擠(ji)壓(ya)(ya)作為一種壓(ya)(ya)力加(jia)工的方(fang)法(fa),早在1797年(nian)就被用(yong)來(lai)(lai)擠(ji)壓(ya)(ya)鋁管;1894年(nian)英(ying)國(guo)(guo)人(ren)(ren) Alexnder Diok開始用(yong)冷擠(ji)壓(ya)(ya)法(fa)生(sheng)產(chan)錫、鉛、黃銅(tong)以及銅(tong)合金(jin)產(chan)品(pin);1899年(nian),俄(e)國(guo)(guo)人(ren)(ren)首先用(yong)熱(re)擠(ji)壓(ya)(ya)法(fa)生(sheng)產(chan)較難(nan)熔(rong)的金(jin)屬(shu)和合金(jin)棒材;1924年(nian)英(ying)國(guo)(guo)用(yong)熱(re)擠(ji)壓(ya)(ya)法(fa)擠(ji)壓(ya)(ya)出(chu)管子;1925年(nian),法(fa)國(guo)(guo)開始用(yong)熱(re)擠(ji)壓(ya)(ya)法(fa)試制黑色(se)金(jin)屬(shu)產(chan)品(pin)。通過以上(shang)實踐證明(ming)了(le)一點,黑色(se)金(jin)屬(shu)和有色(se)金(jin)屬(shu)一樣可以用(yong)熱(re)擠(ji)壓(ya)(ya)法(fa)來(lai)(lai)生(sheng)產(chan)各種產(chan)品(pin)。于是,在1928年(nian)德國(guo)(guo)建成了(le)世界上(shang)第一臺機械擠(ji)壓(ya)(ya)機,用(yong)來(lai)(lai)成批(pi)生(sheng)產(chan)碳素鋼管。
但是,由于(yu)(yu)過去鋼擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)試驗(yan)都是利(li)(li)用(yong)低速(su)的(de)(de)(de)(de)(de)有(you)色(se)(se)金(jin)屬擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)機來(lai)進(jin)(jin)行的(de)(de)(de)(de)(de),因此當時并沒有(you)進(jin)(jin)行過任何關于(yu)(yu)鋼擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)特性和方(fang)法的(de)(de)(de)(de)(de)試驗(yan)研究。對鋼擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)時的(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)(gong)(gong)(gong)模具設計(ji)和潤(run)滑(hua)劑的(de)(de)(de)(de)(de)選擇以(yi)及擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)坯料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)熱,都是利(li)(li)用(yong)有(you)色(se)(se)金(jin)屬擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)范圍內已有(you)的(de)(de)(de)(de)(de)經(jing)驗(yan)。試驗(yan)結果表明,這是不行的(de)(de)(de)(de)(de)。因為(wei)由于(yu)(yu)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)速(su)度很(hen)低,潤(run)滑(hua)劑的(de)(de)(de)(de)(de)選擇和工(gong)(gong)(gong)(gong)模具形狀的(de)(de)(de)(de)(de)設計(ji)不合適,以(yi)及坯料(liao)無(wu)氧(yang)化加(jia)熱的(de)(de)(de)(de)(de)可操(cao)作性和經(jing)濟性的(de)(de)(de)(de)(de)問題還沒有(you)解決,所以(yi)不能保(bao)證(zheng)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)時合適的(de)(de)(de)(de)(de)金(jin)屬流動條件,以(yi)致在(zai)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)過程中坯料(liao)很(hen)快(kuai)被冷卻,相反工(gong)(gong)(gong)(gong)具很(hen)快(kuai)被加(jia)熱,導致擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)過程無(wu)法進(jin)(jin)行。由于(yu)(yu)當時鋼擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)時有(you)以(yi)下四個(ge)基本工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)和裝備上的(de)(de)(de)(de)(de)條件尚不具備,致使用(yong)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)法來(lai)生產黑色(se)(se)金(jin)屬產品(pin)并沒有(you)投(tou)入工(gong)(gong)(gong)(gong)業(ye)性生產。這四個(ge)條件是:(1)高使用(yong)壽(shou)命的(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)(gong)(gong)(gong)模具材料(liao);(2)坯料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)無(wu)氧(yang)化加(jia)熱;(3)適當的(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)潤(run)滑(hua)劑;(4)高的(de)(de)(de)(de)(de)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)速(su)度。
