有色金屬高效反向擠壓技術(shù)

  1 基本原理
　　高效反向擠壓，實(shí)質(zhì)上就是把本來起阻礙作用的摩擦力改變?yōu)槠鹜苿?dòng)作用的有效摩擦力。也就是在Vk。m＞Vn的條件下（Vk。m——擠壓筒相對(duì)于擠壓模的速度；Vn一擠壓軸速度），在金屬流動(dòng)方向上由于擠壓筒與被擠壓毛坯之間的有效摩擦力的作用而產(chǎn)生的一種高速擠壓過程。

　　在正向擠壓過程中（圖1a），僅是擠壓墊1移動(dòng)，用S1表示它的位移，S2表示擠壓坯料2的位移。這時(shí)，擠壓墊的位移等于擠壓坯料的位移，即S1=S2。如果用△S2，3表示擠壓坯料相對(duì)擠壓筒的位移，則△S2，3=S2。由于擠壓筒3和擠壓模4是固定不動(dòng)妁，所以，雖然在擠壓坯料表面產(chǎn)生摩擦力TC（TC表示阻礙摩擦力），擠壓筒內(nèi)壁上產(chǎn)生摩擦力Ta（Ta表示推動(dòng)摩擦力），可是沒有現(xiàn)實(shí)意義，因?yàn)榇藭r(shí)S3=S4=0（S3，S4分別表示擠壓筒和擠壓模的相對(duì)位移）。

　　如果設(shè)法使擠壓筒沿?cái)D壓墊移動(dòng)方向產(chǎn)生位移，但S3﹤S4 （圖1b），擠壓坯料和擠壓筒壁之間的相對(duì)位移減少，△S2，3= S1-S3，使Ta的一部分起作用，但這仍然是正向擠壓過程。如果施加一個(gè)外力Q，增加擠壓筒的位移，保證S1=S3，相應(yīng)地過渡到反向擠壓（圖1c）。這時(shí)，由于擠壓坯料與擠壓筒之間不存在相對(duì)位移，即△S2，3=0，所以在它們之間也不存在摩擦力，則Ta=Tc=0。如果繼續(xù)增大使擠壓筒產(chǎn)生位移的力Q，保證它超前于擠壓墊移動(dòng)，即S3>S1那么在擠壓筒與擠壓坯料之間也產(chǎn)生了位移，△S2，3= S3-S2（圖1d）。在這種情況下，摩擦力的發(fā)動(dòng)者是擠壓筒，在擠壓筒上的作用力是Tc，在擠壓坯料上作用力是Ta，它的方向與金屬流動(dòng)的方向相同，并帶動(dòng)擠壓坯料表面層金屬向擠壓模孔方向流動(dòng)。由于改變了擠壓坯料表面上的摩擦力方向，變阻礙性質(zhì)的力為推動(dòng)性質(zhì)的力，實(shí)現(xiàn)部分摩擦力有效作用。

　　擠壓筒不動(dòng)，在擠壓模4上施加的力P繼續(xù)增大，在擠壓墊上施加力N，它與P同向，產(chǎn)生位移S1，且S4>S1，以保證金屬的變形和流動(dòng)，這是實(shí)現(xiàn)有效摩擦力擠壓的另一種形式。這里，摩擦力的發(fā)動(dòng)者是擠壓坯料，它在擠壓筒內(nèi)壁上產(chǎn)生力Ta，沒有實(shí)際意義，而擠壓坯料本身表面上的力Tc與金屬流動(dòng)方向相同，起到有效作用。

　　2、高效反向擠壓的工藝特征與優(yōu)越性

　　在高效反向擠壓過程中，由于在擠壓筒內(nèi)形成了超前的圓周流動(dòng)并在接近模于處有金屬流的補(bǔ)充壓縮，增大了流體靜壓力，矯平了金屬流前緣，消除了變形的不均勻性。因此，不論同正向擠壓相比（在能耗、組織的均勻性、型材長(zhǎng)度方向上的尺寸精度及成品率方面，還是同反向擠壓相比（在壽命特征、力學(xué)性能均勻性、型材橫截面的尺寸精度及表面質(zhì)量方面），高效反向擠壓都具有明顯的優(yōu)越性：

　　①可增大金屬的流出速度。在相似條件下分別采用無潤(rùn)滑高效反向擠壓、反向擠壓、正向擠壓，擠壓2024合金φ60mm棒材時(shí)，金屬最大流動(dòng)速度的比例分別為（2。9±0。2）：（1。7±1）：1。O。由此可見高效反向擠壓可以大大提高生產(chǎn)效率；

　　②采用高效反向擠壓時(shí)，由于在擠壓坯料中存在著周邊流動(dòng)的加速度和中心流動(dòng)的減速度，所以擠壓制品表面質(zhì)量好，組織均勻，力學(xué)性能穩(wěn)定；

　　③采用高效反向擠壓時(shí)，擠壓殘料高度減少50%，擠壓制品尾端粗晶環(huán)深度減少至lmm，制品表面一般不會(huì)出現(xiàn)氣泡、結(jié)疤和劃傷，無過燒、裂紋、縮尾等現(xiàn)象，成材率可達(dá)到89。5％，最高可達(dá)92％；

　　④可大大增加金屬的可塑性，并可使極難擠壓變形的合金（如粉末合金和顆粒合金等）獲得較高的可擠壓性，從而獲得各種復(fù)雜的擠壓產(chǎn)品；

　　⑤可實(shí)現(xiàn)半連續(xù)和偽等向流動(dòng)，大大提高并穩(wěn)定產(chǎn)品的尺寸精度，消除擠壓制品性能的各向異性。例如，A1+8％Pe合金顆粒擠壓成的棒材，其σb的各向異性可從正向擠壓的35％-45％降低到1％-3％；2040合金大型材中心的最大強(qiáng)度可達(dá)到峰值強(qiáng)度的85％以上；可使2024合金大型材的Kic增加 20％，剝落腐蝕抗力提高35％-40％；

　　⑥可以形成硬鋁合金型材的流水作業(yè)線，并具有良好的穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量。

　　3 高效反向擠壓的應(yīng)用

　　依據(jù)高效反向擠壓的基本原理已研制開發(fā)出多種類型的新型擠壓機(jī)。表1列出了5MN和25MN 高效反向擠壓機(jī)的結(jié)構(gòu)與擠壓工藝參數(shù)。

　　根據(jù)鋁合金產(chǎn)品的品種、規(guī)掐和用途，開發(fā)出了成套的高效反向擠壓工具，主要包括一個(gè)有圓孔的完整擠壓墊塊；2-3個(gè)有成型槽的擠壓墊塊；有多槽截面的組合型擠壓墊塊（表2）。擠壓墊塊由幾個(gè)工作墊塊和一個(gè)用鋼管環(huán)形連接的用于組裝工作墊塊的鋼套。鋼套準(zhǔn)確固定并安裝這些工作墊塊，并可從擠壓機(jī)外面拆卸擠壓墊塊。擠壓模有可拆式和固定式（有彈性部件）兩種，由整體型擠壓墊塊改為組合型擠壓墊塊可使單孔和多孔擠壓型材的外徑增大25％-30％。成套的擠壓墊能適合較多品種規(guī)格型材的生產(chǎn)。例如，5MN擠壓機(jī)能生產(chǎn)外接圓直徑為8-80mm、壁厚為0。7-8mm的型材；25MN擠壓機(jī)能生產(chǎn)外接圓直徑為30- 180mm、壁厚為1。5-8mm的型材。