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用冲头或凸模对放置在凹模中的坯料加压,使之产生塑性流动,从而获得相应于模具的型孔或凹凸模形状的制件的一种压力加工方法。挤压时,坯料产生三向压应力,即使是塑性较低的坯料,也可被挤压成形。

简介

extrusion
挤压,特别是冷挤压,材料利用率高,材料的组织和机械性能得到改善,操作简单,生产率高,可制作长杆、深孔、薄壁、异型断面零件,是重要的少无切削加工工艺。挤压主要用于金属成形,也可用于塑料橡胶石墨和粘土坯料等非金属的成形。17世纪法国人用手动螺旋压力机挤压出铅管,用作水管,是为冷挤压之始。19世纪末实现了铜合金的冷挤压,20世纪初期扩大到铝和铝合金的挤压。30年代德国人发明磷化皂化的表面减摩润滑处理技术,使钢的冷挤压获得成功,最初用于挤制钢弹壳。第二次世界大战后,钢的冷挤压推广到其他国家,并扩大了应用范围。50年代开始采用熔融玻璃润滑法,钢的热挤压遂在冶金机械工业中得到应用和发展。
分类
挤压按坯料温度区分有热挤压冷挤压温挤压3种。金属坯料处于再结晶温度(见塑性变形)以上时的挤压为热挤压;在常温下的挤压为冷挤压;高于常温但不超过再结晶温度下的挤压为温挤压。
铜铝型材挤压机 铜铝型材挤压机
按坯料的塑性流动方向,挤压又可分为:流动方向与加压方向相同的正挤压,流动方向与加压方向相反的反挤压,坯料向正、反两个方向流动的复合挤压
挤压模具 挤压模具

特点

由于用挤压机加工的食品优点很多,所以,它在食品加工业中得到了广泛的应用,迅猛发展起来,总括起来,挤压加工具有下面几个特点
(1)多变性好可在同一挤压机上依靠改变物料品种、配方和加工条件而得到多种多样的食品。
(2)生产能力大一台挤压机提供了从输送到挤压连续加工的装置,占地面积小,但比其他任何同体积蒸煮成形装置的生产能力都大得多。
(3)成本低单位产品所要求的劳动力、设备空间及能耗比其他蒸煮成形装置小,成本低,效益高。
(4)产品形状多种多样挤压机可以靠改变模头形式、切割方法,生产出其他加工方法难以生产的各种形状。
(5)产品质量高高温、高压、短时(HHS)加工使淀粉糊化和蛋白质变性,从而改变了食品的可消化性,这种加工使食品的营养损失最小,同时却能破坏食品中的大多数不良因素,并有灭菌作用。
(6)能量利用率高挤压成形加工装置是在物料中水分含量相对低的情况下蒸煮各种食品,这就使蒸煮和蒸煮后食品的再干燥所耗能量大大减少。
(7)新食品的生产容易挤压机可使蛋白质、淀粉和其他食品成分改性,生产出新产品。
(8)食品原料几乎无损失挤出机在严格的控制下几乎是进多少原料就出多少产品,过程中没有原料流失,同时也不产生污染物,这是食品挤压加工的一个非常重要的优点。
挤压加工的这些优点正好符合人类的可持续发展战略,因而是大有前途的

应用

热挤压广泛用于生产铝、铜等有色金属管材型材等,属于冶金工业范围。钢的热挤压既用以生产特殊的管材和型材,也用以生产难以用冷挤压或温挤压成形的实心和孔心(通孔或不通孔)的碳钢合金钢零件,如具有粗大头部的杆件、炮筒、容器等。热挤压件的尺寸精度和表面光洁度优于热模锻件,但配合部位一般仍需要经过精整或切削加工。
冷挤压机 冷挤压机
冷挤压原来只用于生产铅、锌、锡、铝、铜等的管材、型材,以及牙膏软管(外面包锡的铅)、干电池壳(锌)、弹壳(铜)等制件。20世纪中期冷挤压技术开始用于碳素结构钢和合金结构钢件,如各种截面形状的杆件和杆形件、活塞销、扳手套筒、直齿圆柱齿轮等,后来又用于挤压某些高碳钢、滚动轴承钢和不锈钢件。冷挤压件精度高、表面光洁,可以直接用作零件而不需经切削加工或其他精整。冷挤压操作简单,适用于大批量生产的较小制件(钢挤压件直径一般不大于100毫米)。
温挤压是介于冷挤压与热挤压之间的中间工艺,在适宜的情况下采用温挤压可以兼得两者的优点。但温挤压需要加热坯料和预热模具,高温润滑尚不够理想,模具寿命较短,所以应用不甚广泛。

