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          鋁合金型材擠壓方法及其工作原理
          內容來源:天津艾普斯工業鋁型材股份有限公司    作者:APAS    發布日期:2022-02-17 15:51    閱讀次數:331 次 點擊收藏

          擠壓成形是對盛在容器(擠壓筒)內的金屬錠坯施加外力,使之從特定的??字辛鞒?,從而獲得所需斷面形狀和尺寸的鋁型材,其加工方法見圖1;

          鋁型材擠壓的基本原理

          圖1)


          1-擠壓軸;2-擠壓墊片;3-擠壓筒;4-坯料;5-擠壓模具;6-擠壓型材;


          與其他金屬塑性成形方法相比,擠壓法出現較晚;約在1797年,英國人布拉曼設計了世界上第一臺用于鋁型材擠壓的機械擠壓機;1820年英國人托馬斯首先設計制造了一臺具有現代管材擠壓機基本組成部分的液壓式鉛管擠壓機;從此,管材擠壓獲得了快速發展;1870年英國人Hainer發明了鉛管反向擠壓機;1879年德國人和法國人先后開發成功鉛包覆電纜生產工藝,成為世界上采用擠壓法制備復合材料的開端;此后,各國科學技術人員又陸續研究開發出了復合坯料擠壓、潤滑擠壓、連續擠壓、等溫擠壓、水封擠壓、冷卻模擠壓、高速擠壓、高效反向擠壓、粉末擠壓、半固態擠壓、多坯料擠壓、扁擠壓筒擠壓、組合模擠壓、變斷面擠壓、固定墊片擠壓等多種擠壓方法和擠壓技術;現代化擠壓成形技術在鋁合金型材的研制生產中得到了極其廣泛的開發與應用;


          根據擠壓筒內金屬的應力-應變狀態、金屬流動方向、潤滑狀態、擠壓溫度、擠壓速度和設備的結構形式、工模具的種類或結構以及坯料的形狀或數目、鋁合金型材的形狀或數目等的不同,擠壓成型方法可分為以下(表1)所示的多種方法;這些分類方法并非一成不變,許多分類方法可以作為另一種分類方法的細分;例如,正向擠壓、反向擠壓又可按變形特征進一步分為平面變形擠壓、軸對稱變形擠壓、一般三維變形擠壓等;圖2所示為鋁型材加工業上廣泛應用的幾種主要擠壓方法,即正擠壓法、反擠壓法、管材加壓法、連續擠壓法的示意圖;


          鋁型材擠壓法的分類
          鋁型材擠壓方法的分類
          按擠壓方向分類
          正向擠壓(正擠壓)
          反向擠壓(反擠壓)
          側向擠壓
          按變形特征分類
          平面變形擠壓
          軸對稱變形擠壓
          一般三維變形擠壓
          按潤滑狀態分類
          無潤滑擠壓(粘著摩擦擠壓)
          潤滑擠壓(常規潤滑擠壓)
          玻璃潤滑擠壓
          理想潤滑擠壓(靜液擠壓)
          按擠壓溫度分類
          冷擠壓
          溫擠壓
          熱擠壓
          按擠壓速度分類
          低速擠壓(普通擠壓)
          高速擠壓
          沖擊擠壓(超高速擠壓)
          按模具種類或模具結構分類
          平模擠壓
          錐模擠壓
          分流模擠壓
          帶穿孔針擠壓
          按坯料形狀或數目分類
          圓坯料擠壓(圓擠壓筒擠壓)
          扁坯料擠壓(扁擠壓筒擠壓)
          多坯料擠壓
          復合坯料擠壓
          按鋁材形狀或數目分類
          棒材擠壓
          管材擠壓
          實心鋁型材擠壓
          空心鋁型材擠壓
          變斷面鋁型材擠壓
          單型材擠壓(單孔模擠壓)
          多型材擠壓(多孔模擠壓)
          按設備類型分類
          立式擠壓
          臥式擠壓
          Confrom連續擠壓

          鋁型材加工業中常用的擠壓方法
          (圖2)

          1. 正向擠壓(正擠壓)

          擠壓過程中鋁型材流出方向與擠壓軸運轉方向相同的擠壓方法稱為正擠壓,如圖2a)所示;正擠壓是最基本的擠壓方法,以其技術成熟、工藝操作簡單、生產靈活性大、可獲得優良表面的型材產品等特點,成為鋁及鋁合金型材成形加工中最廣泛使用的方法之一;正擠壓又可按表1所示的其他分類方法進一步細分,如分為平面變形擠壓、軸對稱變形擠壓和一般三維變形擠壓,或分為冷擠壓、溫擠壓和熱擠壓等;


          正擠壓的基本特征是,擠壓時坯料與擠壓筒之間產生相對滑動,存在有很大的外摩擦,且在大多數情況下,這種摩擦是有害的,它使金屬流動不均勻,從而給擠壓型材的品質帶來不利影響,導致擠壓型材頭部與尾部、表層部與中心部的組織性能不均勻;使擠壓能耗增加,一般情況下擠壓筒內表面上的摩擦能耗占擠壓能耗的30%~40%,甚至更高;由于強烈的摩擦發熱作用,限制了鋁及鋁合金型材擠壓速度的提高,加快了擠壓模具的磨損;


          2. 反向擠壓(反擠壓)

          金屬擠壓時鋁型材流出方向與擠壓軸運動方向相反的擠壓,稱為反擠壓,如圖2b)所示;反擠壓法主要用于鋁合金型材與管材的熱擠壓成形,以及各種鋁合金零部件的冷擠壓成形;反擠壓時,金屬坯料與擠壓筒壁之間無相對滑動,所需擠壓力小,擠壓能耗較低,因而在同樣能力的設備上,反擠壓法可以實現更大變形程度的擠壓變形,或擠壓變形抗力更高的型材;與正擠壓不同,反擠壓時金屬流動主要集中在??赘浇膮^域,因而沿型材長度方向金屬的變形是均勻的;但是,反擠壓技術操作較為復雜,間隙時間較正擠壓長,擠壓型材的表面品質難以控制,需要專用的擠壓設備和工具等,反擠壓的應用受到一定的局限;但近年來,隨著專用反擠壓機的研制成功和工模具技術的發展,鋁型材的反擠壓法獲得了越來越廣泛的應用;


          3. Conform連續擠壓

          以上所述各種方法的一個共同特點是擠壓生產的不連續性,前后坯料的擠壓之間需要進行分離壓余、充填坯料等一系列輔助操作,影響了擠壓生產的效率,不利于生產連續長尺寸的型材產品;擠壓生產真正實現連續化,并獲得較好的實際應用,是在英國原子能局的D Green1971年發明了Conform連續擠壓法之后;如圖3e)所示,Conform連續擠壓法是利用變形金屬與工具之間的摩擦力而實現擠壓的;由旋轉槽輪上的矩形斷面槽和固定模座所組成的環行通道起到普通擠壓法中擠壓筒的作用,當槽輪旋轉時,借助于槽壁上的摩擦力不斷地將桿狀坯料送入而實現連續擠壓;


          Conform連續擠壓時坯料與工具表面的摩擦發生較為顯著,因此,對于熔點較低的鋁合金型材,不需要進行外部加熱即可使變形區的溫度上升至400~500℃而實現熱擠壓;Conform連續擠壓適合于鋁包鋼電線等包覆材料、小斷面尺寸的鋁合金線材、管材、型材的成形;采用擴展模擠壓技術,也可以用于較大斷面鋁型材的生產;此外,冷擠壓、潤滑擠壓、靜液擠壓等方法在鋁型材擠壓中也獲得了一定的應用;

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