與此同時(shi),德國的(de)一(yi)(yi)個鋼廠和(he)一(yi)(yi)個有色金(jin)屬(shu)半成品(pin)工廠合(he)作進(jin)行(xing)了鋼擠(ji)壓(ya)試驗,在(zai)(zai)原理(li)上證實(shi)了鋼擠(ji)壓(ya)的(de)可(ke)行(xing)性(xing)。直至20世(shi)紀40年代,高(gao)參數的(de)蒸(zheng)汽(qi)透平制(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)業、燃氣(qi)透平制(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)業、儀(yi)器(qi)儀(yi)表制(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)業以及(ji)機器(qi)制(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)業中某些領域的(de)快速發展(zhan),都必須使用(yong)(yong)具有高(gao)耐(nai)熱(re)強(qiang)度、耐(nai)酸、高(gao)電(dian)磁性(xing)和(he)其他特殊性(xing)能(neng)(neng)(neng)的(de)高(gao)合(he)金(jin)鋼和(he)難熔合(he)金(jin)制(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)的(de)零件。而(er)當耐(nai)熱(re)強(qiang)度或其他物理(li)化學性(xing)能(neng)(neng)(neng)提(ti)高(gao)時(shi),許多材料的(de)工藝塑(su)(su)性(xing)會明顯地(di)下降,使一(yi)(yi)個很有使用(yong)(yong)價(jia)值的(de)材料在(zai)(zai)流(liu)動(dong)狀態(tai)下,塑(su)(su)性(xing)指標降低到甚至不能(neng)(neng)(neng)用(yong)(yong)軋制(zhi)(zhi)(zhi)或自由鍛(duan)的(de)方(fang)法(fa)進(jin)行(xing)加工。因(yin)此,在(zai)(zai)當時(shi),對一(yi)(yi)些不銹鋼、鎳基(ji)合(he)金(jin)等(deng)材料的(de)無(wu)縫鋼管(guan)產(chan)品(pin),雖然用(yong)(yong)軋制(zhi)(zhi)(zhi)法(fa)生產(chan)有很大的(de)困難,但也只能(neng)(neng)(neng)用(yong)(yong)軋制(zhi)(zhi)(zhi)和(he)自由鍛(duan)的(de)方(fang)法(fa)生產(chan),導致這類產(chan)品(pin)生產(chan)的(de)經(jing)濟性(xing)和(he)可(ke)能(neng)(neng)(neng)性(xing)大大降低。對高(gao)性(xing)能(neng)(neng)(neng)、低塑(su)(su)性(xing)、難變形材料產(chan)品(pin)的(de)實(shi)際需(xu)求,促進(jin)了對高(gao)合(he)金(jin)鋼和(he)各(ge)種特殊材料熱(re)擠(ji)壓(ya)過程的(de)研究。
1941年,法國的(de)塞菲拉(la)(la)克( CEFILAC)公(gong)司(原金屬拉(la)(la)拔與(yu)軋制公(gong)司)的(de)技術經理J.賽茹爾內(J. Sejournet)在于仁(ren)恩( Ugine)電爐鋼公(gong)司的(de)協助下成功研制出玻璃潤(run)滑劑,奠定了(le)鋼擠(ji)壓工藝(yi)及設備迅速發展的(de)基礎。同年,“玻璃潤(run)滑劑高(gao)速擠(ji)壓法”專利(li)許可證頒發給(gei) J. Sejournet后,很快被美國、英國、西班牙、奧地利(li)、日本、瑞(rui)典(dian)和(he)其他國家所購(gou)買(表1-1)。
1945年,玻璃潤(run)滑(hua)劑開(kai)始用(yong)于工業性生產(chan)。當時(shi)一些長(chang)期使用(yong)的(de)用(yong)來生產(chan)銅和黃銅產(chan)品舊式有色金屬(shu)擠(ji)(ji)壓(ya)機(ji),在(zai)結(jie)(jie)構、擠(ji)(ji)壓(ya)速度和加(jia)熱工藝(yi)方(fang)面都(dou)已不能適應鋼擠(ji)(ji)壓(ya)的(de)特殊要求。因此,在(zai)擠(ji)(ji)壓(ya)鋼時(shi),這(zhe)些擠(ji)(ji)壓(ya)機(ji)大部(bu)分被拆除,同時(shi)被現代鋼擠(ji)(ji)壓(ya)機(ji)替代。當時(shi)對所(suo)設計的(de)擠(ji)(ji)壓(ya)機(ji)和輔助(zhu)設備的(de)結(jie)(jie)構提出了以(yi)下(xia)三點要求:
1. 在生產絕對可靠的(de)條(tiao)件下,具(ju)有高的(de)工作速度。要求擠壓速度為300~400m,空程(cheng)速度為650mm/s。這樣(yang),生產的(de)間隙(xi)時(shi)間從110s減少到25~30秒。
2. 設計要求純擠(ji)壓(ya)(ya)時(shi)(shi)間(jian)為2~3秒。這(zhe)是因(yin)為考慮到當(dang)時(shi)(shi)液壓(ya)(ya)系統(tong)的(de)管和閥門的(de)費用比較高(gao),再進一步(bu)減少(shao)純擠(ji)壓(ya)(ya)時(shi)(shi)間(jian)就沒有什么(me)益處(chu)了。但是,仍需調在這(zhe)方面要繼續努力(li)。因(yin)為擠(ji)壓(ya)(ya)坯(pi)料與擠(ji)壓(ya)(ya)筒(tong)和擠(ji)壓(ya)(ya)模的(de)接觸時(shi)(shi)間(jian)縮(suo)短可使工模具的(de)使用壽命提高(gao),并且檢查(cha)和更換工模具的(de)工作量也可以減輕,使擠(ji)壓(ya)(ya)機(ji)的(de)生產(chan)效(xiao)率提高(gao),同時(shi)(shi)使產(chan)品(pin)的(de)生產(chan)成本降低。
3. 擠壓(ya)(ya)機的(de)結構強度和裝配精度要求比有(you)(you)色金屬擠壓(ya)(ya)的(de)要求高。這是因為鋼(gang)擠壓(ya)(ya)時(shi)的(de)擠壓(ya)(ya)力相對比有(you)(you)色金屬擠壓(ya)(ya)時(shi)大得多,這樣(yang)可確保擠壓(ya)(ya)鋼(gang)管壁(bi)厚公差精度,滿(man)足當時(shi)特殊產品生產的(de)需(xu)要。
20世紀50年(nian)代初期,美國(guo)首先開(kai)始將低(di)頻(pin)電感(gan)應(ying)加(jia)熱(re)技術引入鋼擠壓(ya)(ya)的料(liao)加(jia)熱(re)工藝并獲得成(cheng)功(gong);接著英國(guo)也于1957年(nian)開(kai)始采用低(di)頻(pin)感(gan)應(ying)加(jia)熱(re)技術來實現擠壓(ya)(ya)坯料(liao)的無(wu)氧(yang)化加(jia)熱(re),并且感(gan)應(ying)加(jia)熱(re)爐(lu)被設計成(cheng)單爐(lu)座,每小時可無(wu)氧(yang)化加(jia)熱(re)壞料(liao)40噸。
