鋁合金反向擠壓的特點及我國發展前景

陳文泗，羅銘強，劉靜安

（1. 廣東興發鋁業有限公司，廣東 528231；2. 西南鋁業（集團）有限責任公司，重慶 401326）

鋁合金反向擠壓的特點及我國發展前景

陳文泗1，羅銘強1，劉靜安2

（1. 廣東興發鋁業有限公司，廣東 528231；2. 西南鋁業（集團）有限責任公司，重慶 401326）

簡略論述了鋁合金的反向擠壓的工作原理、特點、優缺點及選擇原則，并介紹了我國鋁反向擠壓機及反向擠壓技術的發展近況與前景。

鋁合金反向擠壓；工作原理與特點；選擇原則；發展近況與前景

1　鋁合金反向擠壓的工作原理

與正向擠壓不同，現代專用的反向或正/反兩用擠壓機均設有雙擠壓軸，即擠壓軸和模子擠壓軸（簡稱模軸）。擠壓時模子擠壓軸固定不動，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，而模軸逐步進入擠壓筒內進行反向擠壓。反向擠壓時鑄錠表層與擠壓筒內襯之間無相對運動，擠壓筒中流動的力學條件，降低了變形的不均勻性，降低了所需擠壓力。由于金屬流動均勻，鑄錠的外表層會完全進入擠壓制品表層。

反向擠壓工作原理是指反向擠壓時擠壓制品的流出方向與模軸的相對運動方向是相反的，與擠壓軸和擠壓筒的運動方向是相同的。當采用堵頭（或固定擠壓墊）時，空心軸固定不動，堵頭在擠壓機主缸壓力作用下，推動擠壓筒與鑄錠同時前進，迫使金屬從模孔中沿著與空心擠壓軸相反的方向流出，故稱反向擠壓。當采用雙擠壓軸的反擠壓法時，空心擠壓軸（即模軸）固定不動，鑄錠在擠壓軸的壓力作用下，與擠壓筒同時前進，金屬從模孔中沿著與空心擠壓軸相反的反向流出。

2　反向擠壓法的特點及其選擇原則

2.1特點

在擠壓過程中鑄錠與擠壓筒之間無相對運動的擠壓叫反向擠壓。上述定義反映了反擠壓的本質，也是反向擠壓的最突出的特點，其它特點都是據此引伸出來的。

2.1.1反向擠壓時金屬的流動特點

（1）反向擠壓時金屬的變形區緊靠模面，其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，筒底為曲面而且曲率半徑很大。

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

（3）變形較正向擠壓的均勻，所以產品組織均勻，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）反擠壓時鑄錠邊部無激烈摩擦而產生的剪切變形。

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

2.1.2反向擠壓時鑄錠溫度變化特點

反向擠壓時塑性變形靠近模面，產生的變形熱比正向擠壓少，而且因鑄錠與擠壓筒之間無相對運動，故不產生摩擦熱，因此反向擠壓過程中溫度波動很少。如在反向擠壓2024合金棒材時，其出口溫度的波動范圍僅為±15℃，其變形區內的溫度也比正向擠壓的低。

2.1.3反向擠壓時制品的組織與性能的變化特點

反向擠壓過程中，金屬溫度變化都比正向擠壓時均勻，因此，制品沿長度和截面上的組織和性能都比正向擠壓的均勻。試驗證明，為了獲得鋁合金擠壓制品必要的力學性能指標，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，當λ≥3時即可得到這樣的變形量。而正向擠壓時只有λ≥8時才能滿足上述要求。又如，用正向擠壓法擠壓2017-T4合金棒材時，在棒材中部粗晶環厚度約為棒材直徑的8%，尾部高達45%，而用反向擠壓法擠壓時，熱處理后的粗晶環薄且沿長度上變化不大，在制品中段僅為直徑的5%，甚至在尾部也和中段相同。

