基于制品挤压方法的研究

摘 要： 挤压方法的选择是挤压过程中最重要的环节，也是编制挤压工艺的首选任务。就挤压发的优越性、挤压原理及挤压方法的分类，还有具体管材、空心型材的挤压方法。为以后在生产实践中得以应用。

关键词： 挤压方法；模具；正挤压

中图分类号：TG146 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）1210101－01

制品在现实生产中随处可见，包括（板材、带材、条材、箔材、管材、棒材、型材、线材、粉材、锻件和模锻件、冷压件等）制品按工件在变形过程中的受力与变形方式（应力－应变状态），铝及铝合金加工可分为轧制、挤压、拉拔、锻造、旋压、成形加工（如冷冲压、冷变、深冲等）及深度加工等。但挤压有着其他加工方法所没有的优越性。

1 挤压法的优越性

作为生产管、棒、型材以及线坯的挤压法与其他加工方法，如型材轧制和斜扎穿孔相比具有以下优点：

1）具有比轧制更为强烈的三向应力状态图，金属可以发挥其最大的塑性。因此可以加工用轧制或锻造加工油困难甚至无法加工的金属材料。对于要进行轧制或锻造的脆性材料，如钨和钼等，为了改善其组织和性能，可以采用挤压法先对锭坯进行开坯。

2）挤压法不只是可以在一台设备上生产形状简单的管、棒和型材，而且可以生产断面极其复杂的，以及变断面的管材和型材。这些产品一般用轧制法生产时非常困难，甚至是不可能的，或者虽可以滚压成型、焊接和铣削等加工方法生产，但是很不经济的。

3）具有极大的灵活性。在同一台设备上能够生产出很多的产品品种和规格。当从一种品种或规格改换成产另一种品种或规格的制品时，操作极为方便、简单，只需要更换相应的模具即可，而所占的工作时间很短。因此，挤压法非常适合于生产小批量、多品种和多规格的产品。

4）产品尺寸精确，表面质量高。热挤压制品的精确度和光洁度介于热轧和冷轧、冷拔或机械加工之间。用挤压法可以生产出的型材最小断面尺寸可达2mm，厚度为0.3mm，其尺寸偏差为名义尺寸的+0.5%，制品的表面粗糙度Ra可达1.6到2.5um。

2 挤压方法及其工作原理

挤压成形是对盛在容器（挤压筒）内的金属锭坯施加外力，使之从特定的模孔中流出，从而获得所需断面形状和尺寸的一种塑性加工方法。铝工业上广泛应用的几种主要挤压方法：正挤压法、反挤压法、管材挤压法、连续挤压法等。

1）挤压不同金属及其合金的管、棒、型材时，可以选择不同的挤压方法。选择时，应考虑以下几个方面：① 在旋动的挤压机上实现所需工艺的可能性；② 挤压条件下被挤金属材料的高温塑性；③ 挤压过程中能否满足产品的质量要求；根据被挤压金属材料的不同特性，可以采用不同的挤压技术。

2）不同性能的合金品种采用不同挤压方法：① 脱皮挤压用于挤压因金属流动不均匀而生成挤压缩尾的铜合金材料，如黄铜和青铜。② 静液挤压用于挤压低塑性金属材料、复合金属制品、粉末材料成型，以及断面形状复杂的制品。③ 等温挤压用于挤压热塑性较差的合金材料如硬铝合金，和挤压后立即淬火，要求沿长度上性能均一的合金材料，如LD31锻铝合金等。④ 焊接挤压用于挤压焊合性能良好的、断面形状复杂空心型材或圆形、方形管材的合金材料，如铝、镁、钛及其合金。

3）挤压对流动不均匀性敏感的合金材料：① 挤压与金属接触的工具如挤压筒、挤压模于穿孔针的表面上，涂以剂以改善表面摩擦条件，减少所缩尾于压余长度。② 反向挤压挤压筒内不存在正向挤压所有的锭、铜间相对运动，无摩擦阻力，使流动较为均匀。③ 有效摩擦挤压挤压筒相对锭坯移向挤压模的速度快。筒壁对锭坯作用的摩擦力为促进外层金属流动的动力，致使筒内金属外层流动较之内层快。

