管材是沿其纵向全长, 仅有一个封闭的通孔, 且壁厚、 横截面积都均匀一致的空心压力加工产品, 并呈直线或成卷交货。所谓挤压, 就是对放在容器内的金属锭坯从一端施加外力, 强迫其从特定的模孔中流出, 获得所需要的断面形状和尺寸的制品的一种塑性加工方法。
目前, 铝及铝合金管材的品种、 规格近万种, 大部分是用挤压方法生产的。管材的挤压方法有很多种, 不同的生产方法都有各自的特点和适用范围。对于不同的金属、 合金、 规格的管材, 其生产方法不完全相同。这主要是由于铝及铝合金管材规格、 品种繁多, 尺寸、 表面品质要求严, 批多量少等特点决定的。
挤压方法的主要特点有:
①金属在挤压筒内为三向压应力状态, 因而可充分发挥其塑性;
②尺寸精度高、 表面品质好;
③生产灵活性大;
④对含有高镁、 锰、 铬、 锆等元素的铝合金来说, 可以获得挤压效应。
鉴于挤压法具备上述的特点, 现在应用最广泛的方法有:
①按金属相对于挤压轴运动特点分正向挤压、 反向挤压和正反向联合挤压;
②按出料方向可分为卧式挤压和立式挤压;
③按照穿孔针与挤压轴的相互运动关系可分为固定针挤压和随动针挤压;
④按挤压工艺特点不同又可分为热挤压、 冷挤压、 康福姆挤压、 侧向挤压、 静液挤压等。
总之, 上述挤压方法中有些是彼此包含的。对所需要的某一种管材, 往往可以采用多种挤压方法生产。通常是根据管材的合金状态、 用途、 形状、 尺寸、 技术要求, 结合设备能力、 工艺水平以及前后工序的衔接, 选择一种最经济合理的挤压方法。生产铝及铝合金管材的挤压方法很多, 实践中普遍采用的方法是: 正向挤压和反向挤压(固定针挤压法、 随动针挤压法、 穿孔挤压法、 分流模挤压法, 等等)。
2.1.1 铝及铝合金管材正向挤压法
挤压时金属制品的流动方向与挤压轴运动方向相同的挤压方法, 叫做正向挤压, 简称正挤压。正向挤压是管材最基本的、 也是最广泛采用的生产方法, 正向挤压可以在卧式挤压机上进行, 也可以在立式挤压机上进行。用此方法可生产各种挤压制品, 如图2-1所示。
挤压时, 铸锭3放在挤压筒1内, 在挤压轴2的压力作用下, 金属从模孔4流出得到挤压制品5。
正向挤压法的主要特点是在挤压过程中, 挤压筒固定不动, 铸锭在挤压轴压力的作用下, 沿挤压筒内壁移动, 压出金属的流动方向与挤压轴的运动方向相同。正向挤压法的优点很多, 灵活性很大, 可以生产各种挤压制品。从设备结构、 工具装配和生产操作等方面来看, 正挤压法一般都比其他挤压法简单, 故在生产中绝大多数采用正向挤压方法。正向挤压法的主要缺点是在挤压过程中, 由于铸锭沿挤压筒的内壁移动而引起了很大的摩擦力, 使金属的流动不均匀, 从而增加了挤压制品组织和性能的不均匀性, 常在挤压制品尾部形成缩尾和粗晶环等废品和缺陷。正向挤压法所需要的挤压力要比反向挤压法的高30%~40%。
正向挤压的具体方法如下:
1)铝及铝合金管材固定针正向挤压法
固定针挤压法是无缝管材生产中应用最广泛的挤压方法。
固定针挤压是将挤压针固定在具有独立穿孔系统的双动挤压机的挤压针支承上。生产过程中, 固定挤压针的位置相对模子是固定不变的。当更换产品规格时, 一般只更换其针尖、 模子即可。它所用的坯料是空心铸锭。铸锭内、 外表面需经过车皮和镗孔。在挤压前要对挤压针涂以润滑油, 其目的是减少铸锭对挤压针的摩擦力和保证管材内表面品质。图2-2为这种挤压法生产管材示意图。
挤压时, 将铸锭6放入挤压筒1中, 在挤压轴5的压力作用下, 迫使金属通过摸孔2与挤压针3(针尖)所形成的环形间隙流出, 得到与环形间隙形状和尺寸相同的挤压管材。
固定穿孔针挤压法的主要特点是: 在管材挤压过程中, 穿孔针的位置是固定不变的, 铸锭紧抱在穿孔针上, 在挤压力的作用下, 与挤压轴同步向前滑动。由于摩擦力的作用, 穿孔针受到拉力。
固定针正向挤压法的优缺点如下:
①可以生产多种规格管材, 只要更换模子和针尖规格, 即可以改变挤压管材的尺寸;
②可生产无缝管材和断面不复杂的无缝空心型材;
③由于铸锭的几何形状与挤压管材的几何形状相似, 因此金属的变形均匀, 挤压管材的组织也相对均匀;
④固定穿孔针挤压时, 穿孔针受较大的拉力, 这个拉力与铸锭的长度成正比例关系, 因此, 生产中铸锭的长度受限;
⑤由于采用空心铸锭挤压, 因此增加了铸锭的生产难度和成本, 降低了铸锭的成品率;
⑥由于穿孔针受很大的拉力, 生产中断针现象普遍, 工具损耗大, 工具成本增加;
⑦设备构造复杂, 精度要求高, 设备价格贵;
⑧由于铸锭与穿孔针之间有摩擦力作用, 当润滑效果不好时, 造成内表面擦伤、 石墨压入等废品;
⑨工具系统的装配精度直接影响挤压管材的尺寸精度, 对工具系统的制造精度和装配精度要求高。
2)铝及铝合金管材随动针正向挤压法
随动针挤压是将挤压针固定在无独立穿孔系统挤压机的挤压轴上, 生产过程中, 由于随动针是固定在挤压轴上, 随着挤压过程的进行, 挤压针也随着挤压轴同步移动, 因而随动针与模孔工作带的相对位置是随着挤压过程的进行而变动的。当改变挤压管材规格时, 必须更换整根挤压针, 同时还需要相应的变更铸坯的内孔尺寸。坯料都是经车皮镗孔的, 挤压前将挤压针均匀涂上润滑剂, 以减少管材内表面的擦伤缺陷, 如图2-3所示。
