挤压成形工艺手册

挤压成形工艺手册一、挤压成形工艺概述

挤压成形是一种金属塑性加工工艺，通过将金属坯料放入挤压筒内，通过挤压杆施加压力，使金属从特定形状的模孔中流出，从而获得所需形状和尺寸的型材。该工艺广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。

（一）挤压成形工艺分类

1.热挤压：金属在再结晶温度以上进行挤压，适用于挤压高硬度、高强度的金属材料。

2.冷挤压：金属在再结晶温度以下进行挤压，适用于挤压精度要求高、表面质量好的金属材料。

3.温挤压：金属在再结晶温度附近进行挤压，兼具热挤压和冷挤压的优点。

（二）挤压成形工艺特点

1.产品形状复杂：可挤压出空心、实心、阶梯状等多种形状的型材。

2.精度高：产品尺寸精度和表面质量较高。

3.材料利用率高：金属流动均匀，废料少。

4.生产效率高：可实现自动化生产，生产周期短。

二、挤压成形工艺设备

（一）挤压机

1.类型：按挤压杆前进方式分为推料式和拉料式；按结构分为立式和卧式。

2.主要参数：挤压力、挤压速度、挤压温度等。

（二）挤压模具

1.类型：按模孔形状分为圆孔模、异形模等；按工作方式分为正向挤压模、反向挤压模等。

2.材质：通常选用高硬度、高耐磨性的合金钢，如Cr12MoV。

（三）辅助设备

1.加热设备：用于加热金属坯料，如感应加热炉、燃气加热炉。

2.冷却设备：用于冷却挤压后的型材，如水冷系统、风冷系统。

3.输送设备：用于输送金属坯料和成品型材，如辊道、传送带。

三、挤压成形工艺流程

（一）坯料准备

1.坯料尺寸：根据所需型材尺寸确定坯料尺寸，一般坯料高度为型材高度的1.2-1.5倍。

2.坯料形状：常见的坯料形状为圆柱体，对于复杂型材可采用预变形坯料。

3.坯料加热：热挤压时，坯料加热温度通常控制在再结晶温度以上100-200℃。

（二）挤压成形

1.装模：将加热后的坯料放入挤压筒内，安装挤压模具。

2.挤压：启动挤压机，缓慢推进挤压杆，使金属从模孔中流出。

3.成形：金属在模孔内被压实、整形，最终形成所需形状的型材。

（三）后处理

1.冷却：挤压后的型材需进行冷却，以消除残余应力、提高硬度。

2.校正：对型材进行校正，确保尺寸精度和形状精度。

3.表面处理：根据需要，可进行抛光、喷涂等表面处理。

四、挤压成形工艺参数

（一）挤压温度

1.热挤压：温度范围通常为800-1200℃，具体温度取决于金属材料和所需性能。

2.冷挤压：温度接近室温，需控制变形抗力，防止金属开裂。

3.温挤压：温度范围介于热挤压和冷挤压之间，通常为再结晶温度附近。

（二）挤压速度

1.热挤压：速度范围通常为0.5-5m/min，高速挤压可提高生产效率，但易造成表面缺陷。

2.冷挤压：速度范围通常为0.1-1m/min，需控制变形速度，防止金属开裂。

3.温挤压：速度范围介于热挤压和冷挤压之间，需根据具体工艺调整。

（三）挤压比

1.定义：挤压比是指坯料横截面积与型材横截面积的比值。

2.影响因素：挤压比越大，金属流动越剧烈，型材强度越高，但易造成表面缺陷。

3.控制范围：热挤压比通常为3-10，冷挤压比通常为1.5-4。

五、挤压成形工艺常见问题及解决方法

（一）表面缺陷

1.原因：模孔磨损、坯料表面不洁、挤压速度过快等。

2.解决方法：选用耐磨模具、清洁坯料表面、控制挤压速度。

（二）尺寸偏差

1.原因：模具磨损、挤压温度不当、挤压速度不稳定等。

2.解决方法：定期更换模具、控制挤压温度、稳定挤压速度。

（三）开裂

1.原因：金属材料塑性不足、挤压温度过低、挤压比过大等。

2.解决方法：选用塑性较好的金属材料、提高挤压温度、适当降低挤压比。

六、挤压成形工艺应用

（一）航空航天领域

1.应用：飞机起落架、机身框架、发动机部件等。

2.优势：高强度、轻量化、复杂形状。

（二）汽车领域

1.应用：汽车底盘、车身结构、发动机部件等。

2.优势：高强度、轻量化、成本效益高。

（三）建筑领域

1.应用：建筑型材、装饰材料、管道等。

2.优势：耐腐蚀、高强度、美观大方。

七、挤压成形工艺材料选择

（一）金属材料类型

1.纯金属：如铝、铜等，具有良好的塑性和导电性，适用于热挤压和冷挤压。

(1)铝合金：常用牌号如6061、6063，具有良好的强度、塑性和耐腐蚀性，广泛应用于建筑型材和装饰材料。

(2)铜合金：常用牌号如H62、H68，具有良好的导电性和耐腐蚀性，广泛应用于电线电缆和管道。

2.合金：如钢、钛合金等，具有更高的强度和硬度，适用于热挤压和温挤压。

(1)钢：常用牌号如20Cr、40Cr，具有良好的强度和韧性，适用于挤压结构件。