3 管材的热挤压方法

热挤压管材可用空心锭－挤压针法、实心锭－穿孔针法，也可用实心锭－组合模法进行挤压。管材主要用正向挤压法生产，近年采，由于挤压机结构的改进和新型工具的出现，反挤压法获得一定的发展。挤压管材时，可挤压筒，也可不挤压筒。

管材的焊合挤压（分流组合模挤压）法：焊合挤压又称组合模挤压，是利用挤压轴把作用力传递给金属，流动的金属通过模子的前端部分被分劈成两股或多股金属流，然后在模子焊合室内重新组合，并在高温高压高真空条件下焊合成管材。用这种方法可在各种形式的挤压机上采用实心铸锭获得任何形状的空心制品，所以，在软合金挤压时得到广泛的应用。平面组合模主要用于挤压纯铝及软合金管材。舌型模挤压的挤压力可较平面分流组合模的低15%～20%，因而有时也用来挤压小直径硬合金管材。

4 空心型材的挤压方法

4.1 管式挤压及其工艺特点

管式挤压方法与挤压圆管的方法相似，在带有单动针或随动针的挤压机上进行，可以用空心铸锭，也可以用实心铸锭经穿孔后挤压。这种方法对挤压内孔为圆形的单孔的大型或中型空心型材特别适合，如挤压带筋条或带翅的圆管等。孔的内径一般应大于15mm，以保证挤压针不被拉断或产生弯曲变形。这种方法也可以用特殊工艺挤压内腔和外形形状都较为复杂的空心型材。

管式法挤压空心型材，利用现有设备带穿孔针的特点，只要做出型材挤压模和专用挤压针就可以进行生产。工具容易加工，修模方便，几何废料少，成本较低，制品无缝，是这种方法的主要优点。其缺点是制品的同心度或同轴度较差，另外内腔的尺寸受到一定限制，内表面质量也难以保证。

4.2 组合模挤压法及其工艺特点

组合模挤压法是在普通的型棒挤压机上用实心铸锭挤压各种异形空心型材。用组合模挤压空心型材，可以得到壁厚不均度最小，尺寸精度高而表面光洁和形状复杂的单孔或多孔空心型材，这种方法对产品质量要求的适应性很强，可以得到内孔非常小的空心型材，也可挤压获得非常复杂的大型空心材。这种方法的缺点是挤压模制造比较复杂，保证焊缝质量较为困难。根据结构不同，组合模又分为三类：桥式组合模、平面分流组合模和叉架式组合模，习惯上把桥式组合模称为舌形模，平面分流组合模简称为组合模。

组合模挤压工艺特点：用组合模挤压时，金属被分成两股或多股金属流，在模子焊合室汇合，并在高温、高压、高真空作用下被重新焊合，再流出模孔而形成所需要的空心型材。

焊缝是组合模挤压空心型材最主要的特点，提高焊缝质量是组合模挤压的关键问题。组合模制造技术复杂，挤压时修模调整困难，在编制空心型材挤压工艺时，宁肯增大挤压系数，也应尽量采用单孔挤压。随着技术的进步，用组合模同时挤压多根空心制品的土艺也获得了发展。焊合挤压时，在模膛内必须建立一个超过变形金属屈服强度10～15倍的高压力，焊合室要有足够大的体积以外，分流比、挤压比和挤压筒的比压都要增大。当挤压壁厚不等的空心型材时，为了使金属流速均匀，需要增大焊合室的体积，同时也要增加模芯和模子工作带的有效长度。

为了获得优质焊缝，在每个料挤压完了之后，必须把模膛内的金属全部清除干净，以保证下一个料的焊合质量；在操作中，严禁在模孔附近抹油，铸锭和工作现场也应尽量保持清洁；为了增大模膛内的压力，应采用高挤压系数，如用舌形模挤压2A12合金小空心型材时，挤压系数可达80以上；应尽量采用高温度挤压等措施，保证金属流焊合良好。用组合模挤压空心型材时的温度－速度规范如表所示。

参考文献：

[1]邓小民著，《铝合金无缝管生产原理与工艺》[M].北京冶金工业出版社，2007

[2]李西铭著，《轻合金管、棒、型、线材生产》[M].中国有色金属工业总公司.

[3]马怀宪著，《金属塑性加工学》[M].北京冶金工业出版社，2004.

[4]《铝型材挤压生产工艺技术》[M].山东兖矿轻合金有限公司.