鋁合金反向擠壓的特點(diǎn)及我國(guó)發(fā)展前景

陳文泗，羅銘強(qiáng)，劉靜安

（1. 廣東興發(fā)鋁業(yè)有限公司，廣東 528231；2. 西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，重慶 401326）

鋁合金反向擠壓的特點(diǎn)及我國(guó)發(fā)展前景

陳文泗1，羅銘強(qiáng)1，劉靜安2

（1. 廣東興發(fā)鋁業(yè)有限公司，廣東 528231；2. 西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，重慶 401326）

簡(jiǎn)略論述了鋁合金的反向擠壓的工作原理、特點(diǎn)、優(yōu)缺點(diǎn)及選擇原則，并介紹了我國(guó)鋁反向擠壓機(jī)及反向擠壓技術(shù)的發(fā)展近況與前景。

鋁合金反向擠壓；工作原理與特點(diǎn)；選擇原則；發(fā)展近況與前景

1　鋁合金反向擠壓的工作原理

與正向擠壓不同，現(xiàn)代專用的反向或正/反兩用擠壓機(jī)均設(shè)有雙擠壓軸，即擠壓軸和模子擠壓軸（簡(jiǎn)稱模軸）。擠壓時(shí)模子擠壓軸固定不動(dòng)，擠壓筒緊靠擠壓軸（或堵頭）。在主柱塞和擠壓筒柱塞力的作用下，擠壓軸和擠壓筒同步向前移動(dòng)，而模軸逐步進(jìn)入擠壓筒內(nèi)進(jìn)行反向擠壓。反向擠壓時(shí)鑄錠表層與擠壓筒內(nèi)襯之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，擠壓筒中流動(dòng)的力學(xué)條件，降低了變形的不均勻性，降低了所需擠壓力。由于金屬流動(dòng)均勻，鑄錠的外表層會(huì)完全進(jìn)入擠壓制品表層。

反向擠壓工作原理是指反向擠壓時(shí)擠壓制品的流出方向與模軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向是相反的，與擠壓軸和擠壓筒的運(yùn)動(dòng)方向是相同的。當(dāng)采用堵頭（或固定擠壓墊）時(shí)，空心軸固定不動(dòng)，堵頭在擠壓機(jī)主缸壓力作用下，推動(dòng)擠壓筒與鑄錠同時(shí)前進(jìn)，迫使金屬?gòu)哪？字醒刂c空心擠壓軸相反的方向流出，故稱反向擠壓。當(dāng)采用雙擠壓軸的反擠壓法時(shí)，空心擠壓軸（即模軸）固定不動(dòng)，鑄錠在擠壓軸的壓力作用下，與擠壓筒同時(shí)前進(jìn)，金屬?gòu)哪？字醒刂c空心擠壓軸相反的反向流出。

2　反向擠壓法的特點(diǎn)及其選擇原則

2.1特點(diǎn)

在擠壓過(guò)程中鑄錠與擠壓筒之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的擠壓叫反向擠壓。上述定義反映了反擠壓的本質(zhì)，也是反向擠壓的最突出的特點(diǎn)，其它特點(diǎn)都是據(jù)此引伸出來(lái)的。

2.1.1反向擠壓時(shí)金屬的流動(dòng)特點(diǎn)

（1）反向擠壓時(shí)金屬的變形區(qū)緊靠模面，其變形區(qū)后面的金屬不發(fā)生任何變形。變形區(qū)形狀近似于圓筒形，筒底為曲面而且曲率半徑很大。

（2）靠近模子處僅產(chǎn)生一薄金屬層不流動(dòng)的金屬死區(qū)。到擠壓最后階段，擠壓力增加時(shí)該死區(qū)金屬才產(chǎn)生橫向流動(dòng)。

（3）變形較正向擠壓的均勻，所以產(chǎn)品組織均勻，特別是反向擠壓制品橫斷面組織要比正向擠壓制品的均勻。

（4）反擠壓時(shí)鑄錠邊部無(wú)激烈摩擦而產(chǎn)生的剪切變形。

（5）鑄錠最表面層（＜2mm）被阻止在模面的薄層死區(qū)內(nèi)，而稍深層金屬可能直接流入制品表層中，尾端金屬無(wú)倒流現(xiàn)象。

2.1.2反向擠壓時(shí)鑄錠溫度變化特點(diǎn)