與此(ci)同時(shi),由(you)于(yu)特殊冶金(jin)(jin)技術的(de)(de)發展(zhan),其研究成果(guo)在(zai)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)工(gong)模(mo)具材料(liao)選擇工(gong)具設計和(he)(he)制作中(zhong)的(de)(de)應用(yong),使擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)工(gong)模(mo)具在(zai)高(gao)溫下能夠承受更大的(de)(de)壓(ya)(ya)力(li)、沖擊和(he)(he)疲勞(lao)(lao)負荷,提高(gao)了(le)其使用(yong)壽(shou)命(ming)(ming)。例如,當時(shi)英國的(de)(de)勞(lao)(lao)芳·莫(mo)爾(er)優質鋼公司(Low Mour Fine steel Ltd.),采用(yong)尼(ni)莫(mo)尼(ni)克(ke)90合金(jin)(jin)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)模(mo)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)時(shi),其模(mo)具的(de)(de)使用(yong)壽(shou)命(ming)(ming)得到了(le)很大的(de)(de)提高(gao)。但(dan)是后來,由(you)于(yu)尼(ni)莫(mo)尼(ni)克(ke)90合金(jin)(jin)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)模(mo)在(zai)機械加(jia)(jia)工(gong)方面(mian)遇到很大的(de)(de)困難,并且使用(yong)成本比較高(gao),因(yin)而沒(mei)有(you)被推廣使用(yong)。于(yu)是又進一步地研究出淬硬性(xing)、抗熱裂性(xing)、耐(nai)磨(mo)性(xing)和(he)(he)熱強度都很高(gao),且加(jia)(jia)工(gong)容(rong)易和(he)(he)價(jia)廉的(de)(de)9%W和(he)(he)4.25W-Cr-Co-V-Mo鋼擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)模(mo),其熱處理后的(de)(de)硬度分別達(da)到HRC49-50HRC56。用(yong)于(yu)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)有(you)8個翅(chi)的(de)(de)異(yi)型管(guan)時(shi),擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)模(mo)的(de)(de)使用(yong)壽(shou)命(ming)(ming)超(chao)過100次(ci)/只。
50年代后(hou)期,美國瓊斯(si)·拉弗林(J&L)擠壓(ya)工廠(chang)的(de)W. L. Steinbrenner試驗成功一種具有良(liang)好(hao)模(mo)(mo)具特性(xing)的(de)新材料鉬合(he)金(jin)用(yong)于(yu)制(zhi)作擠壓(ya)模(mo)(mo),取得很好(hao)的(de)效果。采(cai)用(yong)鉬合(he)金(jin)制(zhi)造的(de)擠壓(ya)模(mo)(mo)容易加(jia)(jia)工,不需(xu)要(yao)熱處理,并且在使用(yong)后(hou)還可(ke)(ke)以重(zhong)新加(jia)(jia)工成尺寸較小一檔的(de)擠壓(ya)模(mo)(mo)繼續使用(yong),其壽命可(ke)(ke)以達到200-300次(ci)/只(zhi)以上。
至此,鋼擠壓工藝和(he)設備上的四個主要難題已經(jing)基本上得到(dao)解(jie)決,鋼擠壓術進入到(dao)提高生產率(lv)、進一步完善(shan)擠壓機結構、改善(shan)技術經(jing)濟指標的新階段。
當時,在美國(guo)和(he)歐洲從事(shi)擠(ji)(ji)壓機(ji)設計和(he)制造(zao)(zao)的(de)(de)(de)(de)公(gong)司主要有(you)(you)英國(guo)的(de)(de)(de)(de)勞威Loewy工(gong)程(cheng)公(gong)司和(he)菲爾汀( Fielding)工(gong)廠(chang)設計公(gong)司,德國(guo)的(de)(de)(de)(de)施勞曼(se mam)公(gong)司和(he)美國(guo)的(de)(de)(de)(de)皮爾太(tai)克( Buried)公(gong)司。他們采用最新(xin)科技,大(da)量設計制造(zao)(zao)臥式液壓擠(ji)(ji)壓機(ji),在將近20年(nian)的(de)(de)(de)(de)時間內使擠(ji)(ji)壓機(ji)的(de)(de)(de)(de)數量增(zeng)(zeng)加(jia)了(le)9倍(bei)。其中液壓擠(ji)(ji)壓機(ji)的(de)(de)(de)(de)總(zong)能力(li)(li)增(zeng)(zeng)加(jia)了(le)800%,機(ji)械擠(ji)(ji)壓機(ji)的(de)(de)(de)(de)總(zong)能力(li)(li)增(zeng)(zeng)加(jia)了(le)250%,并且還量制造(zao)(zao)了(le)4000~6000噸(dun)的(de)(de)(de)(de)管型材擠(ji)(ji)壓機(ji)。僅勞威工(gong)程(cheng)公(gong)司一家就供應了(le)197臺擠(ji)(ji)壓機(ji),其中164臺用于(yu)有(you)(you)色金屬,33臺用于(yu)鋼(gang)擠(ji)(ji)壓。
1951年,世界上第一個采用玻璃潤滑劑高速擠壓法生(sheng)產不銹鋼(gang)管的工業性生產車間在美國的 Babcock& Wilcox公司建成投產。此后的10~20年內,國外幾乎所有的不(bu)銹鋼管生產大公司都逐漸以擠壓法取代了其他生產不銹鋼無縫管的方法,使熱擠壓工藝成為不(bu)銹鋼無縫鋼管不可缺少的生產手段。
