水平挤压范文（精选7篇）

水平挤压 第1篇

关键词：水平井,砾石充填,防砂,完井

1 前言

大港油田油藏类型复杂, 包括复杂断块、边底水以及构造岩性油藏等七类。出砂油藏主要集中在港西、港东的明化、馆陶油组地层, 砂粒度中值小、分选性、均匀性较差, 地层砂为细粉砂, 防砂难度大。裸眼砾石充填完井方式在地层与筛管之间的环空充填砾石层, 对地层砂形成阻挡, 减少对筛管的冲刺, 延长筛管的使用寿命。同时对地层起支撑作用, 防止井壁坍塌、避免由于地层砂运移形成近井眼低渗透带。与其它防砂技术相比, 砾石充填防砂具有防砂效果好、工作寿命长等优点, 因此, 用油气井开发易出砂油藏, 砾石充填完井是首选的方式[1]。针对港西区块生产储层的地质情况, 优化施工参数, 在西40-8-4H井率先成功实施水平井的裸眼挤压充填工艺, 在砾石充填的基础上对近井地带充填一定量的砾石, 形成多级挡砂屏障, 防砂效果更好, 取得良好效果, 为今后疏松砂岩油藏水平井的高效开采提供有效的借鉴作用。

2 西40-8-4H井基本情况

西40-8-4H井位于港西油田一区三断块西部, 目的层为NmⅡ-3-2, 于2013年5月6日完钻, 完钻井深1105m, 最大井斜82.3°, 完井油层套管外径Φ139.7mm, 内径Φ121.24mm。根据临井地质情况, 港122井的粒度分析数据, 层位:NmⅡ2, 深度:919.4-923.6m, 岩性:含泥粉砂质细砂岩, 泥质含量平均值为12.5%。颗粒含量占10%时, 颗粒直径大于0.25mm, 颗粒含量占50%时, 颗粒直径大于0.141mm, 颗粒含量占90%时, 颗粒直径大于0.01mm。西43-6-6井, 层位NmⅡ6, 深度1062.37-1065.74m, 岩性为含泥粉砂-细砂岩, 泥质含量平均值13.63%, 粒度中值0.06mm, 分选系数8.42, 均匀系数19.3, 地层砂表现为粒度中值小, 分选性、均匀性差。按照国际选择标准应该选择压裂充填完井, 但由于该油层底水发育, 压裂充填存在风险, 加之投入高, 根据先期直井充填施工情况采用适量挤压砾石充填完井方式, 控制施工排量、压力、砂比等参数, 确保施工的顺利实施。

3 工艺优化

为保证防砂质量以及该井长期生产效果, 对西40-8-4H井采用逆向挤压充填防砂工艺技术, 充填砾石将近井地带和防砂筛管环空一次充填结实, 有效解决目前地层出砂问题, 为确保工艺的顺利实施及防砂质量, 从以下几个方面进行工艺的优化。

3.1 筛管及砾石尺寸的选择

砾石充填防砂设计中, 选择合理的砾石尺寸是防砂成功的关键之一。较大的砾石尺寸有利于获得较高的产能, 但会导致地层砂侵入砾石层;较小的砾石尺寸挡砂效果好, 但对油井产能的影响较大。因此需要从砂侵和产能两个方面综合考虑, 优选出既能避免严重砂侵, 又能获得较高产能的最佳砾石尺寸[2]。筛管的挡砂精度是防砂管柱最重要的设计尺寸, 原则上应能满足挡住最小充填砾石的要求[3]。

根据地质油藏特点及粒度中值0.1mm左右, 利用Saucier公式D50= (5~6) d50, 选取石英砂的粒径为0.425-0.85mm。筛管档砂精度与充填砂相匹的原则 (最小充填砾石尺寸的0.3-0.5) 选用挡砂精度0.18mm的精密复合滤砂管。

3.2 冲筛比的优化

实验发现, 只要采用较大直径的冲管, 使冲管外径与筛管内径之比 (简称冲筛比) 大于0.6后, 充填效率开始急剧上升[4], 冲筛比对充填效果的影响主要体现在其对筛套环空中的纯携砂液流量的影响上。较大的冲管尺寸会减小冲筛环空中纯携砂液的流通面积, 增大摩阻压降, 迫使更多的携砂液在筛套环空中流动, 增大筛套环空中砂浆流量, 降低砾石浓度, 提高携砂能力, 降低筛套环空发生堵塞的危险。为此冲管选择88.9mm, 冲筛比为0.733。

3.3 携砂液的优选

携砂液良好的性能是该工艺实施成功的关键技术之一, 携砂液粘度越大, 其携砂能力越强, 砾石颗粒越不容易沉积, 因此较高的携砂液粘度会得到较低的最终砂床高度, 利于得到较高的充填率。但高粘液体中一般含有大量的大分子, 更容易对地层造成污染。为了确保充填密实性, 粘度要求不低于60m Pa.s, 同时为保证开发效果, 选用清洁型的携砂液, 具有不交联、易分解、残留物少对地层污染小的特点。

3.4 携砂比的优化

携砂比对水平井砾石充填效果的影响是多方面的。携砂比越高, 砾石颗粒越不容易被携带, 最终沉积砂床高度会越高。较高的砂比可能会直接导致提前堵塞, 并且携砂比越高, 由于携砂液的滤失和砂床高度的不断升高, 筛套环空中会越快地达到砾石极限浓度, 堵塞位置会越提前。根据水平井砾石充填机理与固液两相流理论, 结合砾石充填数学模型, 优化施工排量为1800-2000L/min, 施工砂比为5%~20%。

4 施工过程

4.1 管柱下入

外管柱结构为:Φ139.7m m水平井管外砾石充填工具+Φ1 3 9.7 m m精密复合滤砂管串 (102m) +Φ139.7m m短套管+Φ139.7m m盲板+Φ139.7m m套管串+Φ190mm裸眼封隔器2套+Φ139.7mm短套管+Φ168m m分级箍+Φ139.7m m套管串 (至井口) 。外管柱下到位后进行固井及钻塞作业, 然后下入内管柱, 结构为:Φ60m m充填插管+Φ88.9m m油管串至井口。