反向擠壓時(shí)塑性變形靠近模面，產(chǎn)生的變形熱比正向擠壓少，而且因鑄錠與擠壓筒之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，故不產(chǎn)生摩擦熱，因此反向擠壓過(guò)程中溫度波動(dòng)很少。如在反向擠壓2024合金棒材時(shí)，其出口溫度的波動(dòng)范圍僅為±15℃，其變形區(qū)內(nèi)的溫度也比正向擠壓的低。

2.1.3反向擠壓時(shí)制品的組織與性能的變化特點(diǎn)

反向擠壓過(guò)程中，金屬溫度變化都比正向擠壓時(shí)均勻，因此，制品沿長(zhǎng)度和截面上的組織和性能都比正向擠壓的均勻。試驗(yàn)證明，為了獲得鋁合金擠壓制品必要的力學(xué)性能指標(biāo)，必須具有足以粉碎鑄造組織和擠壓后獲得一定晶粒度所必需的最小變形量。反向擠壓時(shí)，當(dāng)λ≥3時(shí)即可得到這樣的變形量。而正向擠壓時(shí)只有λ≥8時(shí)才能滿足上述要求。又如，用正向擠壓法擠壓2017-T4合金棒材時(shí)，在棒材中部粗晶環(huán)厚度約為棒材直徑的8%，尾部高達(dá)45%，而用反向擠壓法擠壓時(shí)，熱處理后的粗晶環(huán)薄且沿長(zhǎng)度上變化不大，在制品中段僅為直徑的5%，甚至在尾部也和中段相同。

2.2反向擠壓的優(yōu)缺點(diǎn)和選擇原則

2.2.1優(yōu)點(diǎn)

（1） 在相同的擠壓條件下，反向擠壓法所需的擠壓力比正向擠壓力降低30%～40%；（2）可在較低的溫度下用較高的擠壓速度擠壓有較大擠壓系數(shù)的小斷面制品，生產(chǎn)效率高；（3）擠壓力不是鑄錠長(zhǎng)度的函數(shù)，因此可采用長(zhǎng)鑄錠擠壓長(zhǎng)制品；（4）鑄錠和擠壓筒之間不產(chǎn)生摩擦熱，而且變形區(qū)體積小，變形熱也小，因而可用較高的擠壓速度，制品表面和邊角也不易產(chǎn)生裂紋。在反擠壓制品產(chǎn)生粗晶環(huán)的厚度比正擠壓少得多，縮尾缺陷出現(xiàn)的機(jī)會(huì)也??；（5）擠壓筒和模具的磨損小，使用壽命長(zhǎng)；（6）反向擠壓時(shí)，沿制品截面上和長(zhǎng)度上的變形比正向擠壓更均勻。用正向擠壓法擠壓2024-T4合金型材，其頭尾端σb相差100MPa，而用反向擠壓時(shí)僅為30MPa～40MPa；用正向擠壓法擠壓φ35mm的2017-T4棒材，其粗晶環(huán)深度可達(dá)8mm，而反向擠壓的僅為0.5mm，甚至可以消除粗晶環(huán)組織，因而成品率可大大提高；（7）在反向擠壓時(shí)尾端金屬無(wú)倒流現(xiàn)象，因而其擠壓殘料可比正擠壓時(shí)減少50%以上；（8）制品尺寸精度高，在反向擠壓過(guò)程中，由于金屬流動(dòng)、變形均勻，鑄錠溫度變化小，同時(shí)用空心鑄錠擠壓管材時(shí)又采用了對(duì)中裝料工藝，擠壓軸（模支承）始終處于擠壓筒內(nèi)，擠壓的管材壁厚偏差小，型棒材頭尾尺寸變化小。

2.2.2缺點(diǎn)

（1）制品表面質(zhì)量較差，在反向擠壓時(shí)，由于變形區(qū)的死區(qū)較薄，鑄錠外層可能直接流向制品表層，而形成起泡、針孔、斑點(diǎn)、夾雜等缺陷。因而對(duì)鑄錠必須進(jìn)行熱剝皮（脫皮）或機(jī)械車(chē)皮，如采用空心鑄錠，內(nèi)表層粗糙度應(yīng)達(dá)到Ra6.3，鑄錠端面切斜度小于5o；（2）用反向擠壓所生產(chǎn)的制品，其外接圓直徑因受空心軸（模支承）內(nèi)腔直徑的限制，較正擠壓的要小30%左右；（3）必須用專用反擠壓或擠壓筒行程大的擠壓機(jī)，一次投資費(fèi)用比正擠壓的高20%～30%；（4）裝卸模子和工具比較麻煩，輔助時(shí)間長(zhǎng)。