20世紀60年代初,鋼的(de)(de)(de)熱擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)技術(shu)已經發展到(dao)(dao)一個相當高的(de)(de)(de)水(shui)(shui)平(ping)。由(you)于(yu)設計和(he)(he)機(ji)(ji)(ji)械(xie)制(zhi)造技術(shu)的(de)(de)(de)進步,擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)結構(gou)和(he)(he)裝備不(bu)斷完善:采(cai)用了更為合(he)理的(de)(de)(de)4張力(li)柱式(shi)框(kuang)架(jia)結構(gou);帶預應(ying)(ying)力(li)的(de)(de)(de)張力(li)柱固定(ding)螺帽(mao);帶預應(ying)(ying)力(li)裝配的(de)(de)(de)多層結構(gou)擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)筒(tong);旋轉(zhuan)式(shi)雙擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)筒(tong)和(he)(he)雙穿(chuan)孔(kong)筒(tong);旋轉(zhuan)式(shi)或抽屜式(shi)模架(jia);擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)筒(tong)的(de)(de)(de)自(zi)動清理和(he)(he)冷卻(que);擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)墊(dian)的(de)(de)(de)自(zi)動分離和(he)(he)自(zi)動傳(chuan)輸;擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)機(ji)(ji)(ji)幾乎都配備有一個高壓(ya)(ya)(ya)(ya)蓄勢器(qi)系(xi)統采(cai)用具(ju)有多級(ji)不(bu)同(tong)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)組合(he)的(de)(de)(de)多缸結構(gou)。例如,當時(shi)在(zai)新建投(tou)產(chan)的(de)(de)(de)一系(xi)列3000噸(dun)鋼管和(he)(he)型(xing)鋼擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)機(ji)(ji)(ji)上,不(bu)再采(cai)用一個單獨(du)的(de)(de)(de)3000噸(dun)水(shui)(shui)壓(ya)(ya)(ya)(ya)缸(只(zhi)能用減小蓄勢器(qi)中的(de)(de)(de)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)的(de)(de)(de)辦法來變換(huan)(huan)擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)等(deng)級(ji)),而是改(gai)為采(cai)用一種(zhong)可以在(zai)500~3000噸(dun)范圍內按照6個相同(tong)等(deng)級(ji)來變換(huan)(huan)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)的(de)(de)(de)擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)機(ji)(ji)(ji)。在(zai)這種(zhong)情(qing)況下,坯料的(de)(de)(de)直徑可以從125mm增大到(dao)(dao)350mm,長(chang)度(du)可以由(you)150mm增長(chang)到(dao)(dao)1000mm,使一臺擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)應(ying)(ying)用范圍擴大了很多,并且提高了擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)生產(chan)效(xiao)率(lv)。
當(dang)時,大量采用(yong)(yong)的(de)(de)是(shi)3000~5000噸臥式水壓(ya)(ya)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)機(ji)。與(yu)此同(tong)時,美國(guo)還建成臺(tai)1200噸的(de)(de)大型(xing)臥式擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)機(ji),其中3臺(tai)用(yong)(yong)于(yu)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)鋁合金,3臺(tai)用(yong)(yong)于(yu)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)鋼管、型(xing)鋼和(he)難(nan)熔金屬及(ji)合金。當(dang)時在各(ge)種型(xing)號(hao)和(he)噸位的(de)(de)臥式擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)機(ji)上,其最(zui)佳的(de)(de)工藝(yi)技(ji)術單項指標可達到(dao)如下水平:鋼擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)時的(de)(de)最(zui)大擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)比達到(dao)70以上,而從理論(lun)上和(he)實驗(yan)上可以達到(dao)200;擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)速度提高(gao)到(dao)300~400mm/s;擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)桿的(de)(de)空(kong)程速度可以達到(dao)600-700mm/s;擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)的(de)(de)周期時間縮短到(dao)20秒;擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)機(ji)的(de)(de)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)次數(shu)達到(dao)140次/小時。