4.2 防砂施工泵注程序

4.3 反洗井冲砂

上提管柱2米, 返洗两周, 洗出管内多余砾石。关井待压力完全扩散井口无溢流起出充填防砂内管, 按要求下生产管柱。

4.4 效果分析

在整个泵注期间泵注排量、砂比、油管压力都比较平稳, 整个充填施工顺利, 共用携砂液338m3, 充填砂量52.6m3。

西40-8-4H井于2013年5月22日投产, 日产液量24.6吨, 产油量在20.42吨, 含水率17%, 未见出砂, 防砂效果明显。

5 结论及建议

(1) 与常规的防砂技术相比砾石充填防砂具有防砂效果好、工作寿命长等优点;通过裸眼挤压砾石充填防砂工艺在西40-8-4的成功应用, 为该技术的推广奠定了基础;

(2) 在挤压砾石充填防砂工艺中, 如果地层泥质含量较高, 有必要的挤入适量的防膨剂溶液, 防止施工和生产过程中的粘土膨胀, 同时在试挤防膨剂溶液过程中, 调整排量, 获取地层的吸水能力及滤失性, 为施工参数优化提供数据依据;

(3) 挤压砾石充填防砂工艺可以对近井地带充填一定量的砾石, 形成多级挡砂屏障, 防砂效果更好, 为疏松砂岩水平井的高效开采, 提供了新的技术思路。

参考文献

[1]罗英俊.水平井开采技术译文集 (中) [M].北京:石油工业出版社, 1992:22~34

[2]杨喜柱, 刘树新, 薛秀敏, 等.水平井裸眼砾石充填防砂工艺研究与应用[J].石油钻采工艺, 2009, 31 (3) :76-78

[3]张毅.采油工程技术新进展[M].北京:中国石化出版社, 2005

水平挤压 第2篇

1 模具安装方式

采用300T万能油压机,将图1所示的模具按要求安装于油压机上。图1中,凸模被压紧在上模板上,凹模与预应力圈为过盈配合。可更换凹模通过预应力圈上的螺纹被压紧在固定座上。该结构便于更换凹模。通过不同变形量ε、不同入模角α的凹模更换来实现各种正挤压变形实验。

2 检测设备安装

通过油压传感器、位移传感器、动态应变仪及函数记录仪,以检测位移和力之间的关系。

图2是检测设备的连接方式。位移传感器上端固定于上模座上,下端固定于下模座上,随上模的上下移动,位移传感器将其测得的位移信号输送到位移讯号源中,位移讯号源将信号处理后,输送到x-y函数记录仪的x方向上,因此,x-y函数记录仪的x方向记录的是位移数据。油压传感器与油压机的主油路连接,来检测系统油压的压力。油压传感器与动态应变仪连接,动态应变仪将数据处理后,输送到x-y函数记录仪的y方向上,因此,y方向是力的值。

3 检测过程

将上述模具及检测设备安装好之后,检查检测设备连接无误后,可以进行检测。首先将与凹模直径相匹配的圆柱铅试样放入凹模之中,此时,启动油压机,按下中间滑块下行按钮,当凸模与试样接触时,试样受到力的作用开始变形。同时,位移传感器和油压传感器将各自检测的信号输送到x-y记录仪上。同时,x-y函数记录仪的指针在坐标纸上绘制出一条位移和力之间的关系曲线。位移和力之间的关系曲线如图3所示。

通过图3可以看出,在正挤压时,挤压力先快速上升然后慢慢增加,达到最大值时,对工件施加的力处于一定值,并持续到挤压结束。

4 流动规律的模拟

用物理模拟的方法,采用图4所示的铅块,将2个铅块沿网格划分面对齐后,放入凹模中,正挤压该铅块。

为了分析铅块在不同凹模中的流动规律,依次选用入模角分别为:60°,90°,120°和160°的凹模。将规格,形状相同的铅试样分别放置于上述模具中,分别正挤压后,可得出不同的变形形状和挤压力。并通过观察网格的变化,来分析不同入模角对金属流动规律及挤压力的影响。

根据不同的入模角,可得出正挤压时,金属流动的几个特点:

(1)变形不均匀,外层变形滞后于中心。

(2)端部变形较小,越往后越容易开裂。

(3)存在一个扇形大变形区。

(4)存在死区。但合适的入模角可消除死区。

通过检测,随入模角的变大,最大挤压力越大。

另外,选定一个入模角,在不同的变形程度下,分析金属的变形规律,并测定挤压力。

选定入模角为120°,变形程度分别为:35%,50%,65%和80%。

在正挤压过程中,采用不同的变形程度时,随着变形程度的增大,变形不均匀性增大,并且,后部更易开裂。

通过检测,变形程度愈大,最大挤压力越大。

5 结束语

通过上述分析,得出如下结论:

(1)通过油压传感器、位移传感器、动态应变仪及函数记录仪等仪器,在正挤压时,建立位移和力之间的关系是完全可靠、可行的。

(2)通过上述的检测设备,依靠模具,得出不同入模角时位移和力之间的关系,检测得出:随入模角的增大,最大正挤压力增大;并验证了正挤压时,金属的流动规律。

(3)通过上述的检测设备,依靠模具,得出不同变形量时位移和力之间的关系,检测得出:随变形量的增大,最大正挤压力增大;并验证了正挤压时,金属的流动规律。

参考文献

[1]张志文.锻造工艺学[M].北京:机械工业出版社,1983

[2]史铁梁.模具设计指导[M].北京:机械工业出版社,2003

[3]胡亚民.精锻模具图册[M].北京:机械工业出版社,2002

[4]杨长顺.冷挤压模具设计[M].北京:国防工业出版社,1994

水平挤压 第3篇

开式冷挤压作为一种具有节能、节材优势的加工方法如今已经广泛应用在机械加工的各个领域。开式冷挤压模具的寿命是关系到经济效率的重要因素,由于开式冷挤压过程中作用在凹模内壁的单位压力非常大,如果凹模采用整体式就有可能产生开裂缺陷。实践与理论皆证实,采用单纯增大壁厚的办法达不到提高凹模强度的目的,为了延长模具的使用寿命,就必须使模具结构设计合理,因此采用组合式凹模结构。而合理的设计首先要知道凹模内壁上的压应力,这就是说研究作用在凹模内壁压应力的大小和分布规律是对凹模进行优化设计的前提条件。