食品领域应用

在食品工业中,挤压是指以糖类或蛋白质为主要成分的原料,在内部装有螺杆的密封筒体内,在加温、加压情况下,经受摩擦力、剪切力作用,短时间内改变了原料的组织结构,然后由一定形状的挤出模挤出后切断、冷却生产产品的技术。
挤压食品加工原理:挤压食品的加工过程与通常食品加工的蒸煮、熟化过程完全不同,挤压食品的加热、熟化和挤压成形是在一台挤压机内,用很短的时间几乎是同时完成的。其加工的大致过程是:食品原料按不同的配方混合,经过预处理后,进入螺杆挤压机中,在螺杆的转动作用下,被揉捏成一种有粘性和塑性的面团,进而继续受到剪切和加热作用,并在模头的控制下产生一定的压力,结果使淀粉糊化、蛋白质变性、酶失活、微生物减少。所有这些过程一般是在5~10s内完成的,最长也不过lmin时间,其温度可达200℃,所以,人们把这种挤压加工过程称为高温短时(HTST)过程,如图1—1所示。在制做膨化食品时,模头前物料的压力可达10MPa以上,所以,目前又把这个过程称为高温、高压、短时过程(HHS)。食品在被挤出模头时,由于压力的突然下降,水蒸气迅速膨胀和散发,使产品形成多孔结构,这与通常烤制饼干和二次膨化的食品的熟化过程完全不同,这种挤压过程中的特殊加热、加压方式,能对食品产生有利的影响,如使食品的可消化性、速食性、灭霉率等趋于最大,而对食品的有害影响如褐变、对营养的破坏趋于最小

压力

挤压力是决定凹模强度和选择挤压机公称压力的主要因素。挤压力的大小与凸模的加压面积、坯料在挤压温度时的机械性能、变形程度、模具形状、润滑效果等因素有关。在冷挤压硬铝、铜等材料时,单位面积挤压力一般在1000牛/厘米2以下;冷挤压碳钢和合金钢时一般都在 1000牛/厘米2 以上,高的可达2500~3000牛/厘米2 。因为单位面积挤压力很大,承受胀应力的凹模大多采用2、3层预应力结构,以提高其强度和刚度,并使磨损仅出现于最里面的一层,有利于模具的修理(只更换凹模的内层)。
对辊挤压造粒机外形 对辊挤压造粒机外形

软化退火

冷挤压硬铝、铜和钢等时,为降低材料的硬度、变形抗力和提高塑性,需要先对坯料进行软化退火处理。热挤压则不需要经过退火处理。
润滑和表面处理 为降低挤压力和模具的磨损率,并防止金属坯料与模具面的热胶合,挤压时必须有良好的润滑。为使润滑油脂在高压下不被挤出,必须对坯料表面进行减摩和润滑处理。最常用的方法是:先进行磷化,以形成粗糙多孔的磷酸盐表层,再以皂质材料(如硬脂酸锌、硬脂酸钠)涂覆表层并使其充满孔隙中。挤压时,磷化层不断地放出皂料而起有效的润滑作用。温挤压和热挤压因温度高,不适宜用磷化-皂化润滑,一般采用玻璃粉(高温时熔融)、二硫化钼石墨等配成的油剂润滑。

工艺介绍

挤压变形程度以坯料变形前后的断面面积缩减率来表示。坯料在一次变形过程中不出现裂纹的极限变形程度称为允许变形程度。坯料在三向压应力下发生挤压变形时,允许变形程度较高。在冷态正挤压时,低碳钢的允许变形程度在75%以上,而硬铝、紫铜黄铜等则可达90%以上,反挤压时均略低。在
对辊挤压造粒机 对辊挤压造粒机
热态下,允许变形程度可大大提高,提高的幅度随温度的升高而增大。变形程度大,所需的挤压力也大,模具的磨损加快,且容易损坏,故一般不采用允许变形程度的极限值,例如在冷挤碳钢时采用变形极限值的60%作为一次变形的允许程度。假如从坯料到成品的总变形程度很大,则分为几个挤压道次逐步成形。冷挤压时,在各道次之间需要进行工序间的软化退火。热挤压和温挤压的允许变形程度较大,有利于降低挤压力和减少挤压道次。
挤压加工在坯料处理、挤压道次、挤压力、模具寿命和挤压设备方面依坯料和挤压件要求的不同各有一些工艺上的特点。

模具寿命

延长模具寿命是降低挤压加工成本的重要因素。模具可能由于凹模纵裂或成形型腔和型孔的磨损,使挤压件的尺寸和形状误差超过允许值。前者通过正确的设计和制造可以避免;后者靠正确选择模具材料及其热处理和表面处理工艺、正确决定挤压工艺和润滑等措施来加以减缓,以延长其使用寿命。

设备

小挤压件一般用通用的机械压力机液压机螺旋压力机挤压。大型挤压件和长挤压件较多地使用专用挤压机挤压。

发展

20世纪后半叶以来,出现了静压挤压工艺。静压挤压采用常温状态下的正挤压。坯料在凹模中受到注入的高压液体的纵向和四周的静压作用,从型孔挤出。坯料四周与挤压筒壁之间产生的静压液体摩擦的摩擦系数极低,坯料变形区的横向压应力比在一般挤压条件下增大,对挤压变形的抗力降低,使坯料的塑性进一步提高。高速钢钛合金锆合金镍基合金等高强度低塑性金属材料可用静挤压成形而不出现裂纹。但高压密封问题有待完善,静压挤压尚处于进一步研究阶段。
光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。
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