當時(shi)(shi)還(huan)普遍采用工頻感應加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)爐(lu)和再(zai)加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)爐(lu),以及帶保護氣體的環形加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)爐(lu)等坯料無氧(yang)化加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)設備。當時(shi)(shi)已有128臺(tai)以上的感應加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)爐(lu)和再(zai)加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)爐(lu)在世界各國的擠(ji)壓車(che)間運(yun)行(xing),單(dan)臺(tai)的最(zui)大加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)能力達(da)到40噸(dun)/小時(shi)(shi)。
同時采用(yong)合金(jin)鋼(gang)(gang)、高合金(jin)鋼(gang)(gang)、高溫合金(jin)難熔金(jin)屬(shu)、金(jin)屬(shu)陶(tao)瓷(ci)、硬質(zhi)合金(jin)等(deng)材料來制作擠壓(ya)機(ji)和(he)穿(chuan)孔(kong)機(ji)的工模具,使一些擠壓(ya)工模具的極限(xian)強(qiang)度(du)達到(dao)2360MPa。
20世(shi)紀(ji)60年(nian)代末期,世(shi)界各國已擁有135臺以上擠(ji)(ji)壓鋼(gang)(gang)(gang)和鎳及其合(he)金(jin)(jin)的(de)擠(ji)(ji)壓機(ji)在運轉,其中85%~90%的(de)擠(ji)(ji)壓機(ji)用(yong)(yong)于生產(chan)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan),10%~15%的(de)擠(ji)(ji)壓機(ji)用(yong)(yong)于生產(chan)型(xing)鋼(gang)(gang)(gang)。一時擠(ji)(ji)壓機(ji)成(cheng)為(wei)“最靈活的(de)軋管(guan)機(ji)”,并且還推出擠(ji)(ji)壓機(ji)和張力減(jian)徑機(ji)聯合(he)使(shi)用(yong)(yong)的(de)擠(ji)(ji)壓鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)生產(chan)線,用(yong)(yong)來(lai)大批量生產(chan)碳素(su)鋼(gang)(gang)(gang)、低合(he)金(jin)(jin)鋼(gang)(gang)(gang)、不銹鋼(gang)(gang)(gang)和耐(nai)熱鋼(gang)(gang)(gang)等鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)。
表1-2為(wei)國(guo)外部(bu)分國(guo)家和(he)公司的擠壓機(ji),表1-3為(wei)中國(guo)的部(bu)分鋼(gang)管型材擠壓機(ji)。表1-4為(wei)國(guo)外一(yi)些鋼(gang)擠壓機(ji)的主要(yao)性能,表1-5為(wei)美國(guo)部(bu)分鋼(gang)擠壓的主要(yao)參數。
采(cai)用(yong)3000~4000噸(dun)(dun)擠壓機(ji)(ji)(ji)(ji)配置16~24機(ji)(ji)(ji)(ji)架張(zhang)力(li)(li)(li)減(jian)徑(jing)(jing)(jing)機(ji)(ji)(ji)(ji),張(zhang)力(li)(li)(li)減(jian)徑(jing)(jing)(jing)機(ji)(ji)(ji)(ji)進(jin)口鋼(gang)管(guan)的(de)直徑(jing)(jing)(jing)為(wei)(wei)73~170mm,生(sheng)產的(de)成品管(guan)的(de)最(zui)小直徑(jing)(jing)(jing)為(wei)(wei)20-30mm,最(zui)小壁厚為(wei)(wei)2~3mm。一般進(jin)張(zhang)力(li)(li)(li)減(jian)徑(jing)(jing)(jing)機(ji)(ji)(ji)(ji)鋼(gang)管(guan)的(de)長(chang)度(du)為(wei)(wei)10~20m。如果采(cai)用(yong)連鑄坯(pi)生(sheng)產碳素鋼(gang)和低合金鋼(gang)管(guan),擠壓鋼(gang)管(guan)的(de)坯(pi)重還要增大。通過張(zhang)力(li)(li)(li)減(jian)徑(jing)(jing)(jing)機(ji)(ji)(ji)(ji)后的(de)成品管(guan)長(chang)度(du)可(ke)以(yi)達到(dao)25~35m,張(zhang)力(li)(li)(li)減(jian)徑(jing)(jing)(jing)的(de)出口速度(du)最(zui)大可(ke)以(yi)達到(dao)4~6m/s,年產量在10萬噸(dun)(dun)以(yi)上(shang)。
從當時的發展情況(kuang)來看,擠壓機與張力減徑機配合(he)使用(yong)時,具有以下幾方(fang)面的優勢:
1. 提高(gao)了擠(ji)壓(ya)機的(de)產量
1臺3000噸(dun)擠壓機(ji),如果是單機(ji)生產碳素鋼管年產量在5萬~6萬噸(dun)左右,而采用(yong)與張力減徑機(ji)聯合組成生產線時,使其年產量可提高(gao)至(zhi)10萬噸(dun)以上(shang)。
2. 擴大了擠壓機(ji)組生(sheng)產鋼管的規格范圍(wei)
一(yi)般1臺(tai)3000噸壓機生(sheng)產鋼(gang)(gang)管的(de)最小(xiao)規格為d60mm×2.5mm,而配置了張(zhang)力(li)減徑(jing)機之后,由張(zhang)力(li)減徑(jing)機減徑(jing)后的(de)鋼(gang)(gang)管最小(xiao)規格為28mm×2.0mm,甚至(zhi)可以減徑(jing)至(zhi)16mm×2.0mm。
3. 降低了生(sheng)產成(cheng)本(ben)
由于擠壓機使(shi)用的(de)坯料規格(ge)較少,一般僅3-6個(ge)規格(ge)系列,使(shi)工模(mo)具的(de)準備和消耗量相應(ying)減少。并且(qie)生產小直徑鋼管時,無需(xu)進行(xing)進一步的(de)冷(leng)(leng)拔(ba)冷(leng)(leng)軋等冷(leng)(leng)加工工序。
4. 可(ke)以靈活生產(chan)
既可(ke)(ke)以(yi)生(sheng)產批(pi)量(liang)小(xiao)、塑性低的難變形高合(he)金鋼和合(he)金鋼管,又可(ke)(ke)以(yi)生(sheng)產批(pi)量(liang)大的小(xiao)直徑碳素鋼管和低合(he)金鋼管。