2.2反向擠壓的優缺點和選擇原則

2.2.1優點

（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的小斷面制品，生產效率高；（3）擠壓力不是鑄錠長度的函數，因此可采用長鑄錠擠壓長制品；（4）鑄錠和擠壓筒之間不產生摩擦熱，而且變形區體積小，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生裂紋。在反擠壓制品產生粗晶環的厚度比正擠壓少得多，縮尾缺陷出現的機會也小；（5）擠壓筒和模具的磨損小，使用壽命長；（6）反向擠壓時，沿制品截面上和長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，而用反向擠壓時僅為30MPa～40MPa；用正向擠壓法擠壓φ35mm的2017-T4棒材，其粗晶環深度可達8mm，而反向擠壓的僅為0.5mm，甚至可以消除粗晶環組織，因而成品率可大大提高；（7）在反向擠壓時尾端金屬無倒流現象，因而其擠壓殘料可比正擠壓時減少50%以上；（8）制品尺寸精度高，在反向擠壓過程中，由于金屬流動、變形均勻，鑄錠溫度變化小，同時用空心鑄錠擠壓管材時又采用了對中裝料工藝，擠壓軸（模支承）始終處于擠壓筒內，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

（1）制品表面質量較差，在反向擠壓時，由于變形區的死區較薄，鑄錠外層可能直接流向制品表層，而形成起泡、針孔、斑點、夾雜等缺陷。因而對鑄錠必須進行熱剝皮（脫皮）或機械車皮，如采用空心鑄錠，內表層粗糙度應達到Ra6.3，鑄錠端面切斜度小于5o；（2）用反向擠壓所生產的制品，其外接圓直徑因受空心軸（模支承）內腔直徑的限制，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，一次投資費用比正擠壓的高20%～30%；（4）裝卸模子和工具比較麻煩，輔助時間長。

2.2.3選擇反向擠壓的原則

（1）根據正向擠壓得到的金屬流動圖像可以確定哪些材料應當考慮采用反向擠壓。試驗和經驗證明，反向擠壓鋼和鈦材沒有實際的優越性，而用平模無潤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）對于需要進行潤滑擠壓的材料，使用反向擠壓較為有益，因此時只需潤滑模子端面。

（3）反向擠壓特別適用于擠壓尺寸精度高、組織細密、無粗晶環（或淺粗晶環）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。

3　我國鋁合金反向擠壓的近況與前景

擠壓技術發展至今已有200余年歷史。1870年英國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展，由于存在一些技術問題，限制了它的進一步發展。1970年以來，人們對金屬反擠壓開始了重新評價，并對其產生了濃厚的興趣。尤其是近十幾年來，隨著擠壓技術的進步，專用的擠壓機的出現和反擠壓工具的改進，反擠壓技術重新興起。在當今鋁加工市場競爭激烈的情況下，越來越多的企業已經或正在建設反向擠壓生產線用于生產高精度高強度鋁合金產品以拓寬企業的市場范圍，特別是在質量要求較高的航天航空、交通運輸、機械制造、軍工等領域的硬鋁合金中生產中獲得了越來越廣泛的應用。目前，我國已擁有近百臺各種反向擠壓機，其中有兩臺360MN立式反向擠壓-鍛壓機，并包括從SMS和宇部興產等引進的先進的現代化反向擠壓機30余臺，已成為世界擁有鋁合金反向擠壓機最多、最先進的國家，已列入世界鋁合金反向擠壓機和反擠壓產品大國之一。隨著我國工業化向縱深發展，特別是大飛機、大航天器、現代交通、海洋工程、機械制造以及國防軍工的現代化，鋁合金反向擠壓產品的用途越來越廣泛。鋁合金反向擠壓產業將獲得更大發展，前景十分廣闊。

4　結束語

反向擠壓是一種節能高效能生產質量要求高的高端硬鋁合金制品的先進技術，在航天航空、國防軍工以及機械制造、海洋工程等領域有廣泛的應用前景，應大力推廣。我國已成為鋁合金反向擠壓大國，但還不是強國，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