挤压时, 将金属锭装入挤压筒中, 在挤压轴的作用下, 先进行填充挤压, 迫使金属通过模孔流出, 获得所需管材。

分流模挤压法的主要特点是: 利用挤压轴把作用力传递给金属, 流动的金属进入模孔之前, 先被分成两股或两股以上的金属流, 然后在模子焊合室(模膛)重新组合, 金属在高温高压高真空条件下被焊合, 在流出模孔时即形成所需的管材。用分流模挤压法生产的管材, 在宏观组织上可以明显看到焊缝, 焊缝的数目等于金属锭被分成的金属流的数目。所以说管材上保留焊缝是分流模生产的主要特点。

那么, 如何保证焊缝品质呢?首先在模腔内建立一个超过变形金属屈服强度10~15倍的高压区, 严格控制模腔高度。每个料挤完, 用剪刀将挤压残料正常切掉, 把模腔内的残留金属清除干净。同时采用较高的挤压温度, 增大挤压系数, 尽量采用单孔挤压, 挤压速度不宜过快。二次挤压后的管材通过冷加工和热处理后, 焊缝发生原子间的相互扩散和再结晶, 在成品管材中焊缝基本消除。

用这种方法可在各种形式的挤压机上用实心铸锭获得任何形状的空心制品, 在软合金管材挤压时得到了特别广泛的应用。由于组合模的针杆非常短, 并能稳定的固定在模子中间, 因此可生产尺寸精度高、 壁厚薄、 内表面品质好、 形状复杂的空心制品。但操作技术要求较高。

2.1.2 铝及铝合金管材反向挤压法

反向挤压时, 金属制品的流动方向与挤压轴的运动方向(模轴的相对运动方向)相反的挤压方法, 叫做反向挤压法, 简称反挤压。在现有挤压机上实现反向挤压的方法主要有带堵头的挤压方法和采用双挤压轴的挤压方法两种。这两种反向挤压方法的工作示意图如图2-6所示。

采用双挤压轴挤压时, 先将挤压轴7退回原来位置, 并将挤压筒2也退回到最右边的位置, 从挤压筒的左边装入铸锭1, 而后再把挤压筒推到最左边的位置(具体位置按铸锭长度来确定), 这时开动挤压机的主缸, 使挤压轴7向右前进开始挤压, 金属在挤压轴7的压力作用下, 从模孔4中沿着与空心反挤压轴5相反的方向流动。此时, 由于铸锭和挤压筒之间存在着很大的静摩擦力, 使挤压筒2随着铸锭1同时前进, 而在他们之间却无相对运动。

采用带堵头的反向挤压时, 先将挤压机上原来的挤压轴卸下, 装上堵头3, 并把装有挤压模的空心反挤压轴5固定在挤压机的压型嘴上。当把铸锭1装入挤压筒2时, 堵头3在挤压机主缸压力作用下, 推动挤压筒2铸锭1同时前进, 迫使金属从模孔4中沿着与空心反挤压轴5相反的方向流出而形成制品6。挤压过程结束后, 在挤压筒回程缸的推动下, 使挤压筒和堵头退回, 开动压型嘴, 把空心反挤压轴拉出, 用锯或专用剪刀将挤压残料切除后, 则可重复进行下一个铸锭的挤压操作。

现代反向挤压机均设有双挤压轴, 即挤压轴和模子挤压轴(简称模轴)。挤压时模子挤压轴固定不动, 挤压筒紧靠挤压轴。在主柱塞和挤压筒柱塞力的作用下, 挤压轴和挤压筒同步向前移动, 而模轴逐步进入挤压筒内进行反向挤压。反向挤压时铸锭表层与挤压筒内衬之间无相对运动, 从而改变了金属在挤压筒中流动的力学条件, 降低了变形的不均匀性和挤压力。由于金属流动均匀, 铸锭外表层会完全进入挤压制品表层。

反向挤压机充分考虑到挤压工艺和产品品质要求, 采用了专门设备和技术: 铸锭表面切削加工; 铸锭梯度加热和顺次排气; 模具的装配和挤压筒的清理; 管材生产时穿孔针拉力显示和保护; 挤压筒加热温度的均匀分布; 过程控制和控制系统(PICOS); 穿孔针自动清理、 润滑和修针技术; 保证挤压中心精度; 残料分离技术等。

根据专用反挤压机设备结构的特点, 反向挤压机可分为中间框架式、 挤压筒剪切式和后拉式三种。中间框架式挤压机其特点是: 前梁和后梁固定, 通过4根张力柱连接成一个整体。在前梁和挤压筒移动梁之间安装有残料剪切用的活动框架, 剪刀设置在活动框架上。挤压筒清理是在残料推出时由专门的挤压环来完成, 这种型式的挤压机对固定模、 闷车铸锭的处理比较方便, 也易于兼作正向挤压机。挤压筒剪切式挤压机其特点是: 前横梁和后横梁固定, 通过4根张力柱连接成一个整体。在挤压筒移动梁上, 安装有残料剪切装置, 这种结构仅应用于反向挤压机。后拉式反向挤压机其特点是: 前梁和后梁是通过4根张力柱连成一个整体的活动梁框架。