2 工艺参数介绍

棒件开式冷挤压的变形如图1所示,挤压设备压头为1,挤压毛坯为2,挤压模具为3,坯料在挤压过程中沿轴线方向分别可以分为未变形段L1、L2和挤出段L3。开式冷挤压主要参数如下:

1.凸模2.工件3.凹模

(1)入模角2α

凹模入模角是一个重要的凹模型腔参数,对挤压变形力和成形过程中的阻力均有重要影响。工程中常用的入模角为2α=8°～50°。本文模拟入模角为2α=8°,12°,16°,20°,40°进行模拟。

(2)工作带宽b

工作带宽b,根据已经研究表明工作长度对挤压力影响很小,本文中b=18.6mm。

(3)D0和d0为挤压前坯料的外半径和内半径,D0和Df为挤压前后棒材的外径,其中为消除非稳定性变形段影响L0>2D0,故几何模型棒材长度取L0=46mm。

(4)过渡圆角R1和R2

如图1所示,R1为挤入端模具锥面与工作带间的过渡圆角,R2为模具工作带下端退件用圆角。R1有利于金属流动,R2可保证工件退出时不被刮伤。

(5)摩擦系数

冷挤压的摩擦条件非常苛刻,润滑的好坏直接决定着冷挤压成形过程是否能够顺利进行。因此在挤压前必须要对坯料进行润滑处理。

3 有限元模拟条件设定

本文的几何模型是在CAD软件Pro/E中构建,由于其结构的轴对称性,因此取凹模和坯料为实体的1/2进行研究,以提高运算速度。模拟过程的具体参数设置如下:

(1)坯料分别选用20钢、45钢和20Cr,因此在软件中选用和这两种钢物理性能相似的材料分别为AISI-1045COLD[70F(20C)]和AISI-5120COLD[70-1450F(20-800C)]。材料设置上模为刚体,下模需要进行应力分析设置为弹性变形体,且材料选用AISI-D2(COLD)近似于我国材料W6Mo5Cr4V2。

(2)网格划分:选择相对网格划分方法,对工件进行网格划分,划分网格数为23072。对凹模进行网格划分,共划分得到13062个四面体单元。

(3)步数为1步,把毛坯在模拟中受到最大单位挤压力施加在凹模上。

(4)挤压温度为20℃,收敛法为牛顿迭代法,设凸模速度为4mm/s,干涉深度为单元体边长相对0.6长时,网格自动重划分。

(5)摩擦因子:选用剪切摩擦模型,摩擦系数分别取μ=0.05,0.08,0.12,0.25。

4 模拟结果与分析

开式冷挤压模具的寿命是关系到经济效率的重要因素,由于开式冷挤压过程中作用在凹模内壁的单位压力非常大,如果凹模采用整体式就有可能产生开裂缺陷。实践与理论皆证实,采用单纯增大壁厚的办法达不到提高凹模强度的目的,为了延长模具的使用寿命,就必须使模具结构设计合理,因此采用组合式凹模结构。而合理的凹模结构设计首先要知道凹模内壁上的压应力,这就是说研究作用在凹模内壁压应力的大小和分布规律是对凹模进行优化设计的前提条件。

4.1 挤压凹模内壁应力分布图

本文采用Deform-3D软件的Point-tracking功能,分别在凹模内壁处选取五个点P1、P2、P3、P4、P5,如图2所示为棒材在挤压过程中第170步时,凹模内壁的应力分布曲线图和点轨迹追踪图,由图可以看出凹模内壁上越接近凹模入口处其应力值越大,因此在实际生产中为避免凹模入口处有应力集中,应在凹模入口处设有圆角过渡区域。本文主要讨论各个工艺参数及模具尺寸参数对挤压过程中凹模内壁所受最大等效应力的影响程度。

4.2 模具锥角对凹模内壁最大等效应力的影响

在开式冷挤压过程中,凹模的锥角大小对内壁的压应力有一定的影响,在其它工艺参数及模拟相同条件下,选取五种不同的模具锥角2α=8°,12°,16°,20°,40°进行模拟,如图3所示可以看出随着凹模锥角的增大,内壁压所受的最大等效压应力也随着增大,模具锥角在12°～20°范围内,凹模内壁应力出现极小值,主要是由于存在最佳模具锥角时挤压成形力出现最小值引起。因此,在设计模具时,应尽量选取最佳模具锥角以减小凹模内壁所受的应力,提高模具寿命。

4.3 摩擦系数对凹模内壁最大等效应力的影响

摩擦系数也是影响棒材挤压成形过程中的一个重要参数。在其它工艺参数及模拟条件相同的前提下,取值分别为0.05,0.08,0.12,0.25进行数值模拟研究。如图4所示,凹模内壁的摩擦系数小于0.12时,摩擦系数对凹模内壁的影响较大,但当摩擦系数大于0.12后摩擦系数对凹模内壁所受的最大等效应力的影响相对减小。