(2)钛合金：常用牌号如TC4、TC6，具有良好的高温强度和耐腐蚀性，适用于航空航天领域。

（二）材料选择依据

1.使用性能：根据最终产品的使用环境和性能要求选择合适的金属材料。

2.成形性能：选择具有良好的塑性和流动性的金属材料，以确保挤压过程的顺利进行。

3.经济性：综合考虑材料成本、加工成本和使用寿命，选择性价比高的金属材料。

4.加工工艺：根据所选金属材料的加工特性，选择合适的挤压工艺参数。

八、挤压成形工艺质量控制

（一）坯料质量控制

1.尺寸精度：坯料尺寸偏差应控制在±0.5mm以内，以确保挤压过程的稳定性。

2.形状精度：坯料形状应平整，无明显翘曲和变形，以避免影响挤压质量。

3.表面质量：坯料表面应光滑，无锈蚀、氧化皮等缺陷，以防止影响最终产品的表面质量。

4.化学成分：坯料化学成分应均匀，无偏析现象，以确保最终产品的性能稳定。

（二）挤压过程质量控制

1.挤压温度控制：严格控制挤压温度，温度偏差应控制在±10℃以内，以确保金属材料的流动性和最终产品的性能。

2.挤压速度控制：严格控制挤压速度，速度偏差应控制在±0.1m/min以内，以确保金属材料的流动性和最终产品的尺寸精度。

3.挤压力控制：严格控制挤压力，压力偏差应控制在±10%以内，以确保挤压过程的稳定性。

4.模具间隙控制：严格控制模具间隙，间隙偏差应控制在±0.05mm以内，以确保最终产品的尺寸精度和表面质量。

（三）成品质量控制

1.尺寸精度：成品尺寸偏差应控制在±0.2mm以内，以满足使用要求。

2.形状精度：成品形状应平整，无明显翘曲和变形，以满足使用要求。

3.表面质量：成品表面应光滑，无裂纹、起皮、凹坑等缺陷，以满足使用要求。

4.性能检测：对成品进行力学性能测试、金相组织分析等，以确保最终产品的性能满足使用要求。

5.检验方法：常用检验方法包括尺寸测量、表面检测、力学性能测试、金相组织分析等。

九、挤压成形工艺安全操作规程

（一）设备安全操作

1.设备启动前检查：

(1)确认设备电源已连接，电压符合要求。

(2)确认设备各部件已紧固，无松动现象。

(3)确认设备润滑系统已加注润滑油，润滑正常。

(4)确认设备安全防护装置已安装到位，功能正常。

2.设备运行中监控：

(1)密切关注设备运行状态，发现异常声音、振动、温度等，应立即停机检查。

(2)定期检查设备各部件磨损情况，及时更换磨损严重的部件。

(3)确保设备冷却系统正常运行，防止设备过热。

3.设备停机维护：

(1)停机后，先切断设备电源，再进行维护保养。

(2)清洁设备表面及各部件，去除污垢和杂物。

(3)检查设备各部件磨损情况，及时更换磨损严重的部件。

(4)加注润滑油，确保设备润滑正常。

（二）操作人员安全防护

1.个人防护用品：

(1)佩戴安全帽，防止头部受伤。

(2)佩戴防护眼镜，防止飞溅物伤及眼睛。

(3)佩戴防护手套，防止手部受伤。

(4)佩戴防护服，防止身体受伤。

(5)佩戴防护鞋，防止脚部受伤。

2.操作规范：

(1)操作人员应经过专业培训，熟悉设备操作规程和安全知识。

(2)操作人员应严格按照操作规程进行操作，不得违章操作。

(3)操作人员应保持专注，不得擅离岗位。

(4)操作人员应定期进行安全检查，发现安全隐患及时处理。

（三）作业环境安全要求

1.作业环境应保持整洁，通道应保持畅通。

2.作业环境应具有良好的通风条件，防止有害气体积聚。

3.作业环境应配备消防设施，并定期进行检查和维护。

4.作业环境应配备急救箱，并定期进行检查和补充。

十、挤压成形工艺发展趋势

（一）新型金属材料应用

1.高强铝合金：具有更高的强度和轻量化特点，适用于航空航天、汽车等领域。

2.镁合金：具有更高的比强度和比刚度，适用于汽车、3C产品等领域。

3.非晶合金：具有优异的力学性能和耐腐蚀性，适用于高端装备制造领域。

（二）先进挤压工艺开发

1.等温挤压：在等温条件下进行挤压，可提高金属材料的塑性和成形性能。

2.循环挤压：通过多次挤压，可提高金属材料的强度和硬度。

3.挤压-轧制复合工艺：将挤压和轧制工艺相结合，可提高生产效率和产品质量。

（三）智能化控制技术

1.数控技术：通过数控系统控制挤压过程，可提高生产效率和产品质量。

2.传感器技术：通过传感器监测挤压过程中的温度、速度、压力等参数，可实现实时控制。

3.人工智能技术：通过人工智能技术分析挤压过程中的数据，可实现工艺优化和生产预测。

一、挤压成形工艺概述

挤压成形是一种金属塑性加工工艺，通过将金属坯料放入挤压筒内，通过挤压杆施加压力，使金属从特定形状的模孔中流出，从而获得所需形状和尺寸的型材。该工艺广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。