反向挤压法的特点是: 铸锭与挤压筒之间无相对运动, 因而在铸锭表面和挤压筒之间不产生摩擦力, 变形区靠近模孔附近, 与正向挤压法比较, 大大地降低了所需的挤压力, 提高了挤压速度, 金属流动均匀, 制品组织和性能均匀, 可减少甚至消除粗晶环缺陷, 几何废料少等。由于金属流动均匀, 铸锭外表层会完全进入挤压制品的表面。因此, 为了保证产品的表面品质, 对铸锭的表面品质要求极严, 铸锭表面必须进行加工。目前, 生产时的空心铸锭均采用挤压加热前的车皮和镗孔工艺, 主要是考虑管材壁厚偏差要求。由于反向挤压使用了空心模子挤压轴(考虑到其受压强度要求), 挤压制品的外径受到限制, 因此反向挤压制品的最大外径一般比正向挤压的小30%。

目前, 反向挤压管材多采用固定针无润滑工艺, 铸锭内表面直接与穿孔针相接触, 挤压过程中穿孔针表面会均匀粘满一层金属, 靠铝的自身润滑作用重新形成制品的内表面。只要保证铸锭内表面的清洁和光洁, 管材内表面一般接近穿孔挤压工艺的光亮内表面, 基本上不产生内表面擦伤废品, 但是生产时穿孔针所受到的摩擦力较大。因此, 当生产不同合金和规格的管材时, 穿孔针要进行强度校核。管材反向挤压时应考虑以下几个方面的技术和品质特性: 管材的壁厚不均, 表面气泡, 挤压中心(即设备对中精确度), 挤压工具的强度和铸锭的品质等。

反向挤压法的主要优缺点是: 

①挤压时, 铸锭与挤压筒之间无相对摩擦, 与正向相比可以降低挤压力20%~40%; 

②制品尺寸精度高, 可采用长铸锭挤压; 

③制品力学性能和组织均匀, 可有效消除和减小粗晶环缺陷; 

④挤压速度提高1~1.5倍; 

⑤残料减少30%以上; 

⑥铸锭可在较低温度下挤压, 生产效率高, 产品成品率提高8%~10%, 节省能耗约20%;

⑦制品规格受模轴内径尺寸限制; 

⑧设备结构复杂, 一次投资比正向挤压的高30%; 

⑨铸锭表面要求高, 必须进行车皮、 镗孔或热剥皮; 

⑩辅助时间长。 

由于反向挤压具有以上特点, 所以特别适合挤压硬合金及尺寸精度高、 组织均匀、 且无粗晶环的制品。

2.1.3 铝及铝合金管材其他挤压法

铝及铝合金管材的其他挤压法有: 冷挤压法、 康福姆挤压法、 液体静压力挤压法、 侧向挤压法等; 

1)冷挤压法

冷挤压法是管材生产中应用很久的一种挤压法, 适应于生产中、 小规格的薄壁管材。

冷挤压铸锭或毛坯表面应涂上润滑油, 在室温条件下装入挤压筒, 有时为了降低挤压力, 对某些高强度的铝合金也可以将铸锭或坯料加热到100℃左右再装入挤压筒, 对于装饰用的型、 管材等, 可将铸锭和毛坯浸于过冷的液态溶液中以降低其温度到零下40~50℃, 再立即装入挤压筒。管材冷挤压时, 工模具需要承受比热挤压大得多的压力。由于剧烈的体积变形, 变形热往往会使模具的工作温度达到250~300℃。

冷挤压的主要特点是: 金属的不均匀变形大为减少, 金属变形仅发生于模空附近, 死角区基本消除, 因此产生成层、 粗晶环、 缩尾及其他缺陷的可能性大为减少。冷挤压管材通常采用润滑挤压, 常用的润滑剂有: 高分子再生醇的混合物、 双层润滑剂——鲸油和硬脂酸纳水溶液、 等等。

采用冷挤压法生产的管材尺寸精度高、 挤压速度快、 制品表面品质高、 生产周期短、 投资少、 成品率可达70%~85%。但冷挤压制品没有挤压效应, 铸锭或坯料的表面品质要求高, 对工模具材料要求高, 工具损耗大。

2)康福姆挤压法

康福姆挤压法是20世纪70年代初研制的一种合金连续挤压法, 适用于生产小直径薄壁长管。

康福姆挤压法主要特点是: 利用送料辊和坯料之间的接触摩擦力而产生挤压力并同时将坯料温度提高到500℃左右。迫使毛坯沿着模槽方向前进, 然后进入模具。康福姆挤压法有单辊送料和双辊送料两种方法。

采用康福姆挤压法可一次生产出尺寸小薄壁的管材, 成品率高(可达到98.5%), 毛料无需加热, 设备造价低, 可连续生产, 生产效率高; 但生产的规格, 品种受到限制。

3)侧向挤压

金属制品的流出方向与挤压轴的运动方向垂直的挤压叫做侧向挤压, 如图2-7所示。侧向挤压主要用于电线电缆行业各种复合导线的成形以及一些特殊的包覆材料成形。