因此(ci),當時聯(lian)合(he)使用擠壓機(ji)和(he)(he)張(zhang)力減徑機(ji)的(de)(de)制管(guan)工(gong)藝(yi)曾一度(du)以生(sheng)產的(de)(de)靈活(huo)性(xing)和(he)(he)高(gao)效率(lv)、產品(pin)的(de)(de)低成(cheng)本和(he)(he)高(gao)質量挑戰傳統的(de)(de)軋管(guan)工(gong)藝(yi),并且其(qi)產量一度(du)在鋼管(guan)后來(lai),由(you)于(yu)擠壓機(ji)和(he)(he)在行大量生(sheng)產和(he)(he)連(lian)續運行中,在生(sheng)產工(gong)藝(yi)、品(pin)種(zhong)質量和(he)(he)經濟性(xing)等方面出現的(de)(de)不(bu)足(zu),導致(zhi)聯(lian)合(he)生(sheng)產線終止(zhi)生(sheng)產。
例(li)如,奧地(di)利的1臺3100噸擠壓機(ji)配(pei)置張力減徑(jing)機(ji)后(hou)出(chu)現(xian)了不(bu)少(shao)問題,如擠壓機(ji)適(shi)合(he)(he)于小批量、多品(pin)種的訂單,而擠壓機(ji)與(yu)張力減徑(jing)機(ji)聯用(yong)后(hou),機(ji)組則適(shi)合(he)(he)大批量、少(shao)品(pin)種的訂單。因此(ci),在(zai)生產(chan)安排和(he)設備效率等方面出(chu)現(xian)了矛(mao)盾。并(bing)且,帶(dai)玻璃潤(run)滑劑(ji)擠壓后(hou)的鋼(gang)管(guan)經張減后(hou),鋼(gang)管(guan)的內表(biao)(biao)面出(chu)現(xian)了小球狀(zhuang)的殘留(liu)物,使鋼(gang)管(guan)質量達不(bu)到標準要(yao)求。因此(ci),擠壓后(hou)需進(jin)行(xing)張減的鋼(gang)管(guan),只能(neng)采(cai)用(yong)石(shi)(shi)墨作為潤(run)滑劑(ji)。但采(cai)用(yong)石(shi)(shi)墨潤(run)滑劑(ji)擠壓不(bu)銹鋼(gang)管(guan)時,又可(ke)能(neng)會(hui)引(yin)起鋼(gang)管(guan)表(biao)(biao)面滲(shen)碳。為此(ci),該廠曾一度只采(cai)用(yong)石(shi)(shi)墨潤(run)滑劑(ji),專門生產(chan)碳素鋼(gang)管(guan)和(he)合(he)(he)金結構鋼(gang)管(guan)。
德(de)國(guo)1962年(nian)建成(cheng)的1臺(tai)3400噸擠壓(ya)機(ji)組(zu)配置的張力減徑機(ji)于1968年(nian)拆除(chu)其原因是采用擠壓(ya)機(ji)和張力減徑機(ji)聯合工藝,生產碳素鋼(gang)管和合金結(jie)構(gou)鋼(gang)管在經濟上不合算。
日本神戶(hu)制鋼于(yu)1967年建成投(tou)產的550噸擠壓機(ji)也(ye)配有張(zhang)(zhang)力(li)減(jian)徑(jing)機(ji),主要用于(yu)生產碳素鋼管和合金(jin)鋼管,最后(hou)張(zhang)(zhang)力(li)減(jian)徑(jing)機(ji)大(da)部分時間也(ye)處(chu)于(yu)停產。
我國長城鋼廠在(zai)20世紀60年代從(cong)德國引進(jin)的(de)3150噸擠壓(ya)機(ji),配有24機(ji)架的(de)張力減(jian)徑機(ji),未能(neng)很好使用就遭拆除。
此后建成的(de)擠(ji)壓(ya)(ya)機,如日本京(jing)浜廠(chang)(chang)的(de)3150噸擠(ji)壓(ya)(ya)機和(he)(he)羅馬尼亞共和(he)(he)國鋼管(guan)廠(chang)(chang)的(de)3100噸擠(ji)壓(ya)(ya)機等(deng)都不再配(pei)置張力(li)減徑(jing)機。其原因,一(yi)方面(mian)是(shi)由(you)于(yu)(yu)擠(ji)壓(ya)(ya)機和(he)(he)張力(li)減徑(jing)機聯合使用后在(zai)運行(xing)過程中出(chu)現(xian)的(de)工藝(yi)和(he)(he)經濟性(xing)方面(mian)的(de)問題(ti);另(ling)一(yi)方面(mian)是(shi)由(you)于(yu)(yu)連續軋管(guan)機組出(chu)現(xian)后,從生產效率和(he)(he)經濟性(xing)兩個方面(mian)考(kao)慮,生產碳素(su)鋼管(guan)和(he)(he)低合金(jin)鋼管(guan)時,擠(ji)壓(ya)(ya)一(yi)張減聯合機組無法(fa)與連續軋管(guan)機組相競爭。
表1-6為(wei)某些曾(ceng)與(yu)擠(ji)壓機(ji)聯(lian)合(he)使用的張(zhang)(zhang)力減(jian)(jian)徑機(ji)的性(xing)能,表1-7為(wei)擠(ji)壓機(ji)曾(ceng)與(yu)張(zhang)(zhang)力減(jian)(jian)徑機(ji)聯(lian)合(he)使用生(sheng)產鋼(gang)管(guan)的典型規格。
由于熱擠壓工(gong)(gong)(gong)藝(yi)的(de)(de)(de)(de)變(bian)形方(fang)式所具(ju)有(you)的(de)(de)(de)(de)金屬(shu)流動特性(xing),能夠提(ti)高材料的(de)(de)(de)(de)變(bian)形能力,加(jia)工(gong)(gong)(gong)采用其(qi)他加(jia)工(gong)(gong)(gong)方(fang)法(fa)(鍛壓和軋制(zhi)(zhi))難以成型的(de)(de)(de)(de)低塑性(xing)、難變(bian)形的(de)(de)(de)(de)材料以及(ji)其(qi)所具(ju)有(you)的(de)(de)(de)(de)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)上的(de)(de)(de)(de)靈活性(xing)和制(zhi)(zhi)品的(de)(de)(de)(de)高質量等有(you)利條件,使其(qi)在一些制(zhi)(zhi)管的(de)(de)(de)(de)重要場合成為最佳的(de)(de)(de)(de)加(jia)工(gong)(gong)(gong)方(fang)法(fa),有(you)時甚(shen)至是唯一可選擇(ze)的(de)(de)(de)(de)、無需進行經濟性(xing)論證的(de)(de)(de)(de)加(jia)工(gong)(gong)(gong)方(fang)法(fa)。
