金屬擠壓成形理論及技術發展現狀與趨勢

陳煥濤

摘要：金屬擠壓成形屬于加壓成形的方式，普遍運用在國防、家電等領域，特別是在制造高性能零部件的時候具有突出的作用，其主要是融合了塑性加工的特點，并且具有生產時間短、效率高等優勢，所以具備非常不錯的市場前景。那么下面我們就來具體的介紹一下金屬擠壓成形理論和技術的發展現狀和未來趨勢。

關鍵詞：金屬材料；擠壓鑄造；生產應用

擠壓成形也被叫做液壓模段，一共分成兩個部分，分別為擠壓鑄造以及間接擠壓鑄造。其中前者主要是把熔融態金屬放入敞口模具，之后關閉模具，然后進行高壓處理，這樣一來就能夠讓凝固的金屬發生塑性變形的情況，從而就可以制造出毛坯。而后者主要是熔融態金屬通過沖頭施加的高壓，在封閉的模具型腔里結晶凝固成型，從而得到毛坯的方式。而因為擠壓鑄造技術具備很多的優勢以及加高的生產效率的，所以得到了普遍的青睞。

一、金屬擠壓成形理論

熱擠壓采用的坯料較短，同時因為是在溫度較高的情況下進行擠壓，所在擠壓期間會發生變形情況，而這正是出現擠壓缺點的主要原因。變形理論主要包括兩個方面，分別為材料變形干擾以及模具工作面中的摩擦，不過用最為基礎的算法來掌握斷面應力的分布情況是沒有任何效果的。所以，從上世紀六十年代開始，就出現了“移滑線法”、“上線法”等，不過使用起來卻比較的復雜。而現在，因為電腦的普及，所以能夠檢測出擠壓比、摩擦系數等給加工應力所造成的影響。

總體說來，在發展的過程當中，金屬擠壓理論得到了很大程度的完善，并創造出了很多合理的分析方式，從而能夠獲取擠壓期間技術和模具中的應力-應變、溫度-速度的具體情況，這樣一來就為科學的制造模具創造了非常好的條件。而由于大型電子技術以及設計理論的逐步完善，讓有限元、變分法等雖繁瑣但是卻有效率的方式得到了良好的發展，并已經得到了普遍的使用。

二、金屬擠壓成形技術的現狀

（一）擠壓工模具的現狀

總體來說的話，無論是在設計運算、結構選用，還是裝卸方式、研發全新材料方面，都獲得了相應的提高。而若想提升擠壓技術的進步，延長模具的使用時間，很多國家都對其采取了大量的研究工作，并研究出了舌型模、寬展模等。此外，還研發了多個類型的活動模架，從而讓模具的裝卸工作變得更加簡單，從而節省了輔助時間。而高合金化的H11、H13以及SKD61等的研發，和最新熱處理方式的使用，讓磨具性能更是得到了很大程度的提高。電火花線切割技術的用到自模工作當中，不但能夠加強模孔的硬度和光滑度，同時還很大程度的提升了制模的生產效果，這樣一來就為完成制模自動化的目標提供了非常好的條件。因為電腦在對擠壓模具進行制作的時候會使用電腦，而想要達到自動化的效果，那么就一定要加強模具的質量和延長使用的時間。

（二）擠壓工藝不斷改進和完善

這些年以來，在改善正反向擠壓的工藝的同時，還誕生了很多能夠加強擠壓效果的全新工藝，而且也給冷擠壓、潤滑擠壓、等溫擠壓等采取了全面的分析，并得到了合理的使用。在上世紀60年代所普遍采用的靜液壓技術因為具備較多的優勢，所以得到了一定程度的發展。另外，比如舌型模擠壓、平面組合模擠壓等工藝也都普遍采用到了金屬加工當中，它們對豐富金屬材料的種類，加強擠壓生產的效果，挖掘輕合金的潛力，降低擠壓力以及節省成本都起到了非常重要的效果。