2.2.3選擇反向擠壓的原則

（1）根據(jù)正向擠壓得到的金屬流動(dòng)圖像可以確定哪些材料應(yīng)當(dāng)考慮采用反向擠壓。試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)證明，反向擠壓鋼和鈦材沒(méi)有實(shí)際的優(yōu)越性，而用平模無(wú)潤(rùn)滑反向擠壓鋁和銅及其合金的線材、棒材、型材、管材一般都是有益的。

（2）對(duì)于需要進(jìn)行潤(rùn)滑擠壓的材料，使用反向擠壓較為有益，因此時(shí)只需潤(rùn)滑模子端面。

（3）反向擠壓特別適用于擠壓尺寸精度高、組織細(xì)密、無(wú)粗晶環(huán)（或淺粗晶環(huán)）的制品和擠壓溫度范圍狹窄的硬鋁合金管、棒、型、線材的擠壓生產(chǎn)。

3　我國(guó)鋁合金反向擠壓的近況與前景

擠壓技術(shù)發(fā)展至今已有200余年歷史。1870年英國(guó)人第一次用反向擠壓法擠壓鉛管，以后反擠壓在擠壓銅和錫材方面得到了一定的發(fā)展，由于存在一些技術(shù)問(wèn)題，限制了它的進(jìn)一步發(fā)展。1970年以來(lái)，人們對(duì)金屬反擠壓開(kāi)始了重新評(píng)價(jià)，并對(duì)其產(chǎn)生了濃厚的興趣。尤其是近十幾年來(lái)，隨著擠壓技術(shù)的進(jìn)步，專用的擠壓機(jī)的出現(xiàn)和反擠壓工具的改進(jìn)，反擠壓技術(shù)重新興起。在當(dāng)今鋁加工市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈的情況下，越來(lái)越多的企業(yè)已經(jīng)或正在建設(shè)反向擠壓生產(chǎn)線用于生產(chǎn)高精度高強(qiáng)度鋁合金產(chǎn)品以拓寬企業(yè)的市場(chǎng)范圍，特別是在質(zhì)量要求較高的航天航空、交通運(yùn)輸、機(jī)械制造、軍工等領(lǐng)域的硬鋁合金中生產(chǎn)中獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。目前，我國(guó)已擁有近百臺(tái)各種反向擠壓機(jī)，其中有兩臺(tái)360MN立式反向擠壓-鍛壓機(jī)，并包括從SMS和宇部興產(chǎn)等引進(jìn)的先進(jìn)的現(xiàn)代化反向擠壓機(jī)30余臺(tái)，已成為世界擁有鋁合金反向擠壓機(jī)最多、最先進(jìn)的國(guó)家，已列入世界鋁合金反向擠壓機(jī)和反擠壓產(chǎn)品大國(guó)之一。隨著我國(guó)工業(yè)化向縱深發(fā)展，特別是大飛機(jī)、大航天器、現(xiàn)代交通、海洋工程、機(jī)械制造以及國(guó)防軍工的現(xiàn)代化，鋁合金反向擠壓產(chǎn)品的用途越來(lái)越廣泛。鋁合金反向擠壓產(chǎn)業(yè)將獲得更大發(fā)展，前景十分廣闊。

4　結(jié)束語(yǔ)

反向擠壓是一種節(jié)能高效能生產(chǎn)質(zhì)量要求高的高端硬鋁合金制品的先進(jìn)技術(shù)，在航天航空、國(guó)防軍工以及機(jī)械制造、海洋工程等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景，應(yīng)大力推廣。我國(guó)已成為鋁合金反向擠壓大國(guó)，但還不是強(qiáng)國(guó)，還有很多工作要做。

（編輯：楊毅）

Reverse Extrusion Characteristics for Aluminum Alloy and Development Prospect in China

CHEN Wen-si1，LUO Ming-qiang1，LIU Jing-an2
（1.Guangdong Xingfa Aluminum Co.，Ltd.，Guangdong 528231，China; 2. Southwest Aluminum（Group）Co.，Ltd.，Chongqing401326，China）

Operation principle，characteristics，advantages and disadvantages and selection principle of reverse extrusion for aluminum alloy are expounded simply， and development situation and prospect of reverse extrusion press andreverse extrusion technology in China are introduced in the paper.

aluminum alloy; reverse extrusion press; operation principle and characteristics; selection principle; development situation and prospect

TG376.2

A

1005-4898（2016）02-0042-03

10.3969/j.issn.1005-4898.2016.02.08

陳文泗（1971-），男，廣東佛山市人，工程師。

2015-10-20