4.4 金属材料性能对凹模内壁最大等效应力的影响

在其它工艺参数及模拟参数相同条件下,分别选取三种力学性能不同的材料20钢、45钢和20Cr钢进行数值模拟分析,三者屈服强度关系为σs20<σs45<σs20cr,由图6可知随着屈服强度的增加凹模内壁上所受的最大等效应力值也随着增加。由此可见,金属坯料的选择对凹模内壁设计影响很大。

4.5 凹模转角处圆角对凹模内壁最大等效应力的影响

R1为凹模转角处圆角半径(挤入端模具锥面与工作带间的过渡圆角半径)对凹模内壁应力有很大的影响,对于挤压黑色金属毛坯,一般选取凹模锥角处圆角半径范围是0.5～3.0mm,在其它工艺参数及模拟参数相同的前提下,分别选取4种大小不同的凹模转角处圆角半径R1为0.6mm,0.8mm,1.2mm,2.4mm。如图7所示,随着凹模转角处圆角半径的增大,凹模内壁所受的最大等效应力值逐渐变小,且当选取圆角半径在1.2～2.4mm范围内时,曲线变化程度逐渐变缓,可知此区间内圆角半径对最大等效应力的影响程度逐渐减小。由此可知在其它条件相同的条件下,可以通过在凹模圆角半径可选范围内适当增大其圆角半径值的方法降低挤压力对凹模内壁的影响,从而能够延长开式冷挤压凹模的寿命。根据模拟结果综合分析可知,可选凹模转角处圆角半径值在1.2～2.4mm范围内。

5 结语

冷挤压模具开裂缺陷是关系到经济效率的重要因素。本文利用数值模拟方法研究各个参数对凹模内壁受力的影响,根据模拟结果可知,挤压过程中凹模内壁所受压应力主要分布在靠近凹模入口处,并随金属坯料屈服强度及摩擦系数的增大而增大,随着凹模锥角的增大,内壁压应力也随着增大,尤其是在模具锥角大于20°以后,凹模内壁所受的最大等效应力值显著增加。因此,为减小凹模内壁受力,选择模具锥角应小于20°,随着凹模转角处圆角半径的增加而减小,内壁所受的最大等效应力也随着增大,常见凹模转角圆角半径范围0.5～2.0mm。因此为减小凹模缺陷,可选取凹模圆角半径范围在1.2～2.4mm,工作带长度对凹模内壁所受应力影响较小。

参考文献

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[3]彭大暑.金属塑性加工力学[M].长沙:中南工业大学出版社,2004.

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[5]谢水生,王祖唐.金属塑性成形工步的有限元数值模拟[M].北京:冶金工业出版社,1997.

[6]吴诗.挤压理论[M].北京:国防工业出版社,1994.

水平挤压 第4篇

挤压筒是挤压机设备中的重要部件之一, 是主要受力部件。它的工作原理是在挤压机工作时, 挤压筒因挤压杆压缩筒内的工作液体而产生高压, 使坯料经模子挤压成型。在大型挤压机设备设计时, 一般采用过盈配合的预应力组合筒, 以减小应力峰值, 提高筒体承受内压的能力。对于一般的圆孔挤压筒, 在进行其力学特性分析时可以简化为厚壁筒, 应用弹性理论直接求解。而对于图1所示的扁孔挤压筒, 由于其过盈配合面上的接触压力在不同的弧段, 值也不同, 因而很难用手工算法求解。为了更好地掌握扁孔挤压筒的应力应变规律, 根据力法原理, 应用CAD/CAE/CAM集成软件UG中的GFEM PLUS模块, 对这种采用过盈配合的预应力扁孔组合筒进行了有限元分析研究, 并应用MSC.MARC程序对计算结果进行了校核验证。

1 力学模型的建立

此次计算的挤压机挤压筒为过盈配合的预应力组合筒, 内筒与外筒结构见图1。由于挤压筒属于厚壁筒, 其约束和工作载荷也是对称分布, 故可取1/4结构按平面应变问题求解。在建立力学模型时, 选取UG软件中QUAD/4单元为基本单元, 约束其平面法向位移和平面对称轴线上切向位移, 将工作载荷均匀作用在内筒内壁上。分析时, 取挤压筒内筒和外筒为隔离体分别计算。在划分单元网格时注意使过盈配合面处的单元和节点数量相等。

2 过盈配合接触力的求解方法

经分析内、外筒过盈配合的接触情况, 可以发现, 一是过盈配合接触面上各点加热预紧后均保持相同的过盈量;二是热装后内筒外壁与外筒内壁各点的径向位移之和应等于过盈量;三是组合筒过盈配合面上的摩擦影响可忽略不计。为较为准确地求解过盈配合面各点的未知接触力, 分析时采取了如下措施:第一步, 根据力法原理, 应用有限单元法求解过盈配合接触力。首先, 分别在内筒、外筒过盈配合面第i节点 (i=1, 2, …, n, n为过盈配合面弧线上的节点数) 上施加单位力Pi, 应用有限单元法求解过盈配合面上各点的径向变形量δ′ij, δ″ij (j=1, 2, …, n) 。其次, 对接触面上的每一点对, 求解总变形δij=δ′ij+δ″ij (j=1, 2, …, n) 。第三, 根据力法原理, 应有[δij]{P}={δ}成立, 应用高斯法求解该线性方程组, 求得载荷向量{P}, 即为接触面各点的接触力。第二步, 将求得的过盈配合接触力与工作载荷分别作用在挤压筒内、外筒上, 应用有限单元法求解。

3 计算结果及分析

由于结构及工作载荷的对称性, 挤压筒的变形及应力分布也呈对称分布。应用有限单元法求得工作载荷作用下各部件的位移、最大主应力及VON MISES等效应力。图2为工作载荷作用时挤压筒最大等效应力分布云图, 其中, 由VON MISES理论决定的等效应力由下式确定

