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與正向擠壓相比,反向擠壓可降低擠壓力30~40 (有些資料介紹達50 ),提高擠壓速度0,5~1倍,提高成品率10~20,制品的尺寸精度高,組織和性能均勻口 ]。對于航空、航天、兵器以及機械制造等工業部門要求組織和性能均勻,嚴格控制粗晶環映陷的產品來說,反向擠壓具有非常大的優勢,日益受到各國擠壓界的重視。然而,眾所周知,反向擠壓也有其明顯的不足 。在擠壓過程中,錠坯與擠壓筒之間無摩擦形成的死區很小,難以對錠坯表面上的雜質、臟物及缺陷等起阻滯作用,導致制品表面出現起皮、氣泡等缺陷,降低了擠壓制品的表面質量。
本文分析了反向擠壓時金屬變形流動的特點,從模具設計角度探討了如何增大“死 區”,改善制品的表面質量。

在正向擠壓時,位于模子與擠壓筒交界的環形區域的金屬,由于受到擠壓筒和模子端面的摩擦及冷卻作用,變形抗力增高,承受的摩擦阻力大,在基本擠壓階段不參與流動,形成了一個前端難變形區,即所謂的“死 區” (如 圖 1中 S:所示 )。死區的存在,能夠阻礙錠坯表面的雜質、臟物及缺陷等進入變形區壓縮錐,有利于提高擠壓制品的表面質量,死區越大,效果越好。圖 1 正向擠壓死區 (S )示意圖

但在反向擠壓時 (如圖 2所示),模子及模子軸固定不動,連接在主柱塞前端的堵頭緊靠在擠壓筒的后面,通過擠壓墊推動錠坯與擠壓筒同步前進 。由于錠坯與擠壓筒之間無相對運動,故錠坯表面與擠壓簡壁間不存在摩擦,塑性變形區很小 (壓縮錐高度小 )且集中在模孔附近,變形區后面的金屬不發生任何變形。變形區形狀近似于圓筒形,筒底為曲面且曲率半徑很大。錠坯邊部無激烈摩擦而產生的剪切變形層,不存在錠坯中心層與周邊層區域間的相對位移,金屬流動較正向擠壓時均勻得多。在塑性變形區中,模子對金屬作用的力使得金屬表面層承受擠壓筒壁作用的摩擦力,其方向與金屬流出模孔的方向一致,只有模面的摩擦阻力及冷卻作用而產生了一個薄層的“死 區”(如圖2中S所示 )由于反向擠壓形成的死區很小,難以對 錠坯表面層的雜質 、臟物及缺陷等起到阻滯作用,使其流出模孔進入制品表面,形成起皮和氣泡,在低倍組織上出現成層 。根據在5OMN擠壓機的 ?420 mm 擠壓筒上,用平模 (如圖2所示 )反向擠壓2Al1、2A12、2A50、7A04臺金棒材的實踐,單孔反擠? 95~160mm棒材 。成層深度為0.1~1.0 mm:多孔反擠如 ?55~90 mm棒材 ,成層深度為0.2~0.6 mm。

通常反向擠壓使用的模子均為平模,其死區的形成主要是由于模子端面有限的摩擦和冷卻作用,死區很小。且模子端面越光滑,死區就越小,如圖3所示,模具設計時在其工作端面上。

設計一個凸臺。由于這個凸臺的阻擋作用,擠壓過程中、在模子端面處就 會形成一個較大的死區,從而增大了死區的體積。凸臺就象大壩一樣,將從邊部流向模孔方向來的錠坯表面層的雜質、臟物及缺陷等擋在下邊,能有教的阻滯其流出模孔進人制品表面,在擠壓結束時,隨著壓余被切除。根據實驗,采用這種結構形式的模子,單孔反擠2A12合金,? l2O mm棒 材.其表面質量良好,低倍組織設有發現成層 。但這種結構的模子分離殘料較平模困難 (特別是利用沖頭分離殘料時 ),殘料也多。
如圖4所示,模具設計時將模子工作端面設計成帶有一定錐角的斜面。這個斜面對金屬產生的摩擦阻力可分解為兩個方向的分力:一個是垂直于金屬從模孔流出的方向,指向擠壓筒壁;另一個與金屬從模孔流出方向平行,方向相同。由于沿擠壓方向的分力,其方向與金屬流出模孔的方向相同,迫使金屬不能沿著模面向后產生倒流 。從而在模子端面上也 可以形成一個較大的死區,阻滯錠坯表面層的雜質、臟物及缺陷等進入模孔流向制品表面 。這種結構的模子分離殘料較帶凸臺模子容易,但是也由于這個分力的作用,在擠壓過程中金屬易從模子與擠壓筒內孔的間隙中流出,擠壓結束后,不利于模子從擠壓筒中退出(實際為模子不動,擠壓筒后退 ),且需增加清筒操作次數,影響生產效率 。


如圖5所示,模具設計時,將其工作端面的邊部設計成碗形,也可以形成一個較大的死區。擠壓時,將錠坯表面層的雜質、臟物及缺陷等裝入其 中,防止流出模孔進入制品表面。擠壓結束后,髓壓余被切除。而且擠壓時,在變形金屬的作用下,模子端面邊部受壓力后會 向外產生彈性變形,并將擠壓筒內孔密封,防止金屬從模子與擠壓筒的間隙中流出,可減少較為麻煩的清筒操作次數,提高生產效率 。擠壓結束后,作用在模 子端面上的壓力消失,模子端面形狀又得以恢復,模子與擠壓筒的間隙也得到恢復,有利于模子從擠壓簡中退出 。另外,在模子彈性恢復力的作用下,也有利于擠壓殘料的分離但是,這種結構的模子,易將氣體封閉在模子端面上,對制品表面又會帶來不利影響,需采取專門的排氣措施 。除上述之外,在模具設計時,采取其它一些措施也可以增大死區,阻滯錠坯表面層的雜質、臟物及缺陷等進入變形區壓縮錐而流向制品表面,改善反向擠壓制品的表面質量。如 :增大模子工作端面的粗糙度,增大摩擦,從而可增大死區的體積。對模子進行降溫處理 (如通循環水進行冷卻 ),可使與模子端面接觸部分的金屬的溫度降低,變形抗力提高,不易產生塑性流動。同時,在降低模面溫度的時候,也會使出模孔的溫度降低,有利于提高擠壓速度 。

與正向擠壓相比,反向擠壓具有許多優點,但反向擠壓制品的表面質量 比正向擠壓的差是其主要缺點之一。以上提出的反向擠壓模具設計方法,均能增大反向擠壓時的死區體積,阻礙錠坯表面的雜質、臟物及缺陷等進入變形區而流向制品表面,提高反向擠壓制品的表面質量 。


鋁加工編輯部:CJM
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