铝合金工业材反向挤压工艺分析
铝合金工业材反向挤压工艺分析
广东省湛江市技师学院 王伟伟
摘要：铝合金是工业生产中常用的材料之一，其应用范围极其广泛。本文阐述了铝合金工业材反向挤压的基本原理和特点，以当前国内50MN挤压机挤压工艺为例，对反向积压的技术、质量以及主要经济指标进行了简单介绍，并对现代挤压设备的特点以及常见铝合金制品的生产工艺等进行了探讨。
关键词：铝合金；反向挤压；工艺；金属流动
随着近些年反向挤压技术在国内的发展，目前我国已经研制出了31.5MN的单动反向铜挤压机，而25MN的双动反向铝挤压机正处于研制阶段。目前金属挤压制品的应用范围广泛，行业对金属制品的要求也越来越高，大截面、高精度的金属制品是当下行业发展的主要方向。因此，对铝合金工业材反向挤压工艺进行分析有着重要的意义。
金属反向挤压技术的概述
当下常用的正向或反向挤压机都配有双挤压轴，包括模轴和挤压轴。在挤压机工作时，模轴固定不动，挤压筒紧靠着挤压轴，在挤压筒柱塞和主柱塞的作用力下，挤压筒和挤压轴同时向前移动，这个过程中，模轴将逐步进入挤压筒内进行反向挤压。在反向挤压过程中，挤压筒内内衬和铸锭表层相互间没有运动，这种情况下，金属在挤压筒内流动所受到的力学环境发生改变，挤压力和变形的不均匀性将得到很大程度的降低，金属流动的均匀性使得铸锭的外表层和金属制品的表层完全融合。
如图1所示，在反向挤压过程中，模轴和挤压制品的运动反向是相反的，而制品的流出方向与挤压筒和挤压轴的运动方向却是相同的。在堵头工作时，空心轴不发生转动，堵头在挤压机作用力下推动铸锭和挤压筒向前移动，这时金属从模孔中流出，其流出的方向和空心挤压轴的方向相反，这个过程就叫反向挤压。
图1 金属反挤压过程示意图
铸锭 2-挤压筒 3-堵头 4-挤压模 5-空心挤压轴 6-挤压制品
金属方向挤压技术有着自身的基本特点：在反向挤压过程中，因为铸锭和挤压筒之间没有摩擦力的作用，变形区和模孔比较靠近，相对于正向挤压，反向挤压可以在降低挤压力的同时大大提高挤压速度，金属反向挤压的技术指标主要包括：
①残废料降低30%以上；
②最大挤压力相对正向挤压降低20%-30%；
③挤压速度是原来的1.5倍左右；
④制品的组织性能均匀，粗晶环现象减少；
⑤金属制品的尺寸精度得到大幅度提高，超高精度的制品成为可能；
⑥制品的合格率提升8%-10%；
二、金属反挤压设备的简介
1、反向挤压机列及配置的介绍
现代反向挤压机一般均配有全自动操作系统，反向挤压机列主要包括铸锭车皮机床、铸锭热剥皮机、反向挤压机组以及机后辅机等，按照挤压方式，反向挤压机可以分为反向专用机和正反两用机两种，这两种挤压机又可以分为双动和单动两种穿孔装置。常见的反向挤压机均采用的是预应力张立柱结构，挤压轴和模具装置的快速更换，挤压筒的X型导向均是其设备的主要特点。
2、反向挤压机设备结构的介绍
根据反向挤压机的结构特点，其一般可以分为中间框架式、挤压筒剪切式和后拉式这三种，其中挤压筒剪切式的前横梁和后横梁固定，两个横梁之间通过张立柱连接成为一个整体，挤压筒的移动梁上一般装有残料剪切装置；中间框架式挤压机的前梁和后梁与挤压筒剪切式挤压机基本一样，但在移动筒移动梁和前梁之间装有剪切残料的活动框架，刀具装在活动框架上，如图2所示；相比较前两种反向挤压机，后拉式挤压机的中间梁是固定的，其前梁和后梁结构与前两者基本一致，这种挤压机在后梁和固定梁之间配有热铸锭剥皮装置，热铸锭剥皮之后直接进入挤压筒内，这种剥皮方式可以大幅度改善制品的表面质量，提高其生产效率，但这种结构的挤压机仅适用于单动式的棒及型材反向挤压机。
图2 挤压筒剪切式单动反向挤压机
三、50MN挤压机反向挤压工艺分析
1、棒材工具的装配
50MN挤压机的模子挤压轴是空心管状的单体结构，模子挤压轴为挤压过程的主要受力部件，通过压紧环、拉杆、导路以及压型嘴进行连接。在导路的设计上，这种挤压机的内孔分为单孔、双孔和4孔，其作用是平衡模子挤压轴的作用力，确保模子挤压轴在挤压过程中对准挤压中心。
2、棒材的残料分离方法
50MN挤压机是利用冲头剪切，纵向正对模孔冲出，从而使得残料分离，因此，对残料的厚度应该有所要求，厚度范围应放在25mm-35mm之间；另外，棒材尾端的切尾长度设置为600mm，可以保障棒材低倍组织的合格率。
3、棒材工艺及技术指标
50MN挤压机工作过程中的温度控制按照正常挤压的上、中、下限进行控制。在工作中断时，空心轴应伸入到挤压筒内，为了保温，堵头应紧靠挤压筒，防止闷车现象的发生；另外，还应使挤压筒内壁和铸锭表面保持干净，注意挤压筒内壁的清理工作，为了防止中空缩尾，不允许在堵头上涂油。
50MN挤压机在实际应用中的经济指标如下：相比较正向挤压，50MN挤压机的生产效率提高20%，挤压速度是原来的1.5倍左右，成品合格率得到提升。其中挤压过程中的中空缩尾、粗晶区及残留铸造组织现象较为常见，挤压筒内壁和铸锭表面的清理工作较为重要，棒材组织、制品的尺寸精度及性能的均匀性均能满足国家对铝合金棒材提出的指标要求。
结束语
综上所述，铝合金工业材的反向挤压技术有着诸多标准化要求。在金属制品的挤压过程中，从业人员应熟练金属制品反向挤压设备的操作和相关技术要领，为实现高精度、高性能的金属挤压制品而努力。
参考文献
[1]张宏辉.铝及铝合金反向挤压 [J].轻合金加工技术，2010（2）.
[2]闵建.铝合金挤压型材表面缺陷分析[DB] http://www.zytxs.com/paper/pp14126.html
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