有色金属高效反向挤压技术

1、基本原理

　　高效反向挤压，实质上就是把本来起阻碍作用的摩擦力改变为起推动作用的有效摩擦力。也就是在Vk。m＞Vn的条件下（Vk。m——挤压筒相对于挤压模的速度；Vn一挤压轴速度），在金属流动方向上由于挤压筒与被挤压毛坯之间的有效摩擦力的作用而产生的一种高速挤压过程。

　　在正向挤压过程中（图1a），仅是挤压垫1移动，用S1表示它的位移，S2表示挤压坯料2的位移。这时，挤压垫的位移等于挤压坯料的位移，即S1=S2。如果用△S2，3表示挤压坯料相对挤压筒的位移，则△S2，3=S2。由于挤压筒3和挤压模4是固定不动妁，所以，虽然在挤压坯料表面产生摩擦力TC（TC表示阻碍摩擦力），挤压筒内壁上产生摩擦力Ta（Ta表示推动摩擦力），可是没有现实意义，因为此时S3=S4=0（S3，S4分别表示挤压筒和挤压模的相对位移）。

　　如果设法使挤压筒沿挤压垫移动方向产生位移，但S3﹤S4 （图1b），挤压坯料和挤压筒壁之间的相对位移减少，△S2，3= S1-S3，使Ta的一部分起作用，但这仍然是正向挤压过程。如果施加一个外力Q，增加挤压筒的位移，保证S1=S3，相应地过渡到反向挤压（图1c）。这时，由于挤压坯料与挤压筒之间不存在相对位移，即△S2，3=0，所以在它们之间也不存在摩擦力，则Ta=Tc=0。如果继续增大使挤压筒产生位移的力Q，保证它超前于挤压垫移动，即S3>S1那么在挤压筒与挤压坯料之间也产生了位移，△S2，3= S3-S2。在这种情况下，摩擦力的发动者是挤压筒，在挤压筒上的作用力是Tc，在挤压坯料上作用力是Ta，它的方向与金属流动的方向相同，并带动挤压坯料表面层金属向挤压模孔方向流动。由于改变了挤压坯料表面上的摩擦力方向，变阻碍性质的力为推动性质的力，实现部分摩擦力有效作用。

　　挤压筒不动，在挤压模4上施加的力P继续增大，在挤压垫上施加力N，它与P同向，产生位移S1，且S4>S1，以保证金属的变形和流动，这是实现有效摩擦力挤压的另一种形式。这里，摩擦力的发动者是挤压坯料，它在挤压筒内壁上产生力Ta，没有实际意义，而挤压坯料本身表面上的力Tc与金属流动方向相同，起到有效作用。

　　2、高效反向挤压的工艺特征与优越性

　　在高效反向挤压过程中，由于在挤压筒内形成了超前的圆周流动并在接近模于处有金属流的补充压缩，增大了流体静压力，矫平了金属流前缘，消除了变形的不均匀性。因此，不论同正向挤压相比（在能耗、组织的均匀性、型材长度方向上的尺寸精度及成品率方面，还是同反向挤压相比（在寿命特征、力学性能均匀性、型材横截面的尺寸精度及表面质量方面），高效反向挤压都具有明显的优越性：

　　①可增大金属的流出速度。在相似条件下分别采用无润滑高效反向挤压、反向挤压、正向挤压，挤压2024合金φ60mm棒材时，金属最大流动速度的比例分别为（2。9±0。2）：（1。7±1）：1。O。由此可见高效反向挤压可以大大提高生产效率；

　　②采用高效反向挤压时，由于在挤压坯料中存在着周边流动的加速度和中心流动的减速度，所以挤压制品表面质量好，组织均匀，力学性能稳定；

　　③采用高效反向挤压时，挤压残料高度减少50%，挤压制品尾端粗晶环深度减少至lmm，制品表面一般不会出现气泡、结疤和划伤，无过烧、裂纹、缩尾等现象，成材率可达到89。5％，最高可达92％；

　　④可大大增加金属的可塑性，并可使极难挤压变形的合金（如粉末合金和颗粒合金等）获得较高的可挤压性，从而获得各种复杂的挤压产品；

　　⑤可实现半连续和伪等向流动，大大提高并稳定产品的尺寸精度，消除挤压制品性能的各向异性。例如，A1+8％Pe合金颗粒挤压成的棒材，其σb的各向异性可从正向挤压的35％-45％降低到1％-3％；2040合金大型材中心的最大强度可达到峰值强度的85％以上；可使2024合金大型材的Kic增加 20％，剥落腐蚀抗力提高35％-40％；

　　⑥可以形成硬铝合金型材的流水作业线，并具有良好的稳定性和产品质量。

　　3、高效反向挤压的应用

　　依据高效反向挤压的基本原理已研制开发出多种类型的新型挤压机。

　　根据铝合金产品的品种、规掐和用途，开发出了成套的高效反向挤压工具，主要包括一个有圆孔的完整挤压垫块；2-3个有成型槽的挤压垫块；有多槽截面的组合型挤压垫块（表2）。挤压垫块由几个工作垫块和一个用钢管环形连接的用于组装工作垫块的钢套。钢套准确固定并安装这些工作垫块，并可从挤压机外面拆卸挤压垫块。挤压模有可拆式和固定式（有弹性部件）两种，由整体型挤压垫块改为组合型挤压垫块可使单孔和多孔挤压型材的外径增大25％-30％。成套的挤压垫能适合较多品种规格型材的生产。例如，5MN挤压机能生产外接圆直径为8-80mm、壁厚为0。7-8mm的型材；25MN挤压机能生产外接圆直径为30- 180mm、壁厚为1。5-8mm的型材。