式中:σ1, σ2, σ3为主应力。

3.1 变形

由于挤压筒内筒中心孔为扁孔, 使内筒壁厚为非等厚, 因而对挤压筒产生不均匀的内压作用, 导致挤压筒非均匀变形。由计算可知, 在工作载荷作用下, 在水平方向挤压筒内筒内壁位移为δ′内, 水平为0.289 mm, 外壁位移为δ′外, 水平为0.402 mm, 方向向内;在垂直方向, 内筒外壁垂直位移为δ′外, 垂直为0.860 mm, 方向向外。可见, 挤压筒内筒变形呈水平向收缩, 垂直向膨胀的态势。由于传递到外筒上的压力不均匀, 因而外筒变形也为不均匀分布。与内筒不同的是, 外筒在水平和垂直方向均为向外膨胀, 只是两者的膨胀量不同。此时, 外筒内壁在水平方向向外膨胀量为δ″内, 水平为0.541 mm, 外壁位移为δ″内, 垂直为1.766 mm;而在外壁上δ″外, 水平为0.243 mm, 外壁位移为δ″外, 垂直=1.293 mm。

3.2 应力

从应力分布形态分析, 挤压筒工作时, 其内外筒内壁水平对称轴线区域的应力最大。其中, 内筒的最大主应力σ′1, max为738.729 MPa, 最大等效应力σ′ef, max为900.246 MPa;外筒的最大主应力σ″1, max为788.046 MPa, 最大等效应力σ″ef, max为932.265 MPa。所以, 挤压筒内筒与外筒的应力水平相当, 可以认为两者强度相等。

3.3 接触力分析

从图3挤压筒工作时的接触力分布图看出, 对于过盈配合, 工作载荷作用时挤压筒内筒与外筒配合面上的接触力也是变化的。在0°, 45°, 90°时接触力较小, 尤以0°时接触力最小, Fmin为583.9 N, 最大接触力为Fmax为5 839 N, 最大接触力与最小接触力相差约10倍。

从变形结果来看, 变形后的内外筒仍保持接触, 像一个整体筒一样工作。这一点可由计算结果中的挤压筒工作时的接触状态得到证实。

3.4 位移及应力分布的比较

由于两种力学模型的单元网格划分密度并不完全相同, 计算结果也不完全相同 (见表1) 。

水平挤压 第5篇

1 挤压力计算公式及有关参数分析

管材挤压加工有许多突出的优点:挤压时金属在挤压筒内受到比轧制锻造更为强烈的三向应力作用, 因此能充分发挥金属的塑性。并且挤压制品变形程度大, 减少管材后期拉拔和车削的步骤, 提高生产效率。制品表面品质好, 尺寸精度高。内部组织致密, 晶粒细小, 使挤压件的强度大幅提高。所以正确的挤压工艺在提高银铜合金的生产率和产品质量方面有着及其重要的作用。

影响挤压力的因素主要有:金属变形抗力、挤压温度、挤压比、挤压速度、锭坯的润滑条件、挤压模具设计、制品断面形状、锭坯长度以及挤压方法等。

挤压力主要有四部分组成:克服铸锭与挤压筒表面的摩擦力T筒, 克服模子压缩区 (塑性变形区) 侧壁的摩擦力T模, 使铸锭发生塑性变形T的1力R, 克服模子定径区与制品接触面的摩擦力。

热挤挤压力核算公式为:

K金属在变形区内的平均变形抗力系数，它与金属的材质变形温度，变形速度和挤压比有关

其中:

P挤为挤压力, σ挤为挤压应力, F垫为挤压垫面积, L为锭坯长度, Dt为为挤压筒直径, d为挤压制品外径, dt为挤压管材内径, d, 为挤压型材折算等截面园的直径, α为模角, a为周长比, lx为挤压模定径带长度, λ为挤压比。

根据挤压情况不同, A, B, C, K三个系数计算方式不同, 实际生产采用单孔挤压管材。

1.1 挤压温度与挤压速度

银铜合金是典型的共晶型合金, 共晶点的温度为779C°, 浓度是28.5%Cu。对于Ag92.5Cu银铜合金热加工温度选择在730℃~810℃。在这个温度区间中, Ag92.5Cu合金处于单相区, 加工过程中不发生相变。具有塑性好, 金属变形抗力低, 加工容易进行。

挤压速度快慢对挤压力的影响是通过材料变形抗力来影响的。在低速挤压时, 挤压时间较长, 挤压温度降低明显, 材料的变形抗力提高, 当挤压机能力小时, 易出现挤不动的现象;高速挤压时, 挤压温度快速升高, 超出材料的塑性温度范围, 在晶界处低熔点物质易熔化, 在拉应力的作用下容易断裂, 成为废品[2]。对于银铜合金, 高温塑性区相对较窄, 对挤压速度和温度的控制必须严格。如果温度和速度机制选择不合适, 可能会出现挤不动, 或者挤出开裂的情况。经过多次试验, 一般银铜合金在挤压速度为0.4mm/s~0.7mm/s, 温度在液相线以下50℃左右适合热挤压, 生产出的管材质量合格。

1.2 模具设计与挤压润滑

模具设计主要涉及到挤压模角和定径带长度两个要素。一般挤压银铜合金管材, 模角α=45°~60°时, 挤压力较小, 但形成的死区小, 残留在铸锭表面的杂质或润滑剂容易流入制品内部, 形成内部缺陷, 在后续的加工过程中, 易造成废品, 模角设计为55°。模具的定径带长度较小时, 挤压力小, 管材外径不易控制, 模具寿命短, 长度较长时, 挤压力大。挤压银铜合金一般设计在4mm~6mm之间, 挤压力小, 挤压出的管材外径尺寸准确, 质量合格。

经过实验对比, 在正挤压Ag92.5Cu过程中, 全润滑情况下的挤压力是不润滑情况下的50%。所以, 为了减少挤压机负荷, 提高单次挤压的挤压比, 降低摩擦是很重要的环节。经过对比实验, 用鳞片状石墨加45号机油调和的润滑液效果较好。但润滑后有加重皮下缩尾的倾向, 而且由于Ag92.5Cu的回收相对复杂, 为了避免因为管材扒皮而造成的浪费。建议在生产过程中, 适量使用润滑。

