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鋁合金型材擠壓方法及其工作原理
內(nèi)容來源:天津艾普斯工業(yè)鋁型材股份有限公司    作者:APAS    發(fā)布日期:2022-02-17 15:51    閱讀次數(shù):6305 次 點(diǎn)擊收藏

擠壓成形是對(duì)盛在容器(擠壓筒)內(nèi)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(xiàn)較晚;約在1797年,英國(guó)人布拉曼設(shè)計(jì)了世界上第一臺(tái)用于鋁型材擠壓的機(jī)械擠壓機(jī);1820年英國(guó)人托馬斯首先設(shè)計(jì)制造了一臺(tái)具有現(xiàn)代管材擠壓機(jī)基本組成部分的液壓式鉛管擠壓機(jī);從此,管材擠壓獲得了快速發(fā)展;1870年英國(guó)人Hainer發(fā)明了鉛管反向擠壓機(jī);1879年德國(guó)人和法國(guó)人先后開發(fā)成功鉛包覆電纜生產(chǎn)工藝,成為世界上采用擠壓法制備復(fù)合材料的開端;此后,各國(guó)科學(xué)技術(shù)人員又陸續(xù)研究開發(fā)出了復(fù)合坯料擠壓、潤(rùn)滑擠壓、連續(xù)擠壓、等溫?cái)D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(tài)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(shù);現(xiàn)代化擠壓成形技術(shù)在鋁合金型材的研制生產(chǎn)中得到了極其廣泛的開發(fā)與應(yīng)用;


根據(jù)擠壓筒內(nèi)金屬的應(yīng)力-應(yīng)變狀態(tài)、金屬流動(dòng)方向、潤(rùn)滑狀態(tài)、擠壓溫度、擠壓速度和設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式、工模具的種類或結(jié)構(gòu)以及坯料的形狀或數(shù)目、鋁合金型材的形狀或數(shù)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(xì)分;例如,正向擠壓、反向擠壓又可按變形特征進(jìn)一步分為平面變形擠壓、軸對(duì)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(yè)上廣泛應(yīng)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(xù)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(cè)向擠壓
按變形特征分類
平面變形擠壓
軸對(duì)稱變形擠壓
一般三維變形擠壓
按潤(rùn)滑狀態(tài)分類
無潤(rùn)滑擠壓(粘著摩擦擠壓)
潤(rùn)滑擠壓(常規(guī)潤(rùn)滑擠壓)
玻璃潤(rùn)滑擠壓
理想潤(rùn)滑擠壓(靜液擠壓)
按擠壓溫度分類
冷擠壓
溫?cái)D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(jié)構(gòu)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(shù)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(fù)合坯料擠壓
按鋁材形狀或數(shù)目分類
棒材擠壓
管材擠壓
實(shí)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(shè)備類型分類
立式擠壓
臥式擠壓
Confrom連續(xù)擠壓

鋁型材加工業(yè)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(yùn)轉(zhuǎn)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(shù)成熟、工藝操作簡(jiǎn)單、生產(chǎn)靈活性大、可獲得優(yōu)良表面的型材產(chǎn)品等特點(diǎn),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(jìn)一步細(xì)分,如分為平面變形擠壓、軸對(duì)稱變形擠壓和一般三維變形擠壓,或分為冷擠壓、溫?cái)D壓和熱擠壓等;


正擠壓的基本特征是,擠壓時(shí)坯料與擠壓筒之間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng),存在有很大的外摩擦,且在大多數(shù)情況下,這種摩擦是有害的,它使金屬流動(dòng)不均勻,從而給擠壓型材的品質(zhì)帶來不利影響,導(dǎo)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(nèi)表面上的摩擦能耗占擠壓能耗的30%~40%,甚至更高;由于強(qiáng)烈的摩擦發(fā)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(shí)鋁型材流出方向與擠壓軸運(yùn)動(dòng)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(shí),金屬坯料與擠壓筒壁之間無相對(duì)滑動(dòng),所需擠壓力小,擠壓能耗較低,因而在同樣能力的設(shè)備上,反擠壓法可以實(shí)現(xiàn)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(shí)金屬流動(dòng)主要集中在模孔附近的區(qū)域,因而沿型材長(zhǎng)度方向金屬的變形是均勻的;但是,反擠壓技術(shù)操作較為復(fù)雜,間隙時(shí)間較正擠壓長(zhǎng),擠壓型材的表面品質(zhì)難以控制,需要專用的擠壓設(shè)備和工具等,反擠壓的應(yīng)用受到一定的局限;但近年來,隨著專用反擠壓機(jī)的研制成功和工模具技術(shù)的發(fā)展,鋁型材的反擠壓法獲得了越來越廣泛的應(yīng)用;


3. Conform連續(xù)擠壓

以上所述各種方法的一個(gè)共同特點(diǎn)是擠壓生產(chǎn)的不連續(xù)性,前后坯料的擠壓之間需要進(jìn)行分離壓余、充填坯料等一系列輔助操作,影響了擠壓生產(chǎn)的效率,不利于生產(chǎn)連續(xù)長(zhǎng)尺寸的型材產(chǎn)品;擠壓生產(chǎn)真正實(shí)現(xiàn)連續(xù)化,并獲得較好的實(shí)際應(yīng)用,是在英國(guó)原子能局的D Green1971年發(fā)明了Conform連續(xù)擠壓法之后;如圖3e)所示,Conform連續(xù)擠壓法是利用變形金屬與工具之間的摩擦力而實(shí)現(xiàn)擠壓的;由旋轉(zhuǎn)槽輪上的矩形斷面槽和固定模座所組成的環(huán)行通道起到普通擠壓法中擠壓筒的作用,當(dāng)槽輪旋轉(zhuǎn)時(shí),借助于槽壁上的摩擦力不斷地將桿狀坯料送入而實(shí)現(xiàn)連續(xù)擠壓;


Conform連續(xù)擠壓時(shí)坯料與工具表面的摩擦發(fā)生較為顯著,因此,對(duì)于熔點(diǎn)較低的鋁合金型材,不需要進(jìn)行外部加熱即可使變形區(qū)的溫度上升至400~500℃而實(shí)現(xiàn)熱擠壓;Conform連續(xù)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(kuò)展模擠壓技術(shù),也可以用于較大斷面鋁型材的生產(chǎn);此外,冷擠壓、潤(rùn)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(yīng)用;

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