反向挤压模具设计技术探讨

与正向挤压相比，反向挤压可降低挤压力30～40 (有些资料介绍达50 )，提高挤压速度0,5～1倍，提高成品率10~20，制品的尺寸精度高，组织和性能均匀口 ]。对于航空、航天、兵器以及机械制造等工业部门要求组织和性能均匀，严格控制粗晶环映陷的产品来说，反向挤压具有非常大的优势，日益受到各国挤压界的重视。然而，众所周知，反向挤压也有其明显的不足 。在挤压过程中，锭坯与挤压筒之间无摩擦形成的死区很小，难以对锭坯表面上的杂质、脏物及缺陷等起阻滞作用，导致制品表面出现起皮、气泡等缺陷，降低了挤压制品的表面质量。

本文分析了反向挤压时金属变形流动的特点，从模具设计角度探讨了如何增大“死 区”，改善制品的表面质量。

在正向挤压时，位于模子与挤压筒交界的环形区域的金属，由于受到挤压筒和模子端面的摩擦及冷却作用，变形抗力增高，承受的摩擦阻力大，在基本挤压阶段不参与流动，形成了一个前端难变形区，即所谓的“死 区” (如 图 1中 S：所示 )。死区的存在，能够阻碍锭坯表面的杂质、脏物及缺陷等进入变形区压缩锥，有利于提高挤压制品的表面质量，死区越大，效果越好。图 1 正向挤压死区 (S )示意图

但在反向挤压时 (如图 2所示)，模子及模子轴固定不动，连接在主柱塞前端的堵头紧靠在挤压筒的后面，通过挤压垫推动锭坯与挤压筒同步前进 。由于锭坯与挤压筒之间无相对运动，故锭坯表面与挤压简壁间不存在摩擦，塑性变形区很小 (压缩锥高度小 )且集中在模孔附近，变形区后面的金属不发生任何变形。变形区形状近似于圆筒形，筒底为曲面且曲率半径很大。锭坯边部无激烈摩擦而产生的剪切变形层，不存在锭坯中心层与周边层区域间的相对位移，金属流动较正向挤压时均匀得多。在塑性变形区中，模子对金属作用的力使得金属表面层承受挤压筒壁作用的摩擦力，其方向与金属流出模孔的方向一致，只有模面的摩擦阻力及冷却作用而产生了一个薄层的“死 区”(如图2中S所示 )由于反向挤压形成的死区很小，难以对 锭坯表面层的杂质 、脏物及缺陷等起到阻滞作用，使其流出模孔进入制品表面，形成起皮和气泡，在低倍组织上出现成层 。根据在5OMN挤压机的 ∅420 mm 挤压筒上，用平模 (如图2所示 )反向挤压2Al1、2A12、2A50、7A04台金棒材的实践，单孔反挤∅ 95～160mm棒材 。成层深度为0．1～1．0 mm：多孔反挤如 ∅55～90 mm棒材 ，成层深度为0．2～0．6 mm。

通常反向挤压使用的模子均为平模，其死区的形成主要是由于模子端面有限的摩擦和冷却作用，死区很小。且模子端面越光滑，死区就越小，如图3所示，模具设计时在其工作端面上。

设计一个凸台。由于这个凸台的阻挡作用，挤压过程中、在模子端面处就 会形成一个较大的死区，从而增大了死区的体积。凸台就象大坝一样，将从边部流向模孔方向来的锭坯表面层的杂质、脏物及缺陷等挡在下边，能有教的阻滞其流出模孔进人制品表面，在挤压结束时，随着压余被切除。根据实验，采用这种结构形式的模子，单孔反挤2A12合金，∅ l2O mm棒 材．其表面质量良好，低倍组织设有发现成层 。但这种结构的模子分离残料较平模困难 (特别是利用冲头分离残料时 )，残料也多。

如图4所示，模具设计时将模子工作端面设计成带有一定锥角的斜面。这个斜面对金属产生的摩擦阻力可分解为两个方向的分力：一个是垂直于金属从模孔流出的方向，指向挤压筒壁；另一个与金属从模孔流出方向平行，方向相同。由于沿挤压方向的分力，其方向与金属流出模孔的方向相同，迫使金属不能沿着模面向后产生倒流 。从而在模子端面上也 可以形成一个较大的死区，阻滞锭坯表面层的杂质、脏物及缺陷等进入模孔流向制品表面 。这种结构的模子分离残料较带凸台模子容易，但是也由于这个分力的作用，在挤压过程中金属易从模子与挤压筒内孔的间隙中流出，挤压结束后，不利于模子从挤压筒中退出(实际为模子不动，挤压筒后退 )，且需增加清筒操作次数，影响生产效率 。

如图5所示，模具设计时，将其工作端面的边部设计成碗形，也可以形成一个较大的死区。挤压时，将锭坯表面层的杂质、脏物及缺陷等装入其 中，防止流出模孔进入制品表面。挤压结束后，髓压余被切除。而且挤压时，在变形金属的作用下，模子端面边部受压力后会 向外产生弹性变形，并将挤压筒内孔密封，防止金属从模子与挤压筒的间隙中流出，可减少较为麻烦的清筒操作次数，提高生产效率 。挤压结束后，作用在模 子端面上的压力消失，模子端面形状又得以恢复，模子与挤压筒的间隙也得到恢复，有利于模子从挤压简中退出 。另外，在模子弹性恢复力的作用下，也有利于挤压残料的分离但是，这种结构的模子，易将气体封闭在模子端面上，对制品表面又会带来不利影响，需采取专门的排气措施 。除上述之外，在模具设计时，采取其它一些措施也可以增大死区，阻滞锭坯表面层的杂质、脏物及缺陷等进入变形区压缩锥而流向制品表面，改善反向挤压制品的表面质量。如 ：增大模子工作端面的粗糙度，增大摩擦，从而可增大死区的体积。对模子进行降温处理 (如通循环水进行冷却 )，可使与模子端面接触部分的金属的温度降低，变形抗力提高，不易产生塑性流动。同时，在降低模面温度的时候，也会使出模孔的温度降低，有利于提高挤压速度 。

与正向挤压相比，反向挤压具有许多优点，但反向挤压制品的表面质量 比正向挤压的差是其主要缺点之一。以上提出的反向挤压模具设计方法，均能增大反向挤压时的死区体积，阻碍锭坯表面的杂质、脏物及缺陷等进入变形区而流向制品表面，提高反向挤压制品的表面质量 。

铝加工编辑部：CJM

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