（三）擠壓產品的結構發生了明顯的變化

從上世紀60年代至今，輕合金擠壓材的質量得到了明顯的提升，甚至還超越了鋼鐵的增長速度。根據調查發現，現在輕合金擠壓材的產量在一年內能夠達到800萬噸以上。因為擠壓材料普遍會用到建設施工當中，而在軍事用途上卻降低了5%，從而使得軟合金的比重得到了增長，而硬合金比重卻降低了不少。此外，鋁合金型材發展速度最為迅猛，產量能夠占到擠壓材的70%。現在的型材品種一共具有50000多種，主要包含階段變斷面型材、異形空新型材等。擠壓型材長度能夠具有25m到30m，重量則為2t。而高精度型材在寬度上則具有150m到300m，帶孔空新型材的孔數則具有10個以上。此外，管材的品種也獲得了明顯的提升，不但包括各種規格的圓管，而且還制造出了各類輕合金異形管、螺旋管等。而擠壓原管道的規模通常控制在Ф20 1.5mm-Ф625 15mm之間，最薄壁的厚度則為0.38mm。冷擠壓管具有很高的精度，通常無需采取機械加工，而且無論是內表面還是外表面都不用采取處理就能夠進行裝機使用，比如具有11條骨的反應堆套管，其壁厚公差只有±0.07mm，而管材的長度能夠至少具有千米。

三、金屬擠壓成形的發展趨勢和研發方向

（一）發展擠壓加工理論和技術時要考慮的重點方向和目標

盡屬擠壓成形還需要將實際應用和理論進行融合，不過最主要的工作還是要將理論基礎和實際工作相融合，進而來實現提高生產效率、質量、節省成本、豐富品種的目的。而在提升金屬擠壓加工理論和技術期間，要考慮的項目包括：

（1）降低外摩擦，提升變形效率

（2）提高精品精度

（3）擠壓設備技術應有優勢和發展

（二）降低外摩擦，提升變形效率

外摩擦很大，同時會轉化為摩擦熱，能夠讓材料和工具發生燒結的情況，而且也會讓剪切變形更加的嚴重。在金屬擠壓期間，大的外摩擦不但會導致變形力增大至少30#，同時還會降低表面質量，導致裂紋的出現。而在摩擦熱導致熱金屬溫度增加的時候，就會降低變形的速度，這樣一來就會影響生產質量。而若想降低外摩擦，那么就要采用包套擠壓、潤滑擠壓、連續擠壓以及靜液擠壓等方式。

（三）提高精品精度

相關研究者為了能夠提高產品尺寸的準確度以及形位公差，做了大量的研發工作，而所獲取的成就以及將來的課題包括：（1）模具結構化設計和強度校核運算分析；模具全新材料和熱處理技術的研發；模具CAD技術研發。（2）對冷壓機、反擠壓等的研發；（3）扁擠壓，保護膜擠壓的研發。

（四）擠壓設備技術應有優勢和發展

在采用加油成形技術期間，重點采用的是擠壓機，其優點在于：一，在使用期間，能夠有效的控制高精準度，這樣一來就可以研發出液壓控制閥門；二，此設備還具有完備的澆筑功能，從而得以提高材料成形的效果；三，能夠加強合模機的工作效果。

擠壓鑄造設備的發展前景主要表現在其具備了較有的使用率，而且根據對其的技術研究，能夠優化傳統設備技術，從而得以提高設備成形的效率和成形后的運用范圍。目前，廣泛使用到工業制作的擠壓機主要包括缸式、混合式等。此外，擠壓機的控制系統可以讓每道成型工序都可以順利的完成，而且還能夠對整個施工工序的過程進行有效的監控，把控制系統從傳統的運行控制轉變成智能總成控制系統，從而就能夠提升擠壓設備的效率。

結束語：

通過以上內容我們能夠了解到，在塑性成形中，金屬擠壓是非常主要的一種方式，對其理論的研究以及技術的研發都步入了嶄新的階段，而且也是加強金屬擠壓成形的重要階段。所以，要根據過去的研發經驗，來找到所存在的問題，然后創建出全新的研究目標，這樣一來就能夠開辟出一條持續發展的道路。

參考文獻

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（作者單位：汕頭華興冶金設備股份有限公司）