挤压式3D打印技术

第一篇：挤压式3D打印技术

挤压式3D打印技术（FDW）

挤压式3D打印技术是以FDW技术为基础，它包括以下几个部分：升降工作台、喷嘴、加热室、出丝结构。

熔融沉积成型工艺（Fused Deposition Modeling，FDM）是继LOM工艺和SLA工艺之后发展起来的一种3D打印技术。该技术由Scott Crupm于1988年发明，随后Scott Crump创立了Stratasys公司。1992年，Stratasys公司推出了世界上第一台基于FDM技术的3D打印机——“3D造型者（3D Modeler）”，这也标志着FDM技术步入商用阶段。

国内的清华大学、北京大学、中科院广州电子技术有限公司都是较早引进FDM技术并进行研究的科研单位。FDM工艺无需激光系统的支持，所用的成型材料也相对低廉，总体性价比高，这也是众多开源桌面3D打印机主要采用的技术方案。

熔融沉积有时候又被称为熔丝沉积，它将丝状的热熔性材料进行加热融化，通过带有微细喷嘴的挤出机把材料挤出来。喷头可以沿X轴的方向进行移动，工作台则沿Y轴和Z轴方向移动（当然不同的设备其机械结构的设计也许不一样），熔融的丝材被挤出后随即会和前一层材料粘合在一起。一层材料沉积后工作台将按预定的增量下降一个厚度，然后重复以上的步骤直到工件完全成型。下面我们一起来看看FDM的详细技术原理：

热熔性丝材（通常为ABS或PLA材料）先被缠绕在供料辊上，由步进电机驱动辊子旋转，丝材在主动辊与从动辊的摩擦力作用下向挤出机喷头送出。在供料辊和喷头之间有一导向套，导向套采用低摩擦力材料制成以便丝材能够顺利准确地由供料辊送到喷头的内腔。

喷头的上方有电阻丝式加热器，在加热器的作用下丝材被加热到熔融状态，然后通过挤出机把材料挤压到工作台上，材料冷却后便形形成了工件的截面轮廓。

采用FDM工艺制作具有悬空结构的工件原型时需要有支撑结构的支持，为了节省材料成本和提高成型的效率，新型的FDM设备会采用了双喷头的设计，一个喷头负责挤出成型材料，另外一个喷头负责挤出支撑材料。

一般来说，用于成型的材料丝相对更精细一些，而且价格较高，沉积效率也较低。用于制作支撑材料的丝材会相对较粗一些，而且成本较低，但沉积效率会更高些。支撑材料一般会选用水溶性材料或比成型材料熔点低的材料，这样在后期处理时通过物理或化学的方式就能很方便地把支撑结构去除干净。

第二篇：挤压技术

连续挤压技术课程总结及体会

一、金属挤压的基本方法

1.1挤压方法分类

挤压加工按其工艺特点可分为传统挤压方法、静液挤压方法和连续挤压方法。

传统挤压方法是指挤压轴直接把挤压力传递给锭坯的挤压方法。这种挤压方法主要有正向挤压法、反向挤压法和侧向挤压法。正向挤压法的主要特征是金属流出的方向与挤压轴前进的方向一致，如图1所示。正向挤压是最基本的挤压方法，其基本特征是坯料与挤压筒之间产生相对滑动，存在严重的外摩擦。因此，在挤压时，金属流动不均匀，导致挤压制品的组织性能沿长度方向和断面方向不均匀。金属流出方向与挤压轴前进方向相反，称为反向挤压。如图2和图3分别为实心材和空心材反向挤压示意图。在反向挤压时，挤压筒与锭坯之间无相对运动，金属流动主要集中在模孔附近。因此，挤压制品的组织性能沿长度方向是均匀的。同时，挤压的能耗低。当金属流出方向与挤压轴前进方向相垂直时，这种挤压方法称为侧向挤压法，也称为横向挤压法，如图4所示。侧向挤压时，金属流动方式将使制品纵向力学性能的差异达到最小、变形程度较大，可使制品获得较高的强度。图1

图3

图5

图2

图4

图6

静液挤压是利用封闭在挤压筒内锭坯周围的高压液体是锭坯产生塑性变形并从模孔流出的挤压方法，如图5所示。在静液挤压时，坯料与挤压筒之间几乎不存在摩擦，金属流动均匀。同时，由于静水压力的存在，有利于提高材料的变形能力。因此，静液挤压可用于难加工材料和各种包覆材料成形。但是，静液挤压中需要进行高压介质的填充与排放，对设备的要求提高，同时还降低了挤压生产的效率，这使静液挤压的应用受到了限制。

常规挤压的一个共同特点是挤压生产过程不连续，在两个坯料的挤压之间需要进行坯料填充及分离压余等一系列辅助操作，影响了挤压成产的效率，也无法进行连续化生产。直到英国的D.Green于1971年发明了连续挤压方法，挤压过程的连续化才真正成为可能。连续加压是在连续挤压机上使金属坯料在压力和摩擦力的作用下连续不断地进入挤压模而实现的，如图6所示。在这种方法中，旋转槽轮上的断面槽和固定模座所形成的环形通道起到常规挤压方法中挤压筒的作用。用这种方法理论上可获得无限长制品。2.2连续挤压法的优势