2 设备能力与生产工艺

实验设备为850T卧式双动挤压机。专用正挤压模具一套, 精确控温电阻炉一台, 模具预热处理设备等。

挤压温度730℃~810℃, 挤压速度0.4mm/s~0.7mm/s

采用真空感应熔炼方式铸出Φ125mm120mm的Ag92.5Cu实心锭车削表皮Φ120mm100mm入加热炉进行适当热处理加热至挤压温度保温一段时间后挤压出Φ38mm4mm管坯。

3 实际公式检测

在热挤压挤压力核算公式 (1) 中, A, B, C3个参数由材料尺寸, 挤压比, 模具角度等相关参数确定, 直接计算就可以得到准确值。其中K值, 受Ag92.5Cu合金性能和速度温度系数因素影响其选取范围很难直接借鉴其它合金的成熟值。

按上诉工艺设计参数, 我们采用挤压力P直接由挤压机上压力表读出820T, A, B, C根据确定条件直接计算出A=2.35, B=6.47, C=0.8。把以上条件代入热挤压挤压力核算公式 (1) 中。可以算出, K为74mp。

经过实际50次实际生产对比检验, 该值基本准确, 符合Ag92.5Cu材料特点。由于受到其它因素的干扰各个工厂和研究说的具体实验条件不同。建议, Ag92.5Cu合金在730℃～810℃温度区间, 挤压速度在0.4mm/s～0.7mm/s的条件下进行热挤压时, 热挤压挤压力核算公式中的K值取值范围在68.7mp到76mp之间。

4 结论

在实际生产中, 数据计算需结合具体的设备及工艺对有关参数进行修正, 经实际测算, 热挤压加压力核算公式:

计算数据与实际生产数据比较相对误差为3.6%, 可用于热挤压单孔挤压Ag92.5Cu合金管材挤压力核算。

参考文献

[1]黄伯云.铜合金及其加工手册[M].

挤压造粒机组的安装 第6篇

造粒机组主体主要包括盘车装置、混炼机电机、混炼机减速器、混炼机、齿轮泵、齿轮泵电动机及减速器、换网器、模板和水下切粒机;辅助系统包括BCW单元、热油单元、润滑油单元、液压油单元、阀架1和阀架2;相关系统包括切粒水罐、切粒水泵、脱块器、颗粒干燥器、颗粒振动筛、抽湿风机和切粒水冷却器等。

二、挤压造粒机组的安装

1. 施工前期准备

(1) 熟悉相关图纸、资料和安装手册。

(2) 熟悉现场作业环境。

(3) 严格验收设备基础。

(4) 认真组织开箱验收工作。

2. 安装顺序

根据设备的平面布置方位及设备吨位、大小, 用卷扬机将设备从不同方向牵引至基础旁。挤压造粒机组安装原则为:先主轴线后侧线、先主机后辅机。整体安装顺序如下:

混炼机就位→混炼机减速器就位→混炼机电机就位→盘车装置就位→齿轮泵/换网器/切粒机/道轨就位→齿轮泵减速器、齿轮泵电机就位→混炼机初找正、一次灌浆→混炼机减速器初对中、一次灌浆→混炼机电机、启动装置初对中、一次灌浆→混炼机精找平、找正→混炼机/混炼机减速器/混炼机电机及其启动装置精对中→混炼机、混炼机减速器及混炼机电动机二次灌浆→齿轮泵/换网器/切粒机/切粒机轨道初找正、一次灌浆→齿轮泵减速器、齿轮泵电机初对中、一次灌浆→齿轮泵/换网器/切粒机/切粒机轨道精找正、二次灌浆→齿轮泵减速器、齿轮泵电机精对中、二次灌浆→随机附属设备、管线及电仪安装→安装完成。

3. 设备就位

由于混炼机、混炼机减速器安装基础高, 设备吨位大, 现场采用斜坡滚运的方式将设备运输至基础东侧。安装前在造粒厂房北门到厂房内基础旁用碎石土铺设一条斜坡道, 斜坡南端与混炼机、混炼机减速器设备基础同高。坡道长10m, 南侧高0.8m, 坡度为4.57°。上部垫20mm厚钢板。

将混炼机、混炼机减速器运输至造粒厂房北门外后, 由150吨吊车将其吊至坡道北端预先做好的25号H型钢拖排上。利用卷扬机沿坡道依次将混炼机、混炼机减速器从厂房外牵引到基础东侧, 再利用手动葫芦水平移至基础正上方。

牵引设备前应计算好所需的迁移力, 选择合理吨位的卷扬机。

混炼机、混炼机减速器就位后, 再将电机用卷扬机牵引至电机基础东侧, 利用电动葫芦将电机吊至基础上就位;在盘车基础西侧铺设水平滚道, 将盘车装置牵引至基础西侧, 利用电动葫芦将盘车吊至基础上就位。依次将齿轮泵、换网器、造粒机从厂房西门移至基础旁, 利用已安装的检修用电动葫芦吊装就位。将齿轮泵减速器和齿轮泵电机从厂房南门牵引至检修用电动葫芦提升范围内, 利用该电动葫芦吊装就位。

4. 设备找平、找正

(1) 混炼机找平、找正应包括垂直方向、纵向、横向和水平度。纵向和横向方向应与放线一致, 其允许偏差为±5mm;垂直方向应从设备水平位水平测量标高并做标记, 其允许偏差为±5mm;混炼机机框的水平度以混炼机水端机框为准, 水平度应控制在0.1mm/m范围内。

(2) 混炼机减速器的纵向找正通过校正与混炼机联轴器的间隙来找正。联轴器间隙、外圆偏差及端面偏差调整通过临时垫铁或液压千斤顶进行, 其中联轴器间隙误差应小于±2.0mm;外圆偏差应小于0.05mm;端面偏差应小于0.05mm。减速器的水平度通过调整临时垫铁或液压千斤顶来调整。