（一）挤压成形工艺分类

1.热挤压：金属在再结晶温度以上进行挤压，适用于挤压高硬度、高强度的金属材料。

2.冷挤压：金属在再结晶温度以下进行挤压，适用于挤压精度要求高、表面质量好的金属材料。

3.温挤压：金属在再结晶温度附近进行挤压，兼具热挤压和冷挤压的优点。

（二）挤压成形工艺特点

1.产品形状复杂：可挤压出空心、实心、阶梯状等多种形状的型材。

2.精度高：产品尺寸精度和表面质量较高。

3.材料利用率高：金属流动均匀，废料少。

4.生产效率高：可实现自动化生产，生产周期短。

二、挤压成形工艺设备

（一）挤压机

1.类型：按挤压杆前进方式分为推料式和拉料式；按结构分为立式和卧式。

2.主要参数：挤压力、挤压速度、挤压温度等。

（二）挤压模具

1.类型：按模孔形状分为圆孔模、异形模等；按工作方式分为正向挤压模、反向挤压模等。

2.材质：通常选用高硬度、高耐磨性的合金钢，如Cr12MoV。

（三）辅助设备

1.加热设备：用于加热金属坯料，如感应加热炉、燃气加热炉。

2.冷却设备：用于冷却挤压后的型材，如水冷系统、风冷系统。

3.输送设备：用于输送金属坯料和成品型材，如辊道、传送带。

三、挤压成形工艺流程

（一）坯料准备

1.坯料尺寸：根据所需型材尺寸确定坯料尺寸，一般坯料高度为型材高度的1.2-1.5倍。

2.坯料形状：常见的坯料形状为圆柱体，对于复杂型材可采用预变形坯料。

3.坯料加热：热挤压时，坯料加热温度通常控制在再结晶温度以上100-200℃。

（二）挤压成形

1.装模：将加热后的坯料放入挤压筒内，安装挤压模具。

2.挤压：启动挤压机，缓慢推进挤压杆，使金属从模孔中流出。

3.成形：金属在模孔内被压实、整形，最终形成所需形状的型材。

（三）后处理

1.冷却：挤压后的型材需进行冷却，以消除残余应力、提高硬度。

2.校正：对型材进行校正，确保尺寸精度和形状精度。

3.表面处理：根据需要，可进行抛光、喷涂等表面处理。

四、挤压成形工艺参数

（一）挤压温度

1.热挤压：温度范围通常为800-1200℃，具体温度取决于金属材料和所需性能。

2.冷挤压：温度接近室温，需控制变形抗力，防止金属开裂。

3.温挤压：温度范围介于热挤压和冷挤压之间，通常为再结晶温度附近。

（二）挤压速度

1.热挤压：速度范围通常为0.5-5m/min，高速挤压可提高生产效率，但易造成表面缺陷。

2.冷挤压：速度范围通常为0.1-1m/min，需控制变形速度，防止金属开裂。

3.温挤压：速度范围介于热挤压和冷挤压之间，需根据具体工艺调整。

（三）挤压比

1.定义：挤压比是指坯料横截面积与型材横截面积的比值。

2.影响因素：挤压比越大，金属流动越剧烈，型材强度越高，但易造成表面缺陷。

3.控制范围：热挤压比通常为3-10，冷挤压比通常为1.5-4。

五、挤压成形工艺常见问题及解决方法

（一）表面缺陷

1.原因：模孔磨损、坯料表面不洁、挤压速度过快等。

2.解决方法：选用耐磨模具、清洁坯料表面、控制挤压速度。

（二）尺寸偏差

1.原因：模具磨损、挤压温度不当、挤压速度不稳定等。

2.解决方法：定期更换模具、控制挤压温度、稳定挤压速度。

（三）开裂

1.原因：金属材料塑性不足、挤压温度过低、挤压比过大等。

2.解决方法：选用塑性较好的金属材料、提高挤压温度、适当降低挤压比。

六、挤压成形工艺应用

（一）航空航天领域

1.应用：飞机起落架、机身框架、发动机部件等。

2.优势：高强度、轻量化、复杂形状。