图7 如图7所示，轧制和传统挤压方法的共性问题是工艺流程长，工序复杂、能耗大、材料利用率低、产品质量难于控制。由于缺乏新技术的引进与创新，这种传统的生产工艺一直沿用至今。

二、连续挤压方法

2.1连续挤压的优点

（1）可实现连续加工，缩短非生产时间，理论上可生产无限长的制品；

（2）可省略坯料的加热工序，节省加热设备投资，降低能耗。（3）大幅度减少挤压压余、切头尾等几何废料，可将挤压制品的成品率提高到90％以上；

（4）制品质量好，沿长度方向组织、性能均匀；（5）设备紧凑，占地面积小。

综上所述，连续挤压法尤为适合热挤压温度低、小断面尺寸制品的连续成形。

2.2中国连续挤压技术的发展历程

我国自1984年开始从国外引进设备，当时主要用于电冰箱铝管的生产，为了加快消化吸收的进程，1986年将软铝连续挤压技术的研究列为国家“七五”重点科技攻关项目，由中南工业大学、大连交通大学等单位承担，该研究如期顺利完成，并荣获国家科技进步奖。与此同时，大连交通大学于1986年成立了连续挤压工程研究中心，2004年成为辽宁省高校重点工程技术研究中心，2006年批准立项建设为教育部工程技术研究中心，成为我国唯一专门从事连续挤压和连续包覆技术的研究机构和制造基地。该研究中心对连续挤压和包覆技术进行了系统、深入和开创性的研究工作，通过近20余年的不懈努力，在设备类型方面，从250单槽挤压发展到350双槽挤压和包覆；在产品的品种方面，从单一材料发展到多种材料的复合，实现了直接包覆和间接包覆；在成形的金属材料方面，从铝、铜扩展到铝合金及铜合金，先后研制成功了KLJ250、TLJ250、TLJ300、LLJ300、TLJ350、SLJB350、TLJ400生产线，分别用于加工铝及合金的管材与型材、铝包钢丝、光纤护套、有线电视同轴电缆(CATV)、铁路通信信号电缆、电力机车铜合金接触导线、光纤复合架空地线(OPGW)、优质铜扁线、铜母线、铜型材等产品，形成了完全国产化的连续挤压和连续包覆系列成套设备和具有自主产权的关键技术，使我国在该方面的研究达到了目前的国际先进水平，在某些方面已处于世界领先地位。

我国连续挤压技术历经20余年的发展，已经从开始时的仿制、改进，到拥有自主产权的再创新，产品升级，成功打人该技术的原发地欧洲市场，其中凝结了学术界的一批有识之士的智慧和汗水，得益于一批独具慧眼和胆识的企业家的信赖和支持，使我国的连续挤压技术和装备得以快速发展，进口设备逐渐退出我国市场。据统计和测算，采用国产连续挤压技术和装备，已经为我国的企业创造近百亿元的产值，诲省外汇上亿美元。目前，英国HOLTON机械有限公司于3年前停产倒闭，BWE公司近5年在我国连续挤压设备的销售量不超过10套，两家英国公司设备在全球的占有总量不超过200套，因此，我国已经成为国际上连续挤压技术和装备的制造大国和应用大国。近年来，连续挤压工程研究中心研制开发的铜扁线、铜排连续挤压短流程制造技术和成套设备，具有产品质量高、工艺简单、高效节能、符合环保等优点，倍受业界的青睐，已经成为传统轧制、挤压、拉拔工艺更新换代的技术和产品，展示出了广阔的应用前景。

2.3连续挤压变形分区

如图8所示，可将金属的整个连续变形分为：Ⅰ初始咬合区 Ⅱ镦粗变形区 Ⅲ密封驱动区 Ⅳ剪切变形区 Ⅴ密封区

图8

1、初始咬合区（Ⅰ区）

槽内衬有坯料金属涂层，当坯料随挤压轮进入咬合区前，在冷却水的作用下，使涂层有足够强度，与挤压轮有足够的结合力，可以认为涂层与挤压轮使一个整体，不会发生相对滑移和脱落从而可产生足够的驱动力是后面的金属发生镦粗变形。

2、镦粗变形区（Ⅱ区）

坯料受到挤压轮槽的有效摩擦力的作用，在轴向上发生镦粗变形，使坯料由原来的断面镦粗到与挤压进料型腔面积相等的断面。在这一段区域内，挤压轮槽所提供的有效摩擦力至少达到能使坯料完成镦粗变形所需要增加的镦粗力。

3、密封驱动区（Ⅲ区）

在此区内，由于坯料刚充满变形空间，尚未达到塑性流动所需要的温度，坯料从挤压轮和模腔之间的缝隙挤出阻力较大，相当于变形空间封闭，所以压力急剧升高。压力升高的同时，使摩擦力增大，从而进一步提高了有效挤压驱动力。另一方面，温度也继续升高，为后续的变形提高了条件。

4、剪切变形区（Ⅳ区）

这一区域可形象地理解为，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区共同构成了不断向前推进的“挤压杆”，其中Ⅲ区为形成密封作用，防止金属倒流的“挤压垫”，从而组成了连续挤压的驱动部分。在其作用下，由Ⅲ区一直到模腔挡块前区域的坯料，一方面受到挤压轮槽底和侧壁驱动摩擦力的作用，另一方面还受到挡块的阻挡和摩擦，金属产生了大量的剪切变形，伴随有大量的变形热和摩擦热，基本达到了塑性流动所需的温度，同时金属内部的静水压力不断升高，在挡块前达到了克服模腔内变形阻力和摩擦阻力，从模腔入口挤入所需的挤压力的要求。