(3) 电动机纵向偏差通过调整与减速器联轴器的间隙来找正。混炼机齿轮减速机和电动机之间的联轴节间隙误差应小于±0.5mm, 外圆偏差应小于0.05mm, 端面偏差应小于0.05mm。水平度通过调整通过临时垫铁或液压千斤顶进行。

(4) 盘车装置中小电机、行星齿轮减速器和超速联轴器被固定在同一底座上。盘车装置和混炼机电动机之间的联轴节间隙、外圆偏差和断面偏差通过调整临时垫铁或液压千斤顶进行。其中间隙误差应小于±1.0mm, 外圆偏差应小于0.05mm, 端面偏差应小于0.05m。纵向应通过校正电动机和盘车装置 (行星齿轮减速机) 之间的离合器间隙来找正。

5. 设备精找正

混炼机精找正时撤去临时垫铁或液压千斤顶, 用正式垫铁支撑混炼机, 并通过垫铁调整中心位置和水平度, 偏差要求与初找正时相同。精找正完成后, 松开底座螺栓, 用塞尺检查其间隙应小于0.05mm (检查4点) , 然后拧紧地脚螺栓, 紧固力矩根据厂家要求进行。在拧紧过程中要确保各地脚螺栓受力均匀, 垫铁接触面结合紧密。设备找正合格后将斜垫铁接缝侧面点焊。

混炼机减速器、混炼机电机、盘车装置精找平、找正按相同方法进行, 同时应复查联轴器间隙、平行度和轴线偏差。精度与临时对中时的标准相同, 通过调整斜垫铁和顶丝调整。

6. 设备灌浆

设备一次灌浆材料选用H-40无收缩灌浆料, 二次灌浆材料选用EG100环氧树脂灌浆料。

三、结语

挤压造粒机组安装完成后, 受到业主及厂商高度评价, 获得了良好的社会与经济效益, 为今后类似挤压造粒机组安装积累了经验。

参考文献

[1]樊兆馥.机械设备安装工程手册[M].北京:冶金工业出版社, 2004.

钢材涨价挤压机械行业盈利空间 第7篇

仍将快速发展”中所指出的, 2008年, 机械行业以及整个中国经济都面临着次级债、宏观调控、生产要素上涨等多重压力。只有具有核心技术和高附加值产品的企业才能有效规避这些压力。

一季度这些不利因素进一步显现或者放大。美国次级债危机进一步加剧, 美国经济陷入衰退危机。南方遭受50年不遇的大雪灾, CPI居高不下, 经济形势不容乐观。人民币继续升值, 给行业的出口带来了较大压力。钢铁、能源等生产要素的持续上涨更是对行业带来了极大的考验。一季度铁矿石价格上涨幅度达到了65%, 大大超出预期, 钢铁企业纷纷提高钢材出厂价格, 对于用钢大户机械行业的影响较大, 我们调低2008年机械行业的增速预期。

自2008年1月16日以来, 机械设备 (申万) 指数已经下跌23.02%, 同期上证综合指数下跌28.24%。其中船舶制造, 重型机械, 机床工具, 建筑机械等板块跌幅居前。铁矿石涨价的影响以及经济增速放缓是板块下跌的主要原因。经过此轮下跌, 机械板块和整个市场的估值水平进一步下调。截止到2008年3月24日, 以wind预测的数据计算, A股市场2008年的平均市盈率约为28倍, 机械板块的08年平均市盈率约为27倍, 已经具备一定投资价值。

一、2008年宏观经济数据

(1) 机械行业固定资产投资增速略有下降

机械行业与固定资产投资高度正相关, 是典型的投资拉动型周期性行业。从2004年以来, 三大机械子行业:通用设备、专用设备和交运设备制造业, 其固定资产投资维持了较高的增速, 且均高于全国固定资产投资的增速。较高的固定资产投资增速带动了整个机械行业的快速发展。2008年年初, 机械行业投资增速有所下降, 特别是专用设备制造业投资增速有大幅减缓的趋势, 而交运设备制造业增速则维持高位。

对比2007年年初的情形, 再考虑到1~2月份南方雪灾所带来的影响, 总的来说固定资产投资增速减缓趋势并不明显。

(2) 机械行业工业增加值维持高位

根据国家统计局的数据, 2008年1~2月份, 机械工业的工业增加值增速稍有减缓。相比2007年年初的情况, 减缓并不明显。考虑到1~2月份, 南方部分地区受到严重雪灾的影响, 生产和销售均受到一定影响, 增速减缓应是暂时的。我们预计2008年机械行业的工业增加值增速将依然维持高位, 行业依然能够保持较高的景气度。

(3) 机械制造业利润增速较快

根据国家统计局的数据, 2008年1~2月全国规模以上工业企业实现利润3482亿元, 同比增长16.5%。我国2007年1~2月份工业企业利润增速为43.78%, 工业企业利润增速大大放缓。CPI不断创出新高背景下, 处于严格管制中的电力行业利润大幅下滑和石油加工业陷入亏损。如果剔除这些行业, 则其它行业1~2月份的利润增速达40.10%。综合考虑2008年雪灾的严重影响以及汇率持续升值等对出口相关行业的较大负面影响之后, 2008年1~2月相关企业盈利的增幅仍属于较高增速。

机械设备制造的利润总体看仍处于较好水平, 显示了需求较为旺盛推升中游行业利润增长。在劳动力成本出现明显的上涨以及原材料价格居高不下的背景下, 我国工业企业的盈利能力仍然能保持较高水平, 这表明我国工业企业, 特别是机械设备等相对中高端制造业的劳动生产率进步速度仍然比较快, 并且实际上抵消了成本上升的影响。