（二）汽车领域

1.应用：汽车底盘、车身结构、发动机部件等。

2.优势：高强度、轻量化、成本效益高。

（三）建筑领域

1.应用：建筑型材、装饰材料、管道等。

2.优势：耐腐蚀、高强度、美观大方。

七、挤压成形工艺材料选择

（一）金属材料类型

1.纯金属：如铝、铜等，具有良好的塑性和导电性，适用于热挤压和冷挤压。

(1)铝合金：常用牌号如6061、6063，具有良好的强度、塑性和耐腐蚀性，广泛应用于建筑型材和装饰材料。

(2)铜合金：常用牌号如H62、H68，具有良好的导电性和耐腐蚀性，广泛应用于电线电缆和管道。

2.合金：如钢、钛合金等，具有更高的强度和硬度，适用于热挤压和温挤压。

(1)钢：常用牌号如20Cr、40Cr，具有良好的强度和韧性，适用于挤压结构件。

(2)钛合金：常用牌号如TC4、TC6，具有良好的高温强度和耐腐蚀性，适用于航空航天领域。

（二）材料选择依据

1.使用性能：根据最终产品的使用环境和性能要求选择合适的金属材料。

2.成形性能：选择具有良好的塑性和流动性的金属材料，以确保挤压过程的顺利进行。

3.经济性：综合考虑材料成本、加工成本和使用寿命，选择性价比高的金属材料。

4.加工工艺：根据所选金属材料的加工特性，选择合适的挤压工艺参数。

八、挤压成形工艺质量控制

（一）坯料质量控制

1.尺寸精度：坯料尺寸偏差应控制在±0.5mm以内，以确保挤压过程的稳定性。

2.形状精度：坯料形状应平整，无明显翘曲和变形，以避免影响挤压质量。

3.表面质量：坯料表面应光滑，无锈蚀、氧化皮等缺陷，以防止影响最终产品的表面质量。

4.化学成分：坯料化学成分应均匀，无偏析现象，以确保最终产品的性能稳定。

（二）挤压过程质量控制

1.挤压温度控制：严格控制挤压温度，温度偏差应控制在±10℃以内，以确保金属材料的流动性和最终产品的性能。

2.挤压速度控制：严格控制挤压速度，速度偏差应控制在±0.1m/min以内，以确保金属材料的流动性和最终产品的尺寸精度。

3.挤压力控制：严格控制挤压力，压力偏差应控制在±10%以内，以确保挤压过程的稳定性。

4.模具间隙控制：严格控制模具间隙，间隙偏差应控制在±0.05mm以内，以确保最终产品的尺寸精度和表面质量。

（三）成品质量控制

1.尺寸精度：成品尺寸偏差应控制在±0.2mm以内，以满足使用要求。

2.形状精度：成品形状应平整，无明显翘曲和变形，以满足使用要求。

3.表面质量：成品表面应光滑，无裂纹、起皮、凹坑等缺陷，以满足使用要求。

4.性能检测：对成品进行力学性能测试、金相组织分析等，以确保最终产品的性能满足使用要求。

5.检验方法：常用检验方法包括尺寸测量、表面检测、力学性能测试、金相组织分析等。

九、挤压成形工艺安全操作规程

（一）设备安全操作

1.设备启动前检查：

(1)确认设备电源已连接，电压符合要求。

(2)确认设备各部件已紧固，无松动现象。

(3)确认设备润滑系统已加注润滑油，润滑正常。

(4)确认设备安全防护装置已安装到位，功能正常。

2.设备运行中监控：

(1)密切关注设备运行状态，发现异常声音、振动、温度等，应立即停机检查。

(2)定期检查设备各部件磨损情况，及时更换磨损严重的部件。

(3)确保设备冷却系统正常运行，防止设备过热。

3.设备停机维护：

(1)停机后，先切断设备电源，再进行维护保养。

(2)清洁设备表面及各部件，去除污垢和杂物。

(3)检查设备各部件磨损情况，及时更换磨损严