5、密封区（Ⅴ区）

由于挤压轮与模腔之间有相对运动，必须留有一个很小的间隙，保证两者之间不接触产生磨损。当挤压应力达到坯料的屈服极限时，金属将挤入间隙内，在一定的压力和温度条件下，从间隙内流出形成“溢料”。该区的作用是密封挤压工作腔，以建立足够的压力使坯料通过模具挤出。密封间隙区由沟槽两边的间隙和挡块与沟槽的间隙构成。

2.3铜材的连续挤压技术的应用 2.3.1铜扁线

铜扁线是变压器和大中型电机绕组广泛采用的一种导体。传统生产方法是用上引铸杆为坯料，经过多道冷轧和拉拔成型后再进行退火，达到软态要求后交付使用。采用连续挤压方法生产铜扁线，是对传统生产工艺的一次变革。它也用上引铸杆为坯料，但只经过连续挤压一道工序即可生产各种断面的毛坯，而且达到产品尺寸和性能的最终要求。其主要优越性表现在如下几个方面：

（1）由于是热加工，可取消退火工序，节省电能；（2）原材料为统一规格的铜杆，备料方便；

（3）变换产品仅需更换一只模具，快捷方便，便于组织小批量、多品种生产；

（4）可大长度、连续生产，生产效率高。所生产的产品质量具有如下优点：

（5）变形过程为连续热挤压塑性成型，可消除原材料表面的缺陷及机械损伤对产品表面质量的影响，产品表面不会产生传统工艺极易出现的翘皮、毛刺等现象；

（6）产品状态为热挤压态，可获得优良的机械性能与微观组织结构，产品的导电性也得以提高；

（7）省去了退火工序，避免了退火过程中温度的不均匀性，保证产品的性能沿整个长度均匀一致；

（8）经优化的模具材料和结构可保证产品具有较高的尺寸精度、光洁度和较长的使用寿命。2.3.2铜合金接触线杆坯

电气化铁路接触导线(简称接触线，断面形状见图9所示)除要求有良好的导电率外，还要求有足够的抗拉强度和抗软化性能。我国随着铁路运行速度的提高，要求电车线的架线张力有所增加（如下式所示），接触线的抗拉强度就必须大幅度提高。因此电车线的成份已由纯铜发展为银铜合会和锡铜合金。

图9

V=0.68VC VC=3.6（T/ρ）1/2 式中：V—列车运行速度（km·h-1）

VC—接触线的波动传播速度（km·h-1）

T—接触线的架线张力（N）

ρ—接触线的线密度（kg·m-1）

电车线的传统制造工艺为：上引无氧铜杆一冷轧一冷拔。现在采用的新工艺为：上引无氧铜杆一连续挤压一冷拔。

连续挤压新工艺加工的接触线具有较细的组织，使接触线不但具备含氧量低，不易脆断的特性，而且拥有细晶组织和良好的机械性能，这为电气化铁路的安全运行提供了可靠保证。如表1所示。

表1 新工艺生产铜合金接触线（CTHA 120）的性能

三、液压系统

液压系统由信号控制和液压动力两部分组成。信号控制部分用于驱动液压动力部分中的控制阀动作。

液压动力部分主要由油泵、油缸、阀、管、油箱和接头组成。

1、液压泵：（1）齿轮泵（低压<1.6MPa）（2）叶片泵（中压<7MPa）（3）柱塞泵（高压<32MPa）

液压泵按功能又可分为定量泵和变量泵。

2、液压缸：（1）活塞式（2）柱塞式

3、液压阀：按功能可分为三种类型。

（1）控制压力：①溢流阀（安全阀）②顺序阀 ③减压阀（2）控制方向：①单向阀 ②换向阀（3）控制流量：①节流阀 ②调速阀

4、辅助装置：连接方式有板式连技和管式连接两种。

四、展望

连续挤压技术的发展方兴未艾，在成形理论、工具设计、设备性能等方面尚有许多研究和提高任务，在铜、铝合金的应用、无氧铜带的制坯等新领域的开发方面还有许多工作等待我们去做。这就需要我们在今后的学习中要认真学习和工作，为推动我国连续挤压技术的发展，为使我国成为连续挤压技术的应用大国和连续挤压设备的生产大国而共同奋斗！

五、对连续挤压技术课程的体会

通过对本课程的学习，我整体上了解了连续挤压技术的发展过程以及我国连续挤压技术的发展现状。连续挤压技术与传统挤压技术相比有很多优势，不仅能实现产品的连续生产，提高生产效率，同时节能环保，完全符合我国科学发展的战略。

连续挤压技术对于铜材生产有重要的意义，中国铜加工业包括材料研究、产品试制、工厂设计、工厂建设、生产装备制造等均已国产化，铜加工外包工程项目日渐普及，依靠外国建设铜加工工程的历史己一去不复返了。但是，我们也应清楚的认识到中国铜加工工业大而不强、技术经济指标不够先进、企业规模不大、产品质量不够稳定、技术水平及装备先进与落后并存、整体实力与发达国家相比还有很大差距，这些方面还沒有根本改变；中国铜的资源短缺、铜价和人工成本不断推高使铜材制造成本增加；铜材国内外市场竞争进一步加骤；我国经济发展向低炭、节能、环保方向发展，要求铜加工产品向高精尖、环保方向推进，生产工艺应节能、环保、減排；对此，中国铜加工工业必须不断通过技术创新、发展短流程、节能、减排、自动化、连续化生产工艺，发展利用再生铜的资源直接生产铜加工材技术，以确保中国铜加工工业持续、稳定的发展。