二、钢材等生产要素涨价将挤压行业盈利空间

(1) 原材料等生产要素的持续涨价将给机械行业带来较大压力。

根据国家统计局的统计, 2月份, 工业品出厂价格同比上涨6.6%, 原材料、燃料、动力购进价格则上涨9.7%, 其中原油出厂价格同比上涨37.5%, 煤炭开采和洗选业出厂价格同比上涨18.5%, 黑色金属冶炼及压延加工业出厂价格同比上涨17.9%。

原材料、燃料、动力购进价格持续上涨, 并且上涨幅度超过了工业品出厂价格指数, 2007年10月以来, 两者的差值有进一步放大的趋势, 这必然会挤压工业产品的盈利空间。反映生活资料价格的CPI的上涨也将给工资水平的带来一定上涨压力。

受到新一年度国际铁矿石基准价格上涨65%, 海运费用的连年上涨等因素的影响, 2008年国内钢铁价格呈现爆发式的上涨。各大厂商纷纷调高了钢材出厂价格, 幅度在400~900元/吨不等。2月25日宝钢出台二季度普碳钢价格政策, 主要产品热轧、冷轧均上调800元/吨, 上调幅度分别为21%和17%。3月19日, 宝钢再次调整钢材出厂价格, 普通热轧产品上调价格300元, 普通冷轧产品上调价格400元。

机械产品的大部分原材料是钢铁, 钢铁及以钢铁为原材料的零配件一般都要占机械产品成本的半数左右, 钢铁价格的大幅上涨必然会给机械行业带来较大的成本压力和负面影响。

(2) 钢材价格与机械产品毛利率有一定的相关性

从历史数据来看 (不考虑宏观调控, 技术升级等其他因素) , 机械类上市公司的毛利率与钢材价格有一定的相关性:公司毛利率水平的变动要稍稍滞后于钢材价格变动。钢材价格在2004~2005年期间达到一个相对高峰, 机械类上市公司2005年的产品毛利率也随之降低到近年来的最低点, 钢材涨价将降低2008年机械行业的毛利率水平。

而且相对而言, 普通机械类的上市公司受到钢材涨价因素的影响较小, 而专用设备类的上市公司收钢材涨价影响较大。

(3) 优势公司的选择

钢材涨价对不同子行业的影响产品涨价是必然的选择

机械基础件:以钢材涨价20%, 产品毛利率在20%, 钢材成本占50%来计算, 钢材涨价将减少产品毛利率8个百分点, 产品需要涨价8%才能完全覆盖钢材的成本上涨。

钢材涨价对于以钢铁为原材料的机械基础件来讲, 影响是最为直接也是相对最大的。

我们预计机械基础件必然会通过涨价的方式抵消部分成本增长, 特别是部分技术含量较高, 具有一定垄断性的产品。不过我们预期, 基础件生产厂家必然还需要自己消化一部分成本增加, 基础件的涨幅一般不应超过8%。

集装箱制造业:集装箱制造业属劳动力密集型产业, 主要原材料 (钢材和木地板) 大约占总成本的45%和15%, 产品技术含量和产品附加值并不是很高, 产能过剩, 竞争非常激烈。以中集集团为例, 产品毛利率只有10%, 净利润率只有5%左右, 若钢材涨价20%计算, 产品毛利率将减少8个百分点, 产品根本无法取得盈利, 因此产品提价成为必然。但是钢材涨价仍将挤压企业的盈利空间, 而且可能对下游需求产生负面影响, 减少营业收入。

工程机械行业:技术含量和毛利率较高的混凝土泵车、旋挖钻机、大中型挖掘机、汽车起重机等相对而言影响较小, 且有较强的议价权。而装载机、压路机、平地机、铺摊机、叉车等压力较大, 行业竞争激励, 产能过剩, 提价空间有限。以25%毛利率来计算, 假设钢材在成本中所占比例为20%, 钢铁零配件在成本中所占比例为40%, 假设钢铁价格上涨20%, 钢铁零配件价格上涨5%, 则工程机械产品的毛利率将下降约4.5个百分点。由于产品提价等原因, 实际钢材涨价对工程机械毛利率的影响肯定要远小于这一数字。

机床行业:普通机床竞争激烈, 且毛利率较低, 前景不容乐观。而大中型机床和专用机床的毛利率较高, 且钢材所占成本比例较小, 所受影响较小。以主要生产重型机床的昆明机床为例, 铸件重量一般占机床重量的70%~80%, 其它钢铁配件占成本的比重约为25%, 钢材涨价20%, 约降低其毛利率约2个百分点, 约降低其净利润10%。船舶制造:造船业中, 钢材成本所占比重较高, 约为25%~30%, 钢材涨价20%, 大约影响其毛利率4~5个百分点, 船舶行业签订的合同多为闭口合同, 钢材涨价对已签订单影响较大。但另外一方面, 中国船舶等大型企业与钢铁企业有长期合作, 预计船用钢材的涨幅会小于市场涨幅。同时由于船舶价格维持高位, 新接船舶订单价格的涨幅高于钢材价格涨幅, 因此, 船舶行业目前的高毛利率仍将得以维持。

(4) 2009年后钢材价格

如果09年钢材价格继续上涨, 将对机械行业的盈利空间形成进一步挤压。根据钢材信息联盟网站的消息, 花旗分析师Alan Heap预测:“由于需求持续旺盛, 预计明年铁矿石价格将再涨30%。2008年~2009年铁矿石市场供需将持续吃紧, 未来两年矿价仍将维持高位, 预计从2012年现货价格开始回落。”如果钢材继续大幅涨幅, 将严重积压下游机械行业的盈利空间, 进而抑制对钢材的需求, 促使钢材价格的回落。如2005年的情况, 铁矿石价格大涨71.5%, 钢厂提价涨幅过大, 下游无法消化, 反而导致需求以及钢材价格回落。我们预测2009年钢材价格继续大幅上涨的可能性不大。