压入。压入时要慎防倾斜。铜套与柱塞之间的配合一般采用H8/f9（基孔制）、F8/h9（基轴制）配合，这是间隙配合。按照公差配合手册可以查到H8/h8，H9/h9也是间隙配合之列，但是这种配合在孔最小、轴最大的时候（在公差范围内的合格品），在这种极限情况下会造成铜套与柱塞之间间隙为“0”，不宜选用。铜套内表面粗糙度Ra以3.21.6较合适，提高铜套的粗糙度比较困难，尽量达到1.6最好。铜套宜采用离心浇铸，不得有沙眼等缺陷。铜套的外侧装有密封元件，以防高压液体泄漏。对密封元件的要求如下：a) 密封可靠，能随着压力的增高自动提高密封性能；b) 摩擦阻力要小，耐磨损，耐高速，使用寿命要长；c) 便于维护，易更换，容易制造，成本低；d) 对工作介质有良好的稳定性，耐酸、耐碱、耐氧化，不与工作介质起任何化学反应；e) 适应工作温度的范围要宽（但是对挤压机而言，这个温度范围在30范围之内），在工作温度范围内体积变化要小；f) 要有适当的机械强度，永久变形要小。密封元件一般制作成与密封的轴或者是孔相应的圆环状或者是长条状。界面以圆形、V形、花蕾形多种，适用与不同的场合。广州机械科学研究院密封研究所制作的GJES系列的V型组合密封圈。V型密封圈采用丁腈橡胶，支撑环、压环采用尼龙或者聚四氟乙烯制成。安装机构细节如下图： 图2.4 主柱塞密封圈结构图从上到下的结构一次是压圈，V形圈和支撑圈。所选的蜜蜂结构中，选取的密封圈层数为5。2.2.3三梁的设计（1）后梁后梁是挤压机最重要的承载构建之一。后梁的机构即决定于制造厂工艺的可能型，又决定于挤压机挤压力的大小和用途。在比较小的挤压机上（此次设计的挤压机属于比较小的挤压机），后梁一般与主缸铸成整体构建，而对于大型挤压机主缸都为单体构建，装载后梁的镗孔中。虽然此次设计的挤压机属于小型挤压机，但是考虑到铸件的精确程度和维护装配的方便，依旧采取了分体制造，最后采用电渣焊的方式，将主缸和后梁连接在一起。后梁的示意图如下：图2.5 后梁结构图（2）前梁前梁也是挤压机的主要受力构件之一。普通的前梁多位中心铸钢腹板结构。近年来，有些厂家把前梁做成了实心机构或者是钢板焊接结构。大型挤压机铸钢结构的前梁重量可达100130t，甚至更高些。前梁的具体结构与挤压制品同压余分离方式，模座形式等有关。前梁是挤压机的主要受力构件之一，因此，前梁的设计必须经过强度计算，在自重尽可能轻的条件下，提高可靠性。为了缩短挤压过程的辅助时间，在有些挤压机(特别是近年来可以连续生产的挤压机)的前梁上设有模具快速更换装置。这种装置基本上有两种类型，即横向滑移模座和回转模座。此次设计的挤压机一方面属于小型的挤压机，没有必要采用中心腹板结构，因为前梁自身并没有显得很巨大。相反，即使使用了中空腹板的结构，节省的材料并不一定可以补偿因此而提高的加工成本。再者，对于规模较小的挤压机，自身的负载小，模具更换也不是很频繁，因此采取了纵向滑移模座，稍微的加大了换模所需要的时间。设计的结构如下图：图2.6 前梁连接关系图（3）动梁挤压机的动梁装置在主柱塞的前端，而在动梁的前端面上装置挤压机的主要挤压工具挤压轴。动梁的作用有两个：意识挤压机主柱塞在向前推进时，平衡主柱塞外伸部分的自重；二是利用动梁下部或者是上部的导向装置控制挤压轴的方向。对于只有一个主缸的挤压机（中、小型），动梁的机构比较简单，在与挤压轴断面的基础部分承受挤压力的作用。而对于几个（24个）主缸的大型挤压机，动梁既承受压力的作用，又受弯矩的作用，结构也随之变得复杂些。动梁的结构与有无穿孔系统及穿孔系统的配置有关。在无穿孔系统或后置穿孔系统时，动梁在挤压轴线方向的长度比较短，动梁只是起到上述的两个作用；在内置或者是侧置式穿孔系统的挤压机上，为了控制穿孔针的中心线与挤压轴重合，经常在动梁内设置穿孔机构的导向装置。在这种情况下，动梁一般做成有窗口式，在窗口内设置穿孔机构的导向装置，因而动梁在挤压轴线方向上的长度与一般结构相比，至少长了一个相当于穿孔行程的长度。动梁的一个重要功能是导向，导轨的设计应予以十分重视。在早期的动梁的设计中，导轨一般直接是在机架上的，在挤压轴线的下面，工作条件差，易被赃物侵入，造成导轨接触面损坏。为了克服上面所说的困难，在动梁的设计中很多挤压机的导向装置直接利用出于上面位置的两个张力柱做导轨，从而改善了导轨的工作环境。但是又出现了一个新的问题：这样的张力柱不仅仅要承受挤压力的作用，而且还要承受动