“十二五”期间，国家提出了采用连续挤压工艺技术和大型连续挤压生产装备的研究和开发，全面提升我国高纯无氧铜带生产的技术和设备水平，在大幅提高铜带质量的同时，降低成本及能源消耗，并减少污染物排放。这就需要我们继续深入地对连续挤压技术进行研究，来满足国家发展的需要。

第三篇：技术大比武D

单位：________班组：________姓名：________成绩：________

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第一炼钢厂连铸工预赛理论试卷D

一、填空题（共20分，每空1分）

1、铝在钢的主要作用是细化晶粒、固定钢中的氮、从而显著提高钢的冲击韧性、降低冷脆倾向、和时效倾向性。

2、质量管理的统计分析方法主要有因果图、调查表法、直方图、分层法、控制图、分布图、帕累托图七种方法。

3、结晶器钢水液面系统由传感器、控制器、执行器组成。

4、结晶器、二次喷淋冷却装置，应配备事故供水系统；一旦正常供水中断，即发出警报，停止浇注，事故供水系统启动，并在规定时间内保证铸机的安全。

5、连铸用耐火材料三大件指大包长水口、整体塞棒、浸入式水口。

6、结晶器的水温差不能>15℃，最大出水温度不能>40℃

二、单选题（共40分，每题2分）

1、粘土砖是(B)。

A．碱性耐火材料B．酸性耐火材料C．中性耐火材料

2、若转炉出钢量为30t的四流150mm×150mm连铸机，拉速为1.5m/min，铸坯比重7.4t/m3，则其一炉钢的浇注时间为(B)min。

A．30/(4×150×150×7.4×1.5)

B．30/(4×0.15×0.15×7.4×1.5)

C．30/(4×0.15×0.15×1.5)

3、浇铸过程中急降速温，会造成(A)内部质量问题。

A．中心裂纹B．角横裂C．纵裂

4、钢水凝固放出的热量有过热、潜热、显热三种，其中(B)的放出速度直接关系到连铸的生产率。

A．过热B．潜热C．显热

5、保护渣的(C)主要靠配入渣中的碳质材料来调节。

A．界面特性B．粘度C．熔化速度

6、降低钢中气体，主要是氢和(C)的含量，就可以减少气泡产生。

A．氮B．一氧化碳C．氧

7、比水量的公式是(B)。

A．(二次冷却水量)/(冶金长度×铸坯单重)

B．(二次冷却水流量)/(铸坯单重×拉速)

C．(结晶器水量)/(铸坯单重×拉速)

D．(结晶器水量)/(铸坯单重)

8、若不及时将“渣条”捞出，不仅有漏钢危险，而且会造成连铸坯的(B)质量缺陷。

A．表面龟裂B．夹渣C．气泡

9、钢水从浇注温度冷却到凝固温度释放的热量称为(B)。

A．凝固潜热B．钢水过热C．物理显热

10、为保证结晶器传热效果，结晶器水缝中冷却水流速应保持在(A)。

A．6～10m/sB． 3～5m/sC．15～20m/s11、铸坯凝固过程中有(C)个脆性转变区。

A．1B．2C．312、转炉炼钢碳氧化反应主要发生在冶炼(B)期。

A．前B．中C．后D．前中

13、中心硫疏松和缩孔主要是由于柱状晶过分发展，形成(C)现象所引起的缺陷。

A．脱方B．鼓肚C．搭桥

14、外混式火焰切割烧嘴氧气与燃气的混合位置是(A)。

A．烧嘴出口外B．烧嘴出口内C．进烧嘴前D．烧嘴中

15、结晶器冷却强度，应力求得到(C)。

A．膜沸腾传热B．核沸腾传热C．强制对流传热

16、影响铸坯三角区裂纹的主要因素是(C)。

A．结晶器B．二冷配水C．拉矫机D．二冷扇形段开口度

17、连铸使用的PLC和仪表使用稳压装置是(A)。

A．为防止电压波动B．为减轻铸机负荷C．为防止突发事故

18、下列化合物中熔点最低的是（C）。

A.CaOB.SiO2C.CaF219、下列非金属夹杂物中（C）属于球状（或点状）不变形夹杂物。

A.Al2O3B.MnSC.CaSD.Cr2O320、钢铁料单耗是指(C)。

A.铁水加废钢加合金的吨钢消耗

B.铁水加废钢加合金加铁矿石的吨钢消耗

C.铁水加废钢的吨钢消耗

21、硅元素对钢性能影响是(B)。

A.提高钢的焊接性、加工性

B.增加钢的弹性、强度

C.提高钢的冲击性、延伸率增强

22、铸坯毛刺清理不彻底易造成轧制的(A)缺陷。

A．结疤B．分层C．星裂D．夹杂

23、转炉出钢量为30t，浇160mm×200mm三流连铸机，V均＝0.9m/min，铸坯比重p＝7.4t/m3，则一

炉钢的浇注时间为(A)min。

A．30/(3×0.16×0.20×7.4×0.9)