擠壓(ya)機(ji)可以(yi)生產(chan)(chan)各種鋼(gang)(gang)種的(de)產(chan)(chan)品,如碳素(su)鋼(gang)(gang)、合金(jin)(jin)(jin)鋼(gang)(gang)、不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)以(yi)及高溫合金(jin)(jin)(jin)和(he)難變形金(jin)(jin)(jin)屬(shu)的(de)管材(cai)(cai)和(he)異型材(cai)(cai)。國外70%以(yi)上的(de)擠壓(ya)機(ji)被(bei)用(yong)于生產(chan)(chan)鋼(gang)(gang)管并(bing)且主要生產(chan)(chan)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)管,專門用(yong)于生產(chan)(chan)型材(cai)(cai)的(de)擠壓(ya)機(ji)并(bing)不(bu)(bu)(bu)多(duo)。由于不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)無縫管約(yue)有(you)50%要進行冷(leng)軋冷(leng)拔加(jia)工后(hou)交(jiao)貨使用(yong),因此,國內(nei)外的(de)擠壓(ya)鋼(gang)(gang)管車間大多(duo)配有(you)冷(leng)軋冷(leng)拔鋼(gang)(gang)管設備,以(yi)便生產(chan)(chan)高精(jing)度的(de)冷(leng)加(jia)工不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)精(jing)管。
目(mu)前(qian),不銹鋼和(he)(he)各種難熔金屬及合(he)金熱(re)擠(ji)壓工藝的(de)(de)(de)發展,可以(yi)(yi)從(cong)(cong)現在已在使用(yong)的(de)(de)(de)擠(ji)壓機(ji)的(de)(de)(de)擠(ji)壓力(li)來衡量(liang)。現在工業上(shang)專門用(yong)于(yu)鋼質管型材(cai)的(de)(de)(de)擠(ji)壓機(ji)壓力(li),已經從(cong)(cong)400噸增至30000噸以(yi)(yi)上(shang)。利用(yong)擠(ji)壓法還可以(yi)(yi)制造橫(heng)截面形狀和(he)(he)尺寸都能符(fu)合(he)結構(gou)元件精(jing)度要(yao)求的(de)(de)(de)管材(cai)和(he)(he)型材(cai)。
特別是自(zi)1951年(nian)末期,世(shi)界上第(di)一(yi)個采用玻(bo)璃潤滑(hua)劑(ji)高速擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)法生產(chan)(chan)不(bu)銹鋼管(guan)的(de)(de)工業性生產(chan)(chan)車間(jian)在美(mei)國的(de)(de) Babcock&wiox公司(si)(si)建(jian)成(cheng)投(tou)產(chan)(chan),此(ci)后的(de)(de)10~20年(nian)間(jian)國外幾乎(hu)所有大的(de)(de)不(bu)銹鋼管(guan)公司(si)(si)都(dou)逐漸地以(yi)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)工藝來(lai)取代(dai)(dai)其他的(de)(de)不(bu)銹鋼管(guan)生產(chan)(chan)方法,其中也包括自(zi)動軋(ya)管(guan)生產(chan)(chan)工藝。并且又有以(yi)生產(chan)(chan)低塑(su)性的(de)(de)高合(he)金鋼管(guan)以(yi)及復雜結構型(xing)材(cai)為(wei)主的(de)(de)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)機投(tou)產(chan)(chan)。有人曾對20世(shi)紀50年(nian)代(dai)(dai)初至(zhi)70年(nian)代(dai)(dai)投(tou)產(chan)(chan)的(de)(de)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)機組按(an)時間(jian)區分(fen)進行不(bu)完全的(de)(de)統(tong)計,來(lai)觀察(cha)世(shi)界各國建(jian)成(cheng)并投(tou)產(chan)(chan)的(de)(de)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)機的(de)(de)發展進程:
其(qi)中(zhong)包括意大利的(de)本特(te)(te)拉(Pea)公(gong)司在1965年(nian)(nian)安裝的(de)兩臺1600噸(dun)立式(shi)擠(ji)壓(ya)機(ji)(ji)(ji)和(he)1968年(nian)(nian)又安裝兩臺類似(si)的(de)擠(ji)壓(ya)機(ji)(ji)(ji)以及5450噸(dun)臥式(shi)擠(ji)壓(ya)機(ji)(ji)(ji)(用(yong)(yong)于生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)對成品(pin)管(guan)(guan)幾(ji)何尺寸有較高要(yao)求的(de)碳素鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)和(he)低合(he)金(jin)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)毛坯管(guan)(guan));美(mei)國(guo)的(de)孤星( Lone Star)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)鐵公(gong)司建(jian)成的(de)5500噸(dun)擠(ji)壓(ya)機(ji)(ji)(ji)(用(yong)(yong)于生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)石油套管(guan)(guan)、油管(guan)(guan)等對質量和(he)可靠性有高要(yao)求的(de)專用(yong)(yong)管(guan)(guan));美(mei)國(guo)加美(mei)倫( Cameron)公(gong)司的(de)20000~30000噸(dun)型(xing)擠(ji)壓(ya)機(ji)(ji)(ji)(成功生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)了直(zhi)徑達1220mm的(de)煤氣輸送管(guan)(guan)以及大直(zhi)徑三通管(guan)(guan)、關閉閥體、管(guan)(guan)接頭等配件管(guan)(guan));蘇(su)聯于1959年(nian)(nian)先后在尼科(ke)波爾南(nan)方鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)廠建(jian)成投產(chan)的(de)120、1500壓(ya)機(ji)(ji)(ji)(用(yong)(yong)于生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)中(zhong)(25~70mm)×(2.5~3.0mm) 