B．30/(3×160×200×7.4×0.9)

C．30/(3×160×200×0.9)

24、当碳含量为0.12%时，表面纵裂敏感性最大，一般认为这与坯壳内δ-γ相变引起的体积(B)有关。

A．膨胀B．收缩C．不变

25、钢中的氢含量降低钢的强度、塑性、冲击韧性，称为(C)。

A．兰脆B．热脆C．氢脆

26、中包水口破而维持浇铸时，可能产生(C)废品。

A．中心线裂纹B．纵裂C．夹杂

27、目前先进钢厂炼钢采用分阶段精炼工艺，其的流程一般为：铁水三脱 →

转炉少渣冶炼 →(C)→ 连铸保护浇注和中间包冶金。

A.二次精炼B.RH处理C.多功能二次精炼D.真空处理

28、试题: 铸坯采用多点矫直，而不采用单点矫直，是为了减轻(B)。

A．铸坯横裂B．铸坯内裂C．铸坯鼓肚

29、一般来说，保护渣粘度越低，耗渣量(A)。

A．越大B．越小C．不变

30、立弯式连铸机内部夹杂物偏向铸坯(C)。

A．内弧面B．外弧面C．中心位置D．无夹杂31、18、一般出钢温降在（B）℃。

A、20-40B、40-60C、60-80D、80-10032、连铸坯火焰切割系统由火焰切割车、能源介质及（B）构成A、传送辊道B、控制系统C、机械飞剪D、引锭装置

33、下述哪一项不是连铸保护渣对浸入式水口严重侵蚀的影响因素（C）

A、保护渣的碱度过高B、保护渣的黏度过低

C、保护渣熔点过高D、氟化钙含量过高

34、连铸过程下述哪一项技术措施不能改善铸坯的中心偏析缺陷（D）

A、低温低速浇注B、应用电磁搅拌

C、在凝固末端采用轻压下技术D、二次冷却弱冷控制

35、下述哪一项原因不会造成铸坯表面增碳（C）

A、保护渣碳含量高B、结晶器液位波动大

C、未及时进行捞渣操作D、结晶器液面红渣操作

36、连铸“三大件”指的是（A）

A、钢包保护套管、塞棒、浸入式水口

B、中包水口、塞棒、浸入式水口

C、钢包保护套管、中包水口、浸入式水口

D、钢包保护套管、稳流器、浸入式水口

37、结晶器水缝厚度范围（C）mm

A、1-2B、2-4C、4-6D、6-838、我公司工业氧气纯度标准是（D）。

A、99.2%B、99.5%C、99.9%D、99.6%

39、连铸坯典型的低倍结构由3个区域带组成，其中最外层是（D）

A、珠光体B、等轴晶C、铁素体D、柱状晶

40、从铁碳相图分析可知：碳含量在（B）的铁碳合金都会出现包晶反应。

A、0.09-0.12%B、0.09-0.53%C、0.07-0.12%D、0.08-0.15%

三、判断题（共10分，每题1分）

1、铸坯表面上常见的一种无明显方向和位置的成组的晶间裂纹，称之为星状裂纹。（√）

2、同一种金属当晶格结构发生改变，将会引起金属的物理、力学性能变化。（√）

3、热应力的大小主要取决于铸坯的体收缩量。（×）

4、炼钢厂的金属收得率是指从合格钢水到所有铸坯的百分数。（×）

5、中间包塞棒的主要作用是控制漏钢。（×）

6、敞流浇铸所使用的润滑剂菜籽油的着火点为240～280℃。（×）

7、连铸过程中，只要将钢液与空气完全隔开，就能完全杜绝二次氧化。（×）

8、钢中的氢是白点产生的根本原因，降低钢的断面收缩率。（√）

9、拉矫机的作用是拉坯，并在做生产准备时，把引锭杆送入结晶器的底部。（×）

10、浇注速度就是单位时间内注入结晶器的钢液量。（√）

三、简答题（共20分，每题5分）、简述起步漏钢的原因及措施？

2、简述塞棒失控原因及处理措施？

3、连铸与转炉匹配应考虑那些原则？

4、板坯连铸机，冶金长度较长，直到矫直区都处于液芯状态，因此铸坯鼓肚变形是主要问题，为防止铸坯鼓肚变形，二次冷却结构上采取哪些措施？

四、计算题（10分）

小方坯150mm×150mm，V＝1.5m/min，结晶器长度L＝700mm，若浇注过程中结晶器液面稳定在离上口50mm，结晶器凝固系数K＝18mm/min1/2。求出结晶器的坯壳厚度e。(计算过程中小数点保留二位)

第四篇：网格挤压式顶管施工

摘要上海轨道交通M8线复兴路站～淮海路站区间隧道的联络通道，采用简易网格式机头顶进施工取得成功。文章对施工过程进行了具体叙述，总结出简易网格式机头顶进施工的特点；并提出了一系列的优化和改进技术措施，供类似工程参考。

关键词地铁联络通道简易网格式机头顶进施工技术

1工程概况上海市轨道交通M8线淮海路站～复兴路站区间隧道全长828m，在上行线里程SK19+785。640m处设有1座联络通道。其对应的地面位置为与寿宁路交汇处以南30m的西藏南路，地面邻近建筑物多为3层砖木结构老式里弄民房，并有f500mm上水管和f800mm煤气管等。隧道内径为5。5m，外径为6。2m，普通管片宽1m，钢管片宽1。1m；联络通道的断面尺寸为：高2。7m、宽1。58m；顶面标高为－11。56m，底面标高为－14。26m，顶覆土厚15。56～15。62m。联络通道处的上下行隧道中心标高为－12。56～15。62m，中心线距离为12m，外壁净距为5。8m，见图1。联络通道采用简易网格式机头，由下行线的XK19+789。577m里程向上行线顶进施工。

2工程地质条件根据工程地质资料可知，联络通道处的主要土层从上到下分别是①1层杂填土、②层粉质粘土、③层淤泥质粉质粘土、④层淤泥质粘土和⑤1层粘土。顶进时，上半部为④层淤泥质粘土，下半部为⑤1层粘土。各土层物理力学指标见表1。

由表1和工程地质资料可知：联络通道所处的④淤泥质粘土层和⑤1粘土层，基本上均属微透水性、抗剪强度较高的土层，其自立性较好。

3联络通道施工设计考虑到联络通道所处的④淤泥质粘土层和⑤1粘土层自立性较好，若采用简易网格式机头顶进施工，则在保证安全的前提下，可以节省人力、物力、经费及缩短工期。3。1施工设备简易网格式机头由正面网格切土装置、垂直法兰、中继间（内设纠偏千斤顶）、主顶进装置、后靠和导轨组成（见图2）。

⑴正面网格切土装置是由下行线隧道内的382、383环钢管片中的6块洞口块紧固连接成一体后加工而成的。将钢管片中间2列开口打通，考虑到控制出土量和风险因素，还须制作相应数量的胸板，一旦出现突发事件，可以马上封堵出土口。⑵主顶进装置由6台1000kN的千斤顶、高压变量油泵、换向阀和高压软管组成。沿联络通道轴线左右对称布置的千斤顶支架，起到支撑千斤顶和导向的作用；高压变量油泵提供千斤顶的压力，换向阀可控制千斤顶的伸缩，规格一致的千斤顶保证千斤顶的行程同步。⑶纠偏千斤顶设在中继间内，用来纠正顶管的姿态，其数量和规格由正面的土压力及复合管节外壁的摩擦力来确定。⑷后靠支撑系统是由与隧道内弧面密贴的船底板加强肋板组成，后座与管片的接触面须均匀密贴。其具体尺寸是根据联络通道的埋深和土质情况，通过计算推进反力来确定的。⑸导轨由2根可以自由拆卸的型钢组成，按设计的轴线铺设，让电机车将复合管节运输至千斤顶顶进的范围，并导向其顺利顶入土中。3。2工作原理简易网格式机头在主顶千斤顶的推力下顶进，网格前的土体受被动土压力的作用，当被动土压力大于网格舱内土压时，土体就会被挤入舱内，然后人工把泥土运走。出土量由网格的开口率大小来控制。3。3管节联络通道由6节宽1。58m、高2。7m、壁厚为0。2m的预制复合管节组成，其中2节长1。2m，为进出洞复合管节，4节标准复合管节长1。5m。复合管节由钢壳和内衬混凝土组成，钢壳背板涂2度环氧沥青漆，内衬混凝土等级为C30，抗渗强度为0。8MPa，混凝土保护层厚2。5mm，平整度和密实度符合设计规定，并预留压浆孔（见图3）。

4联络通道施工技术4。1顶进施工前的预备工作4。1。1土体加固为防止网格打开后正面的土体坍塌，造成水土流失，同时也为防止顶进时隧道发生横向位移和管片变形，因此，须对简易网格式机头出进洞处混凝土管片外的土体进行注浆加固，经加固后的土体有很好的自立性、均质性，无侧限抗压强度达0。2～0。3MPa。4。1。2测量放样联络通道施工前，采用地面控制网，根据进出洞门的中心连线，定出顶进的轴线和导轨面标高、后靠和千斤顶组的中心位置，减小因上下行线在施工中管片排布的差异而引起的相应预留孔方位差异造成的施工难度；同时，将测量台固定在不受顶进影响的管片上，避免因后靠系统的变形而影响复测的精度。4。1。3管片支撑体系联络通道施工前，应在隧道内设置型钢支撑，形成柱状钢支撑，支撑联络通道口两侧的10环混凝土管片；在钢支撑上（沿隧道纵向）设置钢桁架梁，支撑点设在开口环上，开口位置上的支撑点处，必须填充混凝土。为了给钢支撑施加预应力，在各钢支撑顶端设液压千斤顶，采用三角形垫块与混凝土管片密贴（见图4）。