的(de)碳素鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)和(he)合(he)金(jin)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)商品(pin)管(guan)(guan)、12Cr5MoA、36Mn2Si等合(he)金(jin)結構鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)以及GCr15滾珠軸承鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)),1961年(nian)(nian)投產(chan)的(de)1650噸(dun)和(he)3150噸(dun)擠(ji)壓(ya)機(ji)(ji)(ji)各1臺(用(yong)(yong)于生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(57~159mm)×(4.5~20.0mm)的(de)各種(zhong)不銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan));德(de)國(guo)里薩( Riesa)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)聯合(he)公(gong)司分別在格勒迪茨和(he)杰里特(te)(te)契(qi)的(de)2000噸(dun)和(he)1600噸(dun)擠(ji)壓(ya)機(ji)(ji)(ji);捷克斯洛伐克的(de)2000噸(dun)擠(ji)壓(ya)機(ji)(ji)(ji)(用(yong)(yong)于生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)不銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)和(he)軸承鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan))和(he)1600噸(dun)擠(ji)壓(ya)機(ji)(ji)(ji)(用(yong)(yong)于生(sheng)(sheng)(sheng)碳素鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)和(he)低合(he)金(jin)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan))。
目前(qian)(qian)在(zai)運行的(de)(de)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)大部(bu)分都(dou)是20世(shi)紀(ji)70年(nian)代以前(qian)(qian)建成(cheng)投產的(de)(de),70年(nian)代以后(hou)新(xin)建的(de)(de)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)為(wei)(wei)數并不(bu)多(duo)。其(qi)中(zhong)主(zhu)要(yao)有羅馬尼亞共和(he)(he)國(guo)鋼(gang)管廠(chang)的(de)(de)3100噸(dun)(dun)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji),日(ri)本京(jing)浜廠(chang)的(de)(de)3150噸(dun)(dun)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)、前(qian)(qian)蘇聯伏爾加鋼(gang)管廠(chang)的(de)(de)5500噸(dun)(dun)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)、美國(guo)孤星(xing)( Lone Star)鋼(gang)管廠(chang)的(de)(de)5500噸(dun)(dun)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji),以及新(xin)近建成(cheng)的(de)(de)烏克蘭 Centralis鋼(gang)管廠(chang)的(de)(de)4400噸(dun)(dun)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)和(he)(he)中(zhong)國(guo)久立集(ji)(ji)團的(de)(de)3500噸(dun)(dun)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji),寶鋼(gang)集(ji)(ji)團特殊鋼(gang)分公(gong)司(si)的(de)(de)6000噸(dun)(dun)壓(ya)(ya)(ya)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)、山(shan)西(xi)太鋼(gang)集(ji)(ji)團的(de)(de)6000噸(dun)(dun)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)、江蘇華新(xin)不(bu)銹鋼(gang)管公(gong)司(si)的(de)(de)3600噸(dun)(dun)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)等(deng)。目前(qian)(qian),在(zai)國(guo)外熱(re)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)工藝已經成(cheng)為(wei)(wei)不(bu)銹鋼(gang)管、高(gao)鎳合金(jin)(jin)管以及難熔金(jin)(jin)屬及其(qi)合金(jin)(jin)等(deng)高(gao)性(xing)能材料(liao)管型材產品不(bu)可(ke)缺少的(de)(de)生(sheng)產手段。