4。2出洞施工技术4。2。1施工参数顶进速度控制在10mm/min左右，出土量宜控制在理论值的95%～98%；当千斤顶的顶力偏大时，可把网格适当放大（即上下2排网格打通）；反之，用胸板堵住网格。4。2。2注重事项⑴为防止简易网格式机头发生“磕头”，须将纠偏装置（中继间）与前2节复合管节紧密连接，确保相邻管节的外形平整，控制顶管的姿态。⑵为控制顶管的姿态，顶进时要随时调整主顶千斤顶的位置，即控制千斤顶的合力位置，若顶管有向上的趋势，则将下部的千斤顶向上移动；反之，让上部的千斤顶向下移动。4。3正常顶进施工4。3。1施工参数顶进速度一般控制在20～30mm/min，假如发现正面土体挤入很慢，且顶进压力也变得越来越大时，应放慢顶进速度，即控制在10mm/min左右，否则极易造成顶管上抛。正常情况下，出土量控制在理论值的97%～100%之间；假如千斤顶的顶力过大时，则可以适当提高网格开口率。4。3。2注重事项⑴密切关注地表沉降、土质的变化、覆土的厚度及地面建筑物等的监测数据，及时调整出土量，控制地层变形；⑵优化主顶千斤顶的编组，控制顶管的姿态；⑶在主顶千斤顶编组能控制的情况下，尽量不用纠偏装置，以免影响后面整体复合管节的姿态和测量；⑷当一节管节顶进结束吊放下一节管节时，应保证止水密封橡胶带在对接拼装时与管节充分密贴，且受力均匀。4。4进洞施工技术4。4。1导轨的铺设简易网格式机头在进洞前，应安装好导轨装置，导轨的坡度应与联络通道的坡度相吻合。4。4。2布置应力释放孔将钢管片两旁的压浆孔作为应力释放孔，预先安装上球阀。当机头即将靠近洞门时，根据实际情况，用球阀来控制应力释放孔的闭启，避免封门变形或正面的土体涌入隧道内。4。4。3施工参数顶进速度一般控制在10mm/min左右；为降低对封门的压力，防止土体涌入隧道内，必须尽量挖空正面土体。4。4。4注重事项⑴拆除封门时要有专人指挥，布置好最佳的吊点；简易网格式机头必须保持良好的状态，一旦封门拆除，简易网格式机头立即顶出土体，尽量缩短进洞的时间；⑵简易网格式机头进洞后，用钢板将洞门圈和复合管节间的空隙封焊住，防止水土流入隧道；⑶联络通道完全贯通后，通过复合管节上预留的注浆孔，压注足量的浆液填充建筑空隙，防止地面沉降和管节渗水，并处理好压浆孔。

5施工监测⑴在联络通道上方邻近的建筑物和管线处布置地表变形测点，测点间距为2～5m；测量频率视地表变形速度及可能对地面结构造成影响的程度而定；采用自动安平水准仪和线条式铟瓦水准标尺等仪器进行测量，测量精度在±0。3mm左右。⑵隧道变形的监测范围为沿隧道40m，测点间距为2～5m（联络通道四周的测点应加密布置，用同上的仪器量测管片的水平和垂直位移，测定隧道的变形。⑶联络通道顶进施工的实际时间仅为40h，地面累计（30天）最大沉降量为6。12mm，管线及建（构）筑物的累计最大沉降量为3。41mm；已建成的隧道测得最大位移值为+1mm；测得最大变形值为1mm；顶进结束后10d，测得周平均沉降值<0。5mm；联络通道内未见渗漏水点。

6结束语通过本工程的施工实践，可以得出：简易网格式机头施工工艺较适用于上海软土地层内的联络通道施工。简易网格式机头的施工工艺具有以下特点：⑴预备期、实施期均很短（约为冰冻法的1/3），且联络通道的后期稳定时间亦较短；⑵对土体的扰动小，不仅全面增强了邻近建筑和管线的安全，而且能使联络通道始终处于较稳定的土体中；⑶一旦碰到险情时，可立即封堵，有效地控制险情的扩展；⑷施工成本较低（约为冰冻法的2/3），且顶进设备可重复利用，经济效益显著；⑸由于管节为高精度的预制构件，且在施工过程中便于控制，使联络通道质量得到提高。外观质量优良，未见渗漏水点。为使该施工工艺在今后的类似工程中可得到广泛的推广应用，进一步做好设计、施工一体化，需对下列几方面进行优化与改进：⑴根据盾构机的性能，尽量放大隧道内钢管片（联络通道预留口）的宽度，尤其是钢管片的开口宽度，以实现更大空间的顶进法联络通道施工；⑵将作为简易网格式机头的顶出钢管片，由现在的径向开口改为水平开口；并使接收侧隧道内的洞门钢管片尺寸略大于始发侧，便于顶管机的进出洞施工；⑶在盾构推进至联络通道位置时，尽量减小对土体的扰动，并尽快实施土体加固和环箍注浆等措施，隔绝同步浆液流窜，保证顶进时的土体均匀性；⑷在满足隧道内施工空间的前提下，尽量采用长行程（大于管节长）千斤顶作为主顶千斤顶，这样就不必多次更换顶块，可使顶进施工连续进行，既加快了施工速度，又有利于顶进轴线的控制、降低起重作业风险、提高总体质量。建议在有集水井的联络通道中，采用简易网格式机头进行施工，即在顶进管节的相应位置，预留类似钢管片的可顶出结构，进行向下顶进施工，构筑集水井。

（编

第五篇：铝合金的精密挤压技术

铝合金精密零件的挤压技术

凯福精密制造的黄教授说了：每当型材的壁厚最小的只有0.4 mm，其公差要求为±0.04mm.挤压生产过程对设备、工模具、工艺要求相当严格。通常他把这种挤压技术称为精密挤压技术。

因为现代许多工业设备仪器如精密仪器、弱电设备中的部分零件要求小型的、薄壁的、断面尺寸非常精确的铝型材，对其尺寸公差要求非常严格。型材的壁厚最小的只有0.4 mm，其公差要求为±0.04mm.挤压生产过程对设备、工模具、工艺要求相当严格。通常把这种挤压技术称为精密挤压。精密铝精密加工的特点

有一些小型精密铝型材的公差比JIS标准中特殊级的公差还小一半以上，一般精密铝型材要求的尺寸公差在±0.04～±0.07mm之间。

电位差计用的精密铝型材断面为“︼”型材重量30 g／m，断面尺寸公差范围为±0 07 mm.织机用的精密铝型材断面为“■”，断面尺寸公差为±0.04mm，角度偏差小于0.5°，弯曲度为0.83×L.A1050、A1100、A3003、A6061、A6063（低、中强度合金）小型精密挤压型材的最小壁厚0.5mm，最小断面积20mm2.A5083、A2024、A7075、（中、高强度铝合金）小型精密挤压型材的最小壁厚0.9mm，最小断面积110mm2.精密铝型材尺寸公差举例

尺寸/mm 尺寸允许公差/mm

JIS特殊级 小型、精密

A 2.54 ±0.15 ±0.07

B 1.78 ±0.15 ±0.07

C 3.23 ±0.19 ±0.07

精密挤压技术要求

一般说，铝合金热挤压变形程度大，挤压温度和速度的变化、挤压设备的对中性、工模具的变形等都容易对型材尺寸的精度产生影响，而且它们相互影响因素很难克服。图3列出精密挤压的影响因素。

2.1 对工模具的要求

模具是影响挤压制品尺寸精度最直接的因素，要保证挤压制品在生产中断面尺寸不变或变化很小，必须使模具的刚性、耐热性、耐磨性达到一定的要求。

首先要保证模具在高温高压下不易变形，有很高的耐热性，对精密挤压而言更为严格，要求在工作温度（500℃左右）下，模具材料的屈服强度不小于1200N/mm2.其次需要有高的耐磨性，这主要决定于氮化层硬度和厚度，一般要求氮化层的硬度在1150HV以上，氮化层深度在0.25 mm～0.45mm之间，而氮化后模具尺寸的变化应在0.02mm以内。

对于断面有悬壁的实心型材和空心型材，还要考虑模具的弹性变形，为了使模具保证一定的刚度，可以考虑适当增加模具的厚度或配形状相似的专用垫。

为控制型材开口尺寸的变化，可以在模子上开导流槽来控制金属的流动。

2.2 对挤压工艺要求

挤压方法对制品的精度有影响。正向挤压一般容易出现前端（开始挤出部分）比后端的壁厚较大的现象，反向挤压制品的前后端壁厚变化很小，如图5所示。因此采用反相挤压较容易控制制品尺寸的精度。

挤压制品在热状态下冷却会产生收缩变形。其变形量S%

沿挤压方向的位置／m 中：

s％——收缩率；

lt——热状态的断面尺寸；

l0——冷却后的断面尺寸；

a——热膨胀系数；

Te——挤压温度；

Ts——周围环境温度。

可知，温度的变化会引起制品尺寸的变化，温度变化越大，其变形量越大，因此要保证制品尺寸的精确，挤压机应有Tips控制系统（等温挤压系统）。即采用等温挤压。如挤压机没有这种装置，对铝棒可采用梯度加热，做到近似等温挤压，总之要保证制品前后端温度一致或相差较小。

另外，可以看出，挤压温度越高，产生的变形越大，因此在保证制品力学性能情况下，尽可能来用较低的挤压温度。

挤压速度的变化也会使制品的尺寸发生变化，特别是有开口的制品易引起开口尺寸的变化，应采用等速挤压、现代挤压机一般都有Fi控制系统（等速挤压控制系统）。

制品从挤压模孔出来的冷却至关重要，必须保持均匀、恒定的冷却速度，使制品的收缩保持一致。

2.3 对设备的要求

挤压机的品质影响挤压制品的精度。一般要求挤压机张力柱为预应力的整体结构，设备的刚度和对中性要好，一般挤压轴、挤压筒、模具、送料机械手之间最大允许偏差小于1.5mm，通常控制在1.2mm以内。对于精密挤压而言，模具、挤压筒、挤压杆中心偏差应小于0.2mm用于精密挤压的挤压机应有等温挤压控制系统和等速挤压控制系统，至少应有等速挤压控制。

除此之外，模具应有冷却装置，确保模具在一定温度下的刚性、耐磨性和尺寸的稳定性。

2.4 对铸棒材质的要求

铸棒的成分、组织不均匀，有夹杂、偏析、晶粒粗大等缺陷都会影响金属的流动和变形，使制品的尺寸发生变异。对于精密挤压而言，对铸棒的材质要求更为严格，必须经过均匀化处理，晶粒应控制在一级以内。结束语

唉 说白了，精密挤压是一项综合性技术。要求模具的材质、设计、制造非常严格；挤压机必须是先进的设备；根据不同的制品断面选择[考试|大|不同的挤压方法和工艺；铝棒需经均匀化处理，其组织、性能必须均匀。只有这样才能满足精密挤压的要求。

所以呢，我们要抱着持之以恒的态度去整事，想挣钱去实现自己的理想，都需要脚踏实地滴，老